汽車電子vs服務(wù)器，誰(shuí)是RISC-V更難啃的骨頭？

2023年3月，RISC-V之父、圖靈獎(jiǎng)得主David Patterson在平頭哥玄鐵RISC-V生態(tài)大會(huì)上曾大膽預(yù)言：“3~5年后，RISC-V將無(wú)處不在！”

2023年6月，RISC-V技術(shù)主要發(fā)明者，同時(shí)也是SiFive聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席架構(gòu)師的Krste Asanovi?教授則在2023 SiFive RISC-V 中國(guó)技術(shù)論壇上表示：“未來(lái)2~3年內(nèi)，RISC-V將突破性能水平或應(yīng)用領(lǐng)域的限制，很快超越所有其他架構(gòu)！”

那么RISC-V到底發(fā)展得如何呢？從數(shù)據(jù)面來(lái)看，根據(jù)RISC-V國(guó)際基金會(huì)發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，截至2023年7月，RISC-V全球會(huì)員單位數(shù)量已超過(guò)3820個(gè)，2023年8月，該數(shù)據(jù)已經(jīng)上升至將近4千個(gè)，遍布全球70多個(gè)國(guó)家。從出貨量的角度來(lái)看，2022年年底出貨100億顆，預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)到600億顆。換言之，RISC-V用12年的時(shí)間走完了傳統(tǒng)指令集30年的發(fā)展歷程。

從應(yīng)用生態(tài)面來(lái)看，筆者曾在2020年撰寫的《產(chǎn)業(yè)觀察 | 10年過(guò)去，RISC-V陣營(yíng)怎么樣了？》一文中提到：“除了在IoT/MCU等領(lǐng)域綻放光彩以外，未來(lái)2~3年RISC-V的高性能應(yīng)用在服務(wù)器、移動(dòng)端及車載電子等領(lǐng)域?qū)?huì)有更多的實(shí)現(xiàn)，而基于應(yīng)用軟件的技術(shù)及生態(tài)也將持續(xù)增進(jìn)，并且在特定領(lǐng)域，如DSP/AI/圖像/網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域也會(huì)有所斬獲。”

3年過(guò)去，如今看來(lái)，RISC-V產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡正如預(yù)期。2023年8月28日，在第三屆滴水湖中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上，我們看到除了汽車電子以外，今年又多了服務(wù)器芯片的身影。這意味著，就國(guó)內(nèi)的RISC-V生態(tài)來(lái)講，在時(shí)間維度上，RISC-V在車載領(lǐng)域的實(shí)現(xiàn)早于服務(wù)器領(lǐng)域，然而僅這一維度并不能充分說(shuō)明服務(wù)器領(lǐng)域才是RISC-V更難啃的骨頭。

圖 | 第三屆滴水湖中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上首次出現(xiàn)國(guó)產(chǎn)RISC-V服務(wù)器芯片的身影

汽車電子&服務(wù)器，為什么非RISC-V不可？

在回答汽車電子和服務(wù)器這兩種RISC-V的高端應(yīng)用，哪一個(gè)相對(duì)更容易落地的問(wèn)題前，我們先來(lái)聊聊使用RISC-V內(nèi)核的必要性。

Tenstorrent Inc.首席CPU架構(gòu)師練維漢告訴與非網(wǎng)：“在特斯拉發(fā)明了第一個(gè)自制車載芯片后，我們公司收到了很多關(guān)于這方面的需求。那么，汽車大公司們都在焦慮些什么呢？我認(rèn)為未來(lái)的汽車基本上就是現(xiàn)在的手機(jī)加四個(gè)輪子，因此進(jìn)入汽車市場(chǎng)的門檻就降低了，然而對(duì)于傳統(tǒng)車廠而言，他們以前最會(huì)做的駕駛系統(tǒng)不見(jiàn)了，車載系統(tǒng)正在成為新的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)，同時(shí)產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力和其差異化優(yōu)勢(shì)深度耦合。所以未來(lái)的汽車，它的電子系統(tǒng)一定是定制指令集。英特爾、AMD不太可能，ARM只會(huì)賣IP，不可能給你量身定做。所以你唯一可以選擇的就是RISC-V，通過(guò)定制化做出你想要做出來(lái)的東西，你才有差異性，才可以賣更好的價(jià)錢，這是時(shí)代的趨勢(shì)，也是電動(dòng)車帶來(lái)的問(wèn)題?！?/p>

對(duì)于這一點(diǎn)，筆者認(rèn)為今年8月的一則消息就是很好的佐證：高通、恩智浦、英飛凌、Nordic和博世發(fā)布聯(lián)合聲明,宣布將攜手共同投資組建一家芯片公司，專攻RISC-V架構(gòu)，目標(biāo)是通過(guò)支持下一代硬件開(kāi)發(fā)來(lái)推動(dòng) RISC-V 在全球的應(yīng)用。

業(yè)內(nèi)人士對(duì)此表示：“高通選擇RISC-V的原因可能與它和Arm公司之間的訴訟有關(guān)，比如禁止自選GPU核心，強(qiáng)制采用公版架構(gòu)等，這會(huì)對(duì)高通的獨(dú)家優(yōu)勢(shì)構(gòu)成威脅。相對(duì)來(lái)說(shuō)，更加自由、開(kāi)放的RISC-V可能更符合高通接下來(lái)的需求?！?/p>

而在服務(wù)器領(lǐng)域又是另外一番景象，我們看到如今x86架構(gòu)處理器依舊統(tǒng)治著PC和服務(wù)器市場(chǎng)，而Arm架構(gòu)處理器則統(tǒng)治著移動(dòng)市場(chǎng)。但是隨著數(shù)據(jù)上云趨勢(shì)的演變，x86架構(gòu)向前發(fā)展裹挾著沉重的向后兼容包袱，沒(méi)有辦法做到專注于云，而反過(guò)來(lái)看，專注于云端計(jì)算的芯片它即要在關(guān)鍵云需求上做加法，帶來(lái)性能的提升，比如根據(jù)需求增加大量寄存器等，也要在沒(méi)有需要的地方做減法，帶來(lái)能耗的降低。

我們以視頻云為例來(lái)解釋一下，我們了解到視頻編碼對(duì)算力的要求很高，因?yàn)槲覀兂３Ｔ噲D用算力換存儲(chǔ)，用算力換傳輸帶寬。那么我們要如何提升視頻云服務(wù)器CPU的算力呢？第一步就是要選擇好的內(nèi)核架構(gòu)，但不管是Hyper-Threading還是其他，采用傳統(tǒng)架構(gòu)的CPU走的都是提高主頻的路子，在視頻處理時(shí)就會(huì)遇到一些問(wèn)題，比如視頻壓縮的時(shí)候會(huì)分成I幀、P幀、B幀，每一幀的算力并不是平均分配的，就會(huì)帶來(lái)對(duì)算力需求不穩(wěn)定的問(wèn)題。所以為了讓芯片不跑超頻，就可能會(huì)做一些降頻處理，這時(shí)候它的算力就可能達(dá)不到相應(yīng)的編碼需求。在實(shí)際業(yè)務(wù)中，由于視頻業(yè)務(wù)不是單機(jī)運(yùn)行的，會(huì)有很多的服務(wù)器集群配合來(lái)處理，為了防止CPU跑超等復(fù)雜情況的出現(xiàn)，就不得不把服務(wù)器集群的水位降低，這是傳統(tǒng)架構(gòu)CPU比較大的問(wèn)題。相比之下，RISC-C和Arm就可以在復(fù)雜任務(wù)中實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的輸出，做到良好的資源調(diào)配和水位調(diào)配，不用預(yù)留很多冗余來(lái)防止芯片跑超。

此外，我們也可以看到除了主頻高以外，傳統(tǒng)架構(gòu)CPU的核不多，通常是兩個(gè)vCPU/HT共享一個(gè)物理核、1份ALU，但RISC-C和Arm可以實(shí)現(xiàn)128/256/512或更多的核，類似GPU的設(shè)計(jì)，如此一來(lái)，對(duì)于不同應(yīng)用場(chǎng)景而言，就可以用少核應(yīng)對(duì)低算力需求的場(chǎng)景，多核應(yīng)對(duì)高算力需求的場(chǎng)景，實(shí)現(xiàn)更優(yōu)的業(yè)務(wù)調(diào)配，降低投入成本。

而對(duì)比Arm，RISC-V之所以能吸引服務(wù)器領(lǐng)域公司的目光的主要原因之一是，它允許他們使用自己的自定義指令擴(kuò)展開(kāi)放的、免版稅的指令集架構(gòu)，以加速特定任務(wù)。關(guān)于特定任務(wù)，Ventana Micro Systems公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Balaji Baktha舉例道：“這些自定義指令在初級(jí)程序員看來(lái)是 RISC-V ISA 擴(kuò)展，比如您用RISC-V處理器加速數(shù)據(jù)解壓縮，在其中一個(gè)自定義的小芯片上，可以指定數(shù)字邏輯以在硬件中執(zhí)行此任務(wù)，CPU內(nèi)核在運(yùn)行程序或固件代碼時(shí)可以看到這些指令并與自定義芯片通信以快速完成操作，然后把結(jié)果返回給調(diào)用代碼?！?/p>

換句話說(shuō)，芯片設(shè)計(jì)公司采用RISC-V定制芯片時(shí)，只需要確保該芯片在設(shè)計(jì)過(guò)程中是符合互連規(guī)范的，這會(huì)比從Arm 獲得 CPU 內(nèi)核許可并將它們?cè)O(shè)計(jì)成具有自定義加速功能的片上系統(tǒng)更容易、更便宜，并且這些指令和連接的功能對(duì)客戶的芯片來(lái)說(shuō)仍然是專有的，而不會(huì)被在同意擴(kuò)展ISA后提供給所有被許可人。

汽車電子vs服務(wù)器，誰(shuí)更容易落地？

前面提到RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域的落地要晚于汽車電子，事實(shí)上在2020年以前，RISC-V在服務(wù)器賽道的身影幾乎為“零”。但是，行業(yè)內(nèi)卻很看好RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域的潛力。根據(jù)投資機(jī)構(gòu)ARKInvest的預(yù)測(cè)顯示，到2030年，ARM和RISC-V可能成為新的處理器標(biāo)準(zhǔn)，在云業(yè)務(wù)領(lǐng)域取代英特爾x86架構(gòu)。其中，ARM+RISC-V的組合所占據(jù)的服務(wù)器市場(chǎng)份額，將從2020年的零，增加到2030年的71%。

所以，汽車電子和服務(wù)器這兩種RISC-V的高端應(yīng)用，哪一個(gè)相對(duì)更容易落地呢？

圖 | 紅帽軟件首席軟件工程師傅煒（左三）

紅帽軟件首席軟件工程師傅煒認(rèn)為，RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域更容易落地。對(duì)此，他解釋道：“紅帽軟件也在做車載操作系統(tǒng)，經(jīng)常跟一些車廠和車載芯片公司接觸，在這個(gè)過(guò)程中我們發(fā)現(xiàn)汽車芯片的認(rèn)證是一件很痛苦的事情，非常復(fù)雜，但對(duì)于服務(wù)器領(lǐng)域來(lái)說(shuō)，就沒(méi)有類似這樣的強(qiáng)制性要求。究其原因是，域控和自動(dòng)駕駛相關(guān)的汽車電子一旦出了問(wèn)題，就是人命關(guān)天的事，而服務(wù)器如果出了問(wèn)題，還可以通過(guò)很多備份機(jī)制來(lái)解決，并不會(huì)產(chǎn)生人身傷害，所以門檻會(huì)稍微低一些。”

對(duì)此，筆者也是秉持著相同的態(tài)度，同時(shí)RISC-V服務(wù)器生態(tài)非常專注，在云端的量就足夠大，不管是在經(jīng)濟(jì)上還是能效上，都擁有替代傳統(tǒng)架構(gòu)的底層優(yōu)勢(shì)，因此比較容易上量。筆者認(rèn)為，服務(wù)器很快就會(huì)擺脫“非x86不可”的局面。值得一提的是，2023年初，RISC-V International已經(jīng)將HPC確定為RISC-V增長(zhǎng)的戰(zhàn)略優(yōu)先領(lǐng)域。

如果用事實(shí)說(shuō)話，我們看到幾年前由于沒(méi)有必要的服務(wù)器友好軟件生態(tài)系統(tǒng)的支持，加上制造工藝節(jié)點(diǎn)也沒(méi)那么先進(jìn)，Applied Micro的數(shù)據(jù)中心處理器嘗試失敗了。但是到了2022年12月，Ventana Micro Systems推出Veyron V1的嘗試可以說(shuō)是成功的開(kāi)始。

在軟件生態(tài)方面，我們看到了一些變化，例如：今年6月，包括谷歌、三星、高通、SiFive、平頭哥、英特爾在內(nèi)的13家IT和半導(dǎo)體頭部企業(yè)發(fā)起了全球RISC-V軟件生態(tài)計(jì)劃“RISE”，以推動(dòng)RISC-V處理器在各個(gè)領(lǐng)域的市場(chǎng)化落地。

在Veyron V1的自身?xiàng)l件方面，根據(jù)Ventana Micro Systems披露的數(shù)據(jù)顯示，在SPECint 2017測(cè)試中，其128核心版本的Veyron V1在300W功耗下，大幅性能領(lǐng)先于64核的AMD EPYC Milan 7763（280W），并且達(dá)到了64核心AWS Graviton G3（Neoverse v1內(nèi)核）、40核心Intel Xeon Ice Lake 8380（270W）的兩倍。

圖 | 全球首款數(shù)據(jù)中心級(jí)RISC-V處理器Veyron V1與市場(chǎng)主流數(shù)據(jù)中心級(jí)處理器性能對(duì)比

因此，雖然說(shuō)今天的軟件生態(tài)系統(tǒng)也稱不上成熟，Veyron V1還不能算是一款通用型的服務(wù)器CPU，但是從性能的角度來(lái)看，該解決方案已經(jīng)可以滿足數(shù)據(jù)中心CPU市場(chǎng)50%的需求，比如內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)、APP應(yīng)用及虛擬主機(jī)服務(wù)、存儲(chǔ)服務(wù)器、負(fù)載平衡、緩存設(shè)備、內(nèi)容交付服務(wù)、流媒體服務(wù)等。

同時(shí)，在經(jīng)濟(jì)效益方面，Ventana Micro Systems表示：“客戶選擇Ventana的CPU、I/O模塊來(lái)設(shè)計(jì)自己的SoC可以縮短兩年的開(kāi)發(fā)時(shí)間，并節(jié)省7500萬(wàn)美元的研發(fā)費(fèi)用?！?/p>

提到RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域的發(fā)展，我們還不得不提一下國(guó)內(nèi)的一些成就。2023年3月2日，中國(guó)公司算能也在玄鐵RISC-V生態(tài)大會(huì)上推出了其首款基于RISC-V架構(gòu)的服務(wù)器處理器——SOPHON SG2042。

根據(jù)算能披露的數(shù)據(jù)顯示，SG2042是一款64核RISC-V服務(wù)器芯片，采用了平頭哥高性能玄鐵RISC-V內(nèi)核（C920），主頻達(dá)到了2GHz，9-12流水線設(shè)計(jì)，支持亂序執(zhí)行，擁有64MB共享三級(jí)緩存。

同時(shí)，2023年8月，在第三屆滴水湖中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上，算能又首次披露了其新一代的RISC-V服務(wù)器處理器——SOPHON SG2044（升級(jí)了DDR帶寬和PCIe等）。

未來(lái)，RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域的迭代會(huì)呈指數(shù)型加速狀態(tài)，當(dāng)然，汽車電子作為這幾年的熱門賽道，也吸引了一大批技術(shù)和資金團(tuán)隊(duì)去做更大的投入，所以發(fā)展也是非常迅速。

同樣用事實(shí)說(shuō)話，我們看到面對(duì)巨大的汽車芯片市場(chǎng)，RISC-V的步伐也相當(dāng)之快。SiFive在去年推出了全新的專為信息娛樂(lè)、駕駛艙、連接、ADAS 和電氣化等汽車應(yīng)用而設(shè)計(jì)的Automotive系列RISC-V內(nèi)核IP，已經(jīng)發(fā)布的包括E6-A、X280-A 和S7-A 。據(jù)悉，到今年為止已經(jīng)有多家汽車零部件和服務(wù)供應(yīng)商、工具供應(yīng)商采用了SiFive Automotive RISC-V 內(nèi)核，包括 Ashling（RiscFree工具鏈）、Cadence、Canonical、Elektrobit、Green Hills、IAR Systems、iSystem AG、Lauterbach、Renesas（瑞薩電子）、Resiltech、Segger（賽格）、Siemens（西門子）、Solid Sands、Synopsys（新思科技）、SYSGO、TASKING 和 WITTENSTEIN 等。

與此同時(shí)，中國(guó)IP初創(chuàng)企業(yè)芯來(lái)科技的NA系列CPU IP（NA900和NA300）也在今年7月順利獲得了ISO 26262最高汽車功能安全等級(jí)ASIL D的認(rèn)證證書。對(duì)此，芯來(lái)科技CEO彭劍英表示：“這對(duì)于芯來(lái)科技，乃至對(duì)整個(gè)RISC-V生態(tài)在汽車電子領(lǐng)域的發(fā)展都具有里程碑意義，將開(kāi)啟RISC-V上車的新篇章?！?/p>

寫在最后

市場(chǎng)需求是產(chǎn)品和技術(shù)往前發(fā)展的最大驅(qū)動(dòng)力，業(yè)內(nèi)人士認(rèn)為RISC-V可能在未來(lái)超越x86、Arm，成為第一大指令集架構(gòu)。至于在汽車電子和服務(wù)器領(lǐng)域的發(fā)展速度，筆者依舊堅(jiān)持服務(wù)器會(huì)相對(duì)領(lǐng)先汽車電子領(lǐng)域。