RISC-V終于等到了“掘金時刻”

作者：九林

如果有人問全球前三大指令集，或許芯片公司門口的守樓大爺也能如數(shù)家珍地報出：X86、Arm、RISC-V。

相較于前兩大架構(gòu)，2010年“出生”的RISC-V被稱為“第三大指令集”好像有點名不副實。

要知道，X86指令集能夠占領(lǐng)一半以上的PC處理器市場和95%以上的服務(wù)器市場，Arm指令集則占據(jù)了全球99%以上的移動設(shè)備。而作為僅有14歲的“后輩”，RISC-V能夠占據(jù)的市場份額可想而知。

不過，短短時間內(nèi)，能夠殺出重圍，闖入兩大指令集的“狩獵場”。RISC-V自然也是有自己的優(yōu)勢。

如同每一個名將，都有自帶著獨特的BUFF。比如單手舉鼎的項羽，力大無窮。RISC-V天生就帶著三大BUFF：開源開放、免費、可修改。

“大浪淘沙”中的RISC-V

我們先談?wù)凴ISC-V尚未出現(xiàn)前的世界。

1978年，英特爾創(chuàng)造了X86指令集，并且對該架構(gòu)的演進具有絕對的控制權(quán)。X86統(tǒng)治了幾乎所有計算機、服務(wù)器等高性能領(lǐng)域。

想要使用X86指令集，不光要有錢，還要有資格。在過去的30多年，拿到X86入場券的僅僅只有AMD和Cyrix（Cyrix被威盛收購，后來威盛又將該項業(yè)務(wù)賣給中國大陸一家芯片企業(yè)成立兆芯）。

Arm公司主導(dǎo)的Arm架構(gòu)與X86不同，雖然Arm本身在負責(zé)架構(gòu)的升級，但是只做IP核生意。也就是說，想要使用Arm，有錢就行?！百Y格”（授權(quán)）在Arm手里，只要給夠錢，都不是問題。從1997年，Arm9問世以來，在蘋果A系列芯片的帶動下，基于Arm自研芯片的移動端產(chǎn)品越來越多。

但隨時可能被人取消資格、禁止參賽的世界是需要改變的。當(dāng)被世界捆住手腳，總需要有人掙脫束縛。2010年，加州大學(xué)伯克利分校Krste Asanovi?教授決定開發(fā)一個開放原始代碼的電腦系統(tǒng)，X86沒資格、Arm又太貴。惹誰都別惹知識分子，Krste Asanovi?教授找來了David Patterson，開源、免費、可修改的RISC-V由此誕生。

RISC-V的到來，本身也有點突破“枷鎖”的味道。之后，為了確保RISC-V的開源，RISC-V基金會還將總部從美國遷移到了中立國瑞士。

“名將”RISC-V帶著它的尖刀，沖擊著市場。2021年RISC-V國際基金會，會員數(shù)量為300多家，而到2024年，其會員數(shù)量已經(jīng)超過4000家，有了超10倍的增長。在2022年，市場上量產(chǎn)的RISC－V處理器已經(jīng)達到100億顆，其中有50％來自中國。

目前國際上著名的開源社區(qū)Debian已首次把RISC-V作為官方支持的指令集架構(gòu)，此外，Google的Android開源版本AOSP也宣布把RISC-V當(dāng)作官方支持的Tier-1指令集。

作為新的指令集，只有實現(xiàn)盈利才能進一步保持持久的生命力。RISC-V到了“掘金時刻”，而這一時刻的帶領(lǐng)者正是阿里巴巴達摩院。

掘金時刻，無劍聯(lián)盟

無數(shù)國內(nèi)外的科技公司和機構(gòu)紛紛都涌入了RISC-V賽道，想要成為下一批“淘金者”。

2019年7月，阿里巴巴發(fā)布當(dāng)時業(yè)界性能最強的RISC－V處理器玄鐵910；2021年6月，中科院計算所發(fā)布高性能RISC－V處理器香山；2022年11月，美國芯片創(chuàng)業(yè)公司SiFive推出3.4GHz的RISC－V處理器。

與此同時，印度、巴基斯坦、俄羅斯、歐盟的政府都將RISC-V提上了議程，前后發(fā)布了不同的支持政策。

2023年更是RISC-V突破性的一年。

國內(nèi)這邊，北京開源芯片研究院公布第二代“香山”（南湖）開源高性能RISC－V處理器內(nèi)核等，性能已超過ARM A76；阿里巴巴發(fā)布首個自研RISC－V人工智能多媒體融合平臺，支持運行170余個主流人工智能模型。

國際上，RISC-V服務(wù)器芯片制造商Esperanto Technologies和Ventana Micro Systems已經(jīng)推出了用于云計算的芯片；Meta也推出了一款基于RISC-V架構(gòu)的AI推理芯片；英特爾正在與巴塞羅那超級計算中心（BSC）合作，為超級計算機制造RISC-V芯片。

惟變所出，萬變不從。

開源的RISC-V帶來了新的商業(yè)模式和商業(yè)機會。

RISC-V走向大規(guī)模商業(yè)化一直是業(yè)內(nèi)所期盼的。但是，由于RISC-V處理器在高性能計算領(lǐng)域的應(yīng)用和研究依然處于探索階段，軟件生態(tài)系統(tǒng)、芯片、電路板和系統(tǒng)的可靠性問題并沒有解決。

怎么進行商業(yè)化一直是業(yè)內(nèi)在探索的問題。

當(dāng)開源和可修改被視為RISC-V的最大優(yōu)勢時，它們也成了RISC-V進一步發(fā)展的阻礙。雖然開發(fā)者準(zhǔn)入門檻降低了，但這反而可能導(dǎo)致更嚴重的指令集架構(gòu)碎片化。

商家自己拓展的RISC-V指令集不是標(biāo)準(zhǔn)指令集，很容易產(chǎn)生碎片化問題。缺乏統(tǒng)一性的話，軟件生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)就會缺乏錨點，很難讓一套軟件生態(tài)滿足所有拓展出的RISC-V指令要求。

想要克服這個阻礙，必須建立聯(lián)盟，依靠上下游公司的合作。而這只能靠具有行業(yè)影響力的大公司號召。

RISC-V國際基金會22位高級會員中有12名來自中國。在國際標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)中，阿里巴巴領(lǐng)導(dǎo)了其中的13個主要技術(shù)小組，是公認的投入力量最大的中國機構(gòu)。在2024玄鐵RISC-V生態(tài)大會上，阿里達摩院正式發(fā)起了“無劍聯(lián)盟”。

Synopsys、中國電信股份有限公司研究院、Imagination、青島海爾科技有限公司、Arteris、芯昇科技等頭部企業(yè)及機構(gòu)首批加入。

成員將基于玄鐵處理器緊密推進IP協(xié)同、工具鏈優(yōu)化、操作系統(tǒng)適配、解決方案拓展、應(yīng)用推廣等工作，持續(xù)降低RISC-V開發(fā)成本，縮短RISC-V產(chǎn)品及應(yīng)用上市時間，讓終端廠商以更快的速度找到更適配的RISC-V方案。

例如，基于“無劍600”芯片設(shè)計平臺，Imagination和玄鐵實現(xiàn)了高性能異構(gòu)算力架構(gòu)，產(chǎn)出一批高性能芯片；Arteris將與玄鐵合作保證ArterisNcore和FlexNoC片上網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)IP及SoC自動化集成技術(shù)與玄鐵RISC-V系列產(chǎn)品的互操作性。

建立RISC-V產(chǎn)業(yè)合作新范式，幫助芯片公司加速技術(shù)轉(zhuǎn)化過程，降低開發(fā)成本與風(fēng)險，才能充分挖掘RISC-V的商機。走向大規(guī)模商業(yè)化是RISC-V進一步成長的必經(jīng)之路。

這一次，RISC-V的掘金，玄鐵不但要成為“淘金者”，還要成為“賣金鏟的人”。助力RISC-V距離商用更進一步。

生態(tài)是發(fā)展RISC-V的關(guān)鍵

2023年，全世界的RISC-V科技公司的CEO都在討論一件事：要做RISC-V的生態(tài)。

“生態(tài)”對于半導(dǎo)體架構(gòu)來說，非常重要。芯片架構(gòu)的地位，往往就在于“生態(tài)”：有多少家公司愿意使用這個指令集。

傳統(tǒng)上，一家企業(yè)想要在自家產(chǎn)品中集成芯片，需要先選擇供貨商，供貨商與指令集架構(gòu)、軟件生態(tài)深度綁定，因此一旦做出選擇便難以更改。

類似于：淘寶吸引了很多的買家，那么買家更傾向于在淘寶上購物。隨著買家數(shù)量的增加，淘寶也吸引了越來越多的商家入駐。這就使得淘寶的市場越來越大，這種效應(yīng)被稱為“雙邊效應(yīng)”。

做RISC-V的生態(tài)也是同一個道理。RISC-V的生態(tài)越完善，使用的客戶就越多，那么RISC-V整體的市場就越大。

一個好的生態(tài)，能夠給架構(gòu)帶來正向循環(huán)。

Arm的生態(tài)建設(shè)就非常強悍。在2010年時，由Arm、IBM、三星、TI等廠商聯(lián)合設(shè)立了非營利組織Linaro，這個機構(gòu)就是合作進行開源Linux軟件產(chǎn)品和開發(fā)工具的開發(fā)和改進，幫助Arm的合作伙伴快速推出基于Arm架構(gòu)的產(chǎn)品。

對于新的架構(gòu)來說，Arm走過的路，RISC-V都要走一遍。在RISC-V芯片已經(jīng)出貨百億顆的背景下，完善RISC-V的生態(tài)化建設(shè)迫在眉睫。過去幾十年，因為生態(tài)進展而中道崩殂的指令集不計其數(shù)，如MIPS、SPARC等等。RISC-V的蓬勃發(fā)展，需要全球創(chuàng)新協(xié)同。

從芯片生態(tài)，到基礎(chǔ)軟件生態(tài)，再到應(yīng)用和終端生態(tài)，達摩院玄鐵正連接各大生態(tài)體系，讓全球的開發(fā)者和合作伙伴都能更好地使用和發(fā)展RISC-V技術(shù)。

去年，由阿里巴巴、谷歌、英特爾等13家企業(yè)發(fā)起的全球RISC-V軟件生態(tài)計劃“RISE”，在比利時布魯塞爾正式啟動。RISE旨在加速RISC-V新架構(gòu)的軟件生態(tài)建設(shè)及應(yīng)用商業(yè)化進程，成員將聯(lián)合推動RISC-V處理器在移動通信、數(shù)據(jù)中心、邊緣計算及自動駕駛等領(lǐng)域的市場化落地。很多行業(yè)人士認為，RISE類似Linaro。

阿里巴巴想要促進RISC-V生態(tài)的決心不小。

在2021年，阿里巴巴直接宣布開源四款玄鐵系列RISC-V處理器，包括玄鐵E902、E906、C906、C910。玄鐵 RISC-V 系列已經(jīng)擁有300多家客戶、超800個授權(quán)數(shù)，其出貨量超過40億顆，是應(yīng)用規(guī)模最大的國產(chǎn) CPU IP。達摩院已經(jīng)開源4款玄鐵處理器，雖然意味著將損失 IP 核授權(quán)帶來的收入，但另一方面，開發(fā)者們能夠在開源的基礎(chǔ)上做軟硬件適配，推動RISC-V生態(tài)的發(fā)展。圍繞玄鐵處理器，一個蓬勃生長的RISC-V協(xié)同創(chuàng)新生態(tài)雛形已初步形成。

5年間，玄鐵RISC-V處理器已發(fā)布3個系列9款產(chǎn)品，覆蓋高性能、高能效、低功耗等不同場景。

本屆大會，達摩院宣布玄鐵系列將面向低功耗、AI加速、車規(guī)及安全領(lǐng)域全面迭代升級。同時，玄鐵C907首次實現(xiàn)矩陣運算（Matrix）擴展，為未來AI加速計算提供更多選擇；下一代處理器C930也將于2024年推出。

在軟件生態(tài)上，玄鐵完整推出基礎(chǔ)軟件三件套——編譯器TAC、編譯環(huán)境CDK、部署工具集HHB，大幅提升RISC-V開發(fā)環(huán)境及工具棧效率。在幾年時間內(nèi)，玄鐵已經(jīng)基本完成了與國際及國內(nèi)主流操作系統(tǒng)與RISC-V的全適配。比如說安卓、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龍蜥、統(tǒng)信、openKylin、創(chuàng)維酷開系統(tǒng)、RTT等操作系統(tǒng)，并在百余款量產(chǎn)芯片中得到了應(yīng)用。

在硬件開發(fā)和工具鏈建設(shè)上，EDA廠商基于玄鐵處理器開發(fā)出RISC-V仿真、調(diào)試、驗證等系列工具，大幅縮短產(chǎn)品驗證及上市時間，顯著降低風(fēng)險。

玄鐵RISC-V處理器的長期技術(shù)積累，正逐步結(jié)出應(yīng)用成果。

在2024玄鐵RISC-V生態(tài)大會上，中國科學(xué)院軟件研究所發(fā)布基于RISC-V的開源筆記本電腦“如意BOOK”，搭載玄鐵C910處理器。在openEuler操作系統(tǒng)上流暢運行釘釘、Libre Office等大型辦公軟件。

如意BOOK首次打通了從底層芯片到操作系統(tǒng)到商用軟件的RISC-V全鏈路，且全部開源開放。中國科學(xué)院軟件研究所RISC-V行業(yè)生態(tài)負責(zé)人郭松柳表示：“我們期待更多開發(fā)者基于如意BOOK進行原生RISC-V開發(fā)，共同豐富RISC-V的軟件應(yīng)用生態(tài)。”

在去年的玄鐵RISC-V生態(tài)大會上，阿里巴巴就公布了生態(tài)計劃。針對芯片開放社區(qū)開發(fā)者、行業(yè)伙伴分別推出了“RISC-V學(xué)院計劃”、“玄鐵優(yōu)選芯片”。以此建設(shè)幫助RISC-V生態(tài)，推動芯片落地。

玄鐵處理器已經(jīng)在AI、5G通信、自動駕駛、金融等領(lǐng)域展開廣泛應(yīng)用創(chuàng)新。

在電力行業(yè)，國網(wǎng)智芯公司基于玄鐵處理器研發(fā)面向工業(yè)應(yīng)用的高能效、高安全、高可靠的AI芯片，可用于變電智能巡視、源網(wǎng)荷儲協(xié)同調(diào)度等場景，全面賦能數(shù)智化電網(wǎng)建設(shè)；在ICT領(lǐng)域，中國電信研究院采用玄鐵RISC-V研發(fā)云桌面、AI邊緣盒子等新硬件，助力打造“端-邊-云”全面應(yīng)用；在機器人方向，亞博智能推動RISC-V首次進入ROS機器人領(lǐng)域，基于玄鐵處理器的Mlik-VMeles開發(fā)板研發(fā)SLAM建圖與避障導(dǎo)航小車；潤開鴻聯(lián)合達摩院在玄鐵RISC-V上更好地發(fā)揮了OpenHarmony分布式技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，落地金融、交通等行業(yè)。

尾聲

前些日子，歐盟已經(jīng)宣布大力投資RISC-V架構(gòu)，想要以此實現(xiàn)半導(dǎo)體芯片的獨立。

如將不盡，與古為新。開源早已成為處理器芯片發(fā)展的新趨勢。

正如阿里巴巴達摩院院長張建鋒在會上所說，從軟件到硬件，開源已經(jīng)成為數(shù)字產(chǎn)業(yè)的大勢所趨?！伴_源是手段，而開放是思想，RISC-V的魅力正在于此”，他表示，“它是透明的、與時俱進的，讓大家都能在興趣驅(qū)動下作出自己的創(chuàng)新貢獻?！?/p>

在PC產(chǎn)業(yè)，英特爾是通過IDM模式加賣芯片的方式去推動了芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但這種模式需要很多的資源、上百億美元的收入才能支撐這樣的一個產(chǎn)業(yè)。而且一旦利潤下降就會被不看好，這也是為什么英特爾股票下跌。

智能手機產(chǎn)業(yè)，Arm也用更輕的方式，不賣芯片，只賣IP，讓其他的企業(yè)去做芯片，這樣也能夠撬動一個更大的智能手機的產(chǎn)業(yè)。

今天如果用開源芯片的方式，IP是開源的，流程也是開放的，通過全鏈路合作的方式來去推動技術(shù)發(fā)展，持續(xù)讓技術(shù)演進，那就有可能撬動更大的產(chǎn)業(yè)。

張建鋒表示：“隨著新型算力需求激增，RISC-V發(fā)展迎來蝶變，即將進入應(yīng)用爆發(fā)期。達摩院將持續(xù)加大RISC-V的研發(fā)投入和生態(tài)共建，推動行業(yè)上下游協(xié)同創(chuàng)新發(fā)展?！?/strong>