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RISC-V 12年出货量累计超100亿颗,中国公司占据半壁江山

RISC-V 12年出货量累计超100亿颗,中国公司占据半壁江山

在RISC-V出现之前,历史上已经出现过多种指令集架构(ISA),比如DEC(PDP-11、VAX、Alpha)、英特尔(i960、i860、Itanium)、IBM 360、MIPS、SPARC、Arm等,各自命运跌宕起伏。其中,IBM 360指令集架构拥有超过50年的历史,是现存最老的指令集架构,得益于良好的软件生态,IBM目前仍能够销售大型机;MIPS先后被卖给了Imagination和Wave Computing公司,现在也走上了开源的道路;Sun公司将SPARC开源后又被Oracle公司并购,如今已消失无影踪...

2010年,RISC-V项目创始人David Patterson、Andrew Waterman、Yunsup Lee和Krste Asanovic开始思考,既然在互联网、操作系统、数据库、编译器、图像等行业都有开放的标准、免费及开放的实现方式和私有化的实现方式,那么有没有可能在处理器IC领域也打造一个真正开源的、免许可、免授权费用指令集架构?未来,能否用模块化IC或者是用软件定义硬件的理念,辅之以社区的方式,去设计和维护相关标准?在这一背景下,RISC-V项目应运而生。3joesmc

“总的来看,RISC-V技术完善度越来越高,生态多样性越来越体现,参与者越来越多”。 2022 RISC-V中国峰会主席、平头哥半导体副总裁孟建熠提供的数据显示,目前,RISC-V国际基金会已经布局70多个技术小组开展技术标准制定;超过160个面向各领域处理器核,各行业渗透率越来越深;SPECint性能首次超过10分,进入高性能计算的行列;会员超过3100家,比2021年增加130%。Semico Research则预计,到2025年全球将有624亿颗RISC-V架构的处理器内核。3joesmc

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2022 RISC-V中国峰会主席、平头哥半导体副总裁孟建熠3joesmc

一些标志性的事件也令人印象深刻,包括:

  • RISC-V处理器在IoT的应用规模超100亿,用12年的时间完成了走出校园到量产100亿颗初级阶段。更为重要的是,中国公司的出货量占50%,在技术和应用上的贡献度越来越高。
  • Clockwork发布首台基于RISC-V的便携式计算机,尽管性能还比较弱,但或许10年后来看,它的一小步可能是RISC-V架构的一大步;
  • Intel设立10亿美元创新基金,全面支持RISC-V生态发展;
  • SiFive估值超25亿美元,赛道热度快速提升。

孟建熠预测称,随着RISC-V技术和应用的继续演进,以下3个趋势将成为必然:首先,RISC-V将继续向高主频、高性能演进,2022年将成为RISC-V生态性能从1GHz走向2GHz之年;其次,随着稳定硬件的出现,RISC-V架构软硬件全栈成为必然趋势,从IP到SOC、到开发板、SOM、操作系统和应用软件等方面将得到全面的优化;最后,RISC-V架构将走向更广的生态合作,在商业合作上将会有更多的新模式、软件持续丰富,应用不断多样化。 3joesmc

商业ISA的浮沉

其实在RISC-V出现之前,历史上已经出现过多种指令集架构(ISA),比如DEC(PDP-11、VAX、Alpha)、英特尔(i960、i860、Itanium)、IBM 360、MIPS、SPARC、Arm等,各自命运跌宕起伏。其中,IBM 360指令集架构拥有超过50年的历史,是现存最老的指令集架构,得益于良好的软件生态,IBM目前仍能够销售大型机;MIPS先后被卖给了Imagination和Wave Computing公司,现在也走上了开源的道路;Sun公司将SPARC开源后又被Oracle公司并购,如今已消失无影踪。3joesmc

最终,经过时间和市场的检验,超过99%的笔记本/台式机/服务器芯片都是基于AMD64指令,超过99%的手机及平板的芯片都是基于Arm v7/v8指令架构。之所以会出现这样的情况,业内人士分析称主要原因在于这些指令集架构的生命力往往与核心公司的经营状况、股权结构、商业目标、战略规划息息相关,“一荣俱荣,一损俱损”,存在着很大的风险。3joesmc

和历代指令集架构相比,RISC-V主要有五点区别:3joesmc

(1)简洁:较其他商用指令集小很多。3joesmc

(2)全新设计:吸取了前辈的经验教训,用户和特权指令集明确分离,和微架构/工艺技术脱钩。3joesmc

(3)模块化ISA:提供短小精干的基本指令集+标准扩展(1+N),为将来预留足够空间。3joesmc

(4)稳定性:基本及标准扩展ISA不会再改变,通过可选扩展而非更新ISA的方式来增加指令。3joesmc

(5)通过社区进行设计:由行业或学术专家及软件开发者组成的社区进行设计,可以共享RISC-V软件生态系统。3joesmc

可以将传统CPU增量ISA和RISC-V ISA分别比喻为“大而全的自助餐”和“想吃什么点什么的菜单”。简单来说,就是传统CPU ISA犹如大而全的自助餐,各种应用所需指令应有尽有,不管想不想要,人均消费300元;而RISC-V ISA的设计理念更像是为用户提供了“必选菜+可选菜”的菜单组合,基础指令是必选菜,可扩展指令是可选菜,用户可以根据自己的需要,自主选择不同的菜品组合,消费金额大幅下降。3joesmc

当然,菜单中“菜品”的增加与否,会由RISC-V基金会决定何时在菜单中添加一个新菜(扩展指令),并在硬件和软件技术委员会(IG)进行扩展指令集的公开讨论后,只会就技术来讨论增加的重要性。即使菜单上出现了新菜,它们仍然是可选的,而不是所有未来实现的必须要求。这样,硬件是否需要实现完全取决于应用程序的需要,模块化组合方式实现了更小的面积和更低的功率,这对嵌入式IoT应用至关重要。3joesmc

时机成熟了吗?

对于任何新技术,特别是一项开放标准,人们总是会问“时机已经成熟了吗?”这样的问题。那么,RISC-V目前处于什么阶段呢?包括生态系统、芯片/系统开发人员的平台选择、安全性、软件、投资等在内问题是否得到了很好的解决?3joesmc

中国科学院软件研究所总工程师武延军研究员对此回应称,Arm指令集经过了30多年的发展才达到目前的状态,而RISC-V指令集到现在只有短短12年的时间,但2021年的出货量就超过100亿颗,软硬件生态也得到了极大的丰富,从他个人的角度来看,“RISC-V的商用时机已经到来,虽然目前可能还是局限于一些对算力和软件生态丰富程度要求并不太高的领域。”3joesmc

如果从生态繁荣程度进行对比,RISC-V目前可能处在Arm在2000-2005年的阶段——市场上关于Arm的资料、书籍、培训班大量出现,企业对Arm开发者需求爆增,在嵌入式领域与X86、MIPS展开了非常激烈的竞争。RISC-V现在的情形与那时非常相似,教育科研、文档材料、人才培训、商用场景、出货量…整个生态系统处于发力的阶段,无论是个人还是企业,都已经走出了观望的阶段。3joesmc

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中国科学院软件研究所总工程师武延军研究员3joesmc

“RISC-V跟其它主流架构相比,最大区别在于它是开源的,这就可以调动全球生态的力量去改进升级,这样就会让它更易并行去完善技术、率先响应新的需求,这跟传统上一家公司维护一个架构是完全不同的模式。”孟建熠强调称,从产业的角度来看,RISC-V是在以开源的方式推动一种新的体系结构,就像Linux这种全球开源的操作系统一样,大家都可广泛参与,都有机会,“那些在体系结构上寻求创新和突破的公司可以持续进来了。“3joesmc

RISC-V在中国更加“普惠”

“中国芯”一直是一个很热的话题,政府、产业、基金、市场都非常有兴趣想去了解RISC-V指令集会给他们的产品和商业模式带来哪些影响;另一方面,芯片产业涉及的领域极广,从传感器、图像/音视频处理,到5G通信、GPU、人工智能,再到最顶层的CPU,然而从国内的实际情况来看,国内在CPU方面投资巨大,但投资效率不高,甚至事倍功半,所以当开源免费的RISC-V指令集出来之后,中国产业界自然对其抱有极大的期望。3joesmc

巨量的市场、大规模的计算机工程师团队和专业人才、足够丰富的应用场景,是中国相对于世界上其它国家而言具备的独特优势,被认为最能充分发挥RISC-V的多样性特点。3joesmc

RISC-V国际基金会CTO Mark Himelstein指出,“RISC-V是人类第一次以开源开放模式,由全世界参与构建的计算生态体系。“在武延军看来,这也是中国从发展初期就可以深度参与、发挥核心贡献的新指令集架构和新生态,是难得的历史机遇。另一方面,中国没有国外老牌厂商和机构的历史包袱,没有已经存在的商业利益,使中国有机会在一个全新的视角、一个全新的架构下面进行一些开创性工作。但相应的劣势也比较明显,就是中国目前在一些技术领域,尤其是在处理器IP核与核心基础软件(编译工具链、操作系统)方面,没有国外巨头在历史上积累的丰富经验,在高端核心人才和知识产权方面的储备也存在一定差距。3joesmc

例如,从软件的角度来看,目前还是有很多核心基础软件没能很好的运行在RISC-V平台上,这里既有指令集规范不成熟的问题,但更多的是这些基础软件包之前都运行在X86和Arm架构上,维护者和社区还没有把RISC-V当成Tier-1去对待,这其中涉及理念、投入和商业利益回报等多个问题。3joesmc

孟建熠则提醒产业界说,接下来,RISC-V硬件架构还需要变得更加稳定和可靠,这样才能确保上层软件的适配更加容易,更加丰富,为各领域今后向纵深方向发展奠定基础。道理其实也不复杂,因为上层软件栈越丰富,就愈加看不到底层的硬件架构,所以硬件的稳定性是软件无缝移植的基础。3joesmc

因此,在刚刚结束的2022 RISC-V中国峰会上,几家本土头部企业也都带来了自己最新的RISC-V芯片平台:3joesmc

阿里平头哥发布首个高性能RISC-V芯片平台“无剑600”及SoC原型“曳影1520”,首次兼容龙蜥Linux操作系统并成功运行LibreOffice,刷新全球RISC-V一系列纪录。基于无剑600软硬件全栈平台,开发者和厂商可快速开发RISC-V芯片,推动迈向2GHz高性能RISC-V边、云应用新时代。3joesmc

赛昉科技则发布了全球首款量产高性能RISC-V多媒体处理器——昉·惊鸿7110(JH7110),和全球性能最高的量产RISC-V单板计算机——昉·星光2(VisionFive 2),推动RISC-V在高性能应用领域渐入佳境。3joesmc

中科院计算所、北京开源芯片研究院、腾讯、阿里、中兴通讯、中科创达、奕斯伟、算能等形成的联合研发团队,开始开展第三代香山(昆明湖架构)的联合开发。中国科学院计算技术研究所研究员包云岗在博文中写道:香山联合团队的形成,标志着得到了香山及其开源模式得到了产业界的初步认可,为跨越“从原型到产品”这个死亡之谷迈出了关键一步。3joesmc

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中国科学院计算技术研究所研究员包云岗3joesmc

“今后,如果开源软件与RISC-V的开源架构能够很好地实现整合,提供非常好的软硬一体解决方案,那么在Total Solution上就会非常好的呈现出它的普惠特点。”孟建熠说。3joesmc

结语

尽管RISC-V相关软硬件技术和生态未完全成熟,高性能芯片的商用落地尚需继续寻求突破。但中国工程院院士倪光南表示,要实现芯片产业自主可控的目标,就必须要打破主流CPU架构垄断的格局,RISC-V的出现为推动中国芯片产业发展提供了新的机遇。而生态发展是决定RISC-V从物联网迈向高性能应用领域的关键,需要社会各界的共同努力。3joesmc

责编:Elaine
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邵乐峰
ASPENCORE中国区首席分析师。
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