RISC-V 開源的到底是什么?
RISC-V 從誕生到現(xiàn)在已有 10 年時間,而就在今年的 2 月 18 日,RISC-V 基金會董事長 Krste Asanovic 卻發(fā)表博客,聲稱“RISC-V 處理器開源”是不存在的,引發(fā)了一場關于 RISC-V 開源內涵的討論。
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那么 RISC-V 開源的到底是什么呢?
關于這個問題我們采訪到晶心科技的總經(jīng)理林志明先生,他告訴與非網(wǎng),“大眾對于 RISC-V 以及「開源」或許有些誤解,其實 RISC-V 開源的是「處理器架構」,而非提供「開源處理器」,這二者之間有技術與戰(zhàn)略意義上的差別。所謂處理器架構指的是「指令集架構 ISA (Instruction Architecture)」,而指令集架構和處理器兩者間所需的開發(fā)資源及技術差距甚遠。因此,RISC-V 基金會董事長 Krste 發(fā)表該篇博客的寓意應是為了正本清源,希望導正大眾的普遍認知,將觀念回歸到 RISC-V 所開源的部分在于處理器架構,而非 RISC-V 處理器?!?/p>
開源就意味著不收費嗎?
不完全是,RISC-V 處理器架構是開源的、免費的,但 RISC-V 處理器分為開源和商業(yè)化兩種,開源 RISC-V 處理器不收費,而那些提供商業(yè) IP 的公司通常需要大量投資,以確保那些 IP 在所有可量化的方面都能得到良好的支持、擁有完整的功能并具有強大的競爭力,因此是收費的。目前真正的開源 RISC-V 處理器并非主流且非常稀少,事實上商業(yè)化的 RISC-V 處理器才是市場主流。
發(fā)展到現(xiàn)在,主流的 RISC-V 有哪些經(jīng)典案例?
RISC-V 開源指令集架構的經(jīng)典案例分為兩類:一類為開源處理器,由 OpenHW Group、LowRISC 等開源組織提供,如 Rocket-chip、Pulpino;另一類為基于開源指令集的商業(yè)處理器,由非開源組織、公司或個人提供,如 Si-Five 系、晶心系、阿里系、芯來系等。
之所以將上述處理器稱之為經(jīng)典案例是基于兩個原因,前一類由于出現(xiàn)的時間較早,對其他 RISC-V 處理器設計有啟發(fā)和領導作用;而后一類,像 SiFive 系的 E3 和 U5 是基于開源 Rocket-chip 所派生出的最早的 RISC-V 商用處理器,目前已經(jīng)有大規(guī)模商業(yè)化量產(chǎn)記錄,處理器的經(jīng)典性和品質已經(jīng)有所驗證。
就應用領域來說,我們也分開源和商業(yè)化兩部分來講。開源處理器中的 Rocket-chip 應用較為寬泛,可以覆蓋 MCU、IoT 及基于 Linux 的入門級應用;Picorv32 和 Pulpino 比較適用于 IoT 應用;蜂鳥面積非常小,主要用于入門級 MCU 微控制器的應用。而商業(yè)化處理器的應用領域則根據(jù)非開源組織、公司或個人的定位所決定。
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圖 | RISC-V 國內外主流廠商與發(fā)展定位
在商業(yè)模式中,RISC-V 處理器 IP 供貨商向授權的客戶提供內核設計,該設計可以是軟核(soft core)或硬核(hard core)。一般軟核是以 RTL 來作為交貨依據(jù),硬核大多是以 netlist 或 GDSII 為交貨依據(jù),目前市場主流仍以軟核為主。
就商業(yè) RISC-V 處理器發(fā)展現(xiàn)狀而言,國外的 SiFive 已具有提供 64 位處理器,異構多核、多 cluster 一致性、浮點運算 / 向量計算等技術能力,中國臺灣的晶心科技也早在 2018 年就推出了支持 64 位 RISC-V 的主流 CPU IP AndeStar V5。目前,大陸多半是 RISC-V32 的芯片,設計相對簡單,成熟比較快,像兆易創(chuàng)新的 GD32VF103 系列、紫光展銳的春藤 5842、春藤 5882 等。而 RISC-V64 處理器則主要有阿里系的平頭哥半導體、芯來科技(與晶心科技合作)在研發(fā)。
與非網(wǎng)在采訪中特地了解了各個廠家的主力產(chǎn)品,由廠家力薦的型號與簡介如下,供大家了解。
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圖 | RISC-V 廠商力薦產(chǎn)品
大家擔心的 IP 碎片化,真的是 RISC-V 的送命題嗎?
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RISC-V 被認為是繼 X86 架構和 ARM 架構之后第三個主流架構,也被當作是“中國芯”崛起的歷史機遇。
RISC-V 開源的優(yōu)勢是可以允許各家在設計芯片時,按照自己的特殊需要添加定制化的指令,滿足特定應用的特殊需求,或在投票成為標準之前,將先進的創(chuàng)新成果先行在自己的產(chǎn)品中實現(xiàn)。然而,當這種自行添加的定制化指令逐漸增多,又不能被吸收進標準規(guī)范中時,就會產(chǎn)生碎片化的問題,增加成本不說,還會阻礙或延緩生態(tài)系統(tǒng)的完善。那么大家擔心的 IP 碎片化,真的會成為 RISC-V 的送命題嗎?
- 贊成觀點(IP 碎片化是個大問題,要盡量避免)
Silicon Labs 的首席技術官 Alessandro Piovaccari 持贊成觀點,他表示,“IP 重組確實是一個重要的問題,這就是為什么必須非常謹慎地使用定制化的原因。永遠不要為了一點點小利益就去使用定制化。我們的理念是要對比一個有定制單元(比如無線調制解調器或者推理引擎)的混合處理器和一個不宜變更的 100%全定制的完整的處理器。很多時候,一個混合處理器,盡管有 IP 重組的問題,但是依舊比實現(xiàn)完整的處理器或者實現(xiàn)標準處理器要容易。此外,定制版本的處理器單元應該在產(chǎn)品系列中重復利用,而不是逐個產(chǎn)品進行更改,從而可以在長期的軟件維護中保持效率?!?/p>
- 中立觀點(碎片化取決于是否遵守規(guī)范標準)
賽昉科技的 CEO 徐滔則持中立態(tài)度,他表示,“RISC-V 基本的指令集是標準的,不會存在碎片化。碎片化是特定用戶為滿足特定產(chǎn)品的需求而引入的定制化指令。既然是特定產(chǎn)品,那么碎片化就不是問題。況且 RISC-V 基金會就是旨在維護指令架構的完整性和非碎片化,并且會制訂若干個標準規(guī)范,在遵守這些標準規(guī)范下的定制化是被允許的,如果有公司違反了標準規(guī)范,會使他們的產(chǎn)品走向碎片化,從而出現(xiàn)各類不兼容的問題,造成與 RISC-V 主流生態(tài)不兼容,最終只會被孤立。事實上 RISC-V 的可定制化特性帶來的是多樣化而非碎片化,RISC-V 就像一棵樹的主干,而定制化則是這顆樹的分枝,只要是基于主干的生長都是良性的,越來越多的分枝會讓整棵大樹枝繁葉茂?!?/p>
- 反對觀點(RISC-V IP 碎片化是個偽命題)
而晶心科技的總經(jīng)理林志明則告訴與非網(wǎng),“由 RISC-V 基金會所制定的 RISC-V 指令集模塊 (ISA module) 層次是無法任意更動的,必須透過 RISC-V 基金會工作小組的審核才可更改,因此在這層次上的模塊化架構無法由工程師自行訂制,也無法更改,如此一來便不存在所謂 IP 碎片化的問題?!?/p>
“在 RISC-V 引發(fā)關注前,新興應用(例如物聯(lián)網(wǎng))經(jīng)過數(shù)年發(fā)展?jié)u漸成熟后,大家才發(fā)現(xiàn)原來物聯(lián)網(wǎng)的應用如此零碎化,也就是說,物聯(lián)網(wǎng)領域的需求雖龐大,但各式各樣的應用中,其實每個項目的數(shù)量并不多。由于應用本身即為零碎化,因此 IP 碎片化的說法其實是個偽命題。”
RISC-V 和 ARM 終有一戰(zhàn)?
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要講 RISC-V 和 ARM 的競爭,就先要從這兩者的商業(yè)模式講起,目前 RISC-V 的主流商業(yè)模式與 ARM 有些類似,但并不完全相同,RISC-V 的商業(yè)模式部分為 IP 提供商,部分則為芯片提供商,因此,精確的說法是 RISC-V 與一般商業(yè) IP 授權的商業(yè)模式類似。
- 目前無可比性,RISC-V 生態(tài)正逐漸成熟,大多采用混合研發(fā)模式,ARM 也將受益
就目前發(fā)展狀況而言,Silicon Labs 的首席技術官 Alessandro Piovaccari 表示,“Arm 的軟件和工具生態(tài)系統(tǒng)的質量和廣泛性是無與倫比的,RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)要達到同樣的成熟度還需要一段時間,這種成熟度對于處理器的通用用途非常重要?!?/p>
他還補充道,“定制化是開源 RISC-V 內核的主要優(yōu)勢,擁有開源硬件是定制化成功的關鍵,可以針對應用進行定制,以滿足嚴格的功耗和實時要求,要付出的主要代價是軟件需要與硬件一起進行驗證,但是,這對于處理器的特定用途而言不是問題。相反,對于通用處理器而言,這是一個問題,因為它們破壞了標準和生態(tài)系統(tǒng),而標準和生態(tài)系統(tǒng)是通用軟件的基礎。因此,這兩類應用場景是完全不同的?!?/p>
“此外,RISC-V 的發(fā)展產(chǎn)生的多種使用范圍很廣的內核正在推動 SoC 開發(fā)者在其產(chǎn)品中使用越來越多的內核。傳統(tǒng)上只有一個內核的器件現(xiàn)在可能會有五個或者更多內核。即使是固定功能的產(chǎn)品,現(xiàn)在也會有一個 RISC-V 微內核。這種“處處安放微內核”的理念正在擴大多內核處理器的市場。這也將使 Arm 受益,雖然 Arm 的市場份額可能會減少,但整個市場體量將大幅增長,因此 Arm 也會實現(xiàn)更高的增長?!?/p>
而 Imagination Technologies CPU 硬件工程副總裁 Steven Yeung 則告訴與非網(wǎng),“目前很多公司采用的是混合研發(fā)模式,采用這種研發(fā)模式的原因有兩點:一是 RISC-V 技術或現(xiàn)有的 RISC-V 內核還沒有形成一個公平競爭的環(huán)境,二是從一種架構遷移到另一種架構需要時間,對于第二點原因,情況將會改變?,F(xiàn)在,有許多低端的 RISC-V 產(chǎn)品,但是隨著時間的推移,人們將在中高端市場中看到有競爭力的內核,RISC-V 將獲得更大的市場份額?!?/p>
- 市場變大,未來 RISC-V、X86、ARM 將三足鼎立
“一種架構的興起并不代表其他架構的消亡,RISC-V 與 X86 和 ARM 架構未來將呈現(xiàn)三足鼎立之勢力。多年來 ARM 在 Android 端一直占據(jù)主流,X86 在服務器端后也始終處于壟斷地位,相比兩大傳統(tǒng)架構,新生代架構 RISC-V 顯然更具活力,目前已實現(xiàn)了在 AI 及 IoT 等新興領域率先登陸,并且正向更多的領域延伸。未來這三大架構都會各自占據(jù)固有的領地,并在交集市場產(chǎn)生競爭,市場足夠龐大,必要的良性競爭有助于處理器技術及商業(yè)模式的不斷創(chuàng)新和優(yōu)化,對于整個市場來說是有益的?!辟悤P科技 CEO 徐滔如是說。
與非網(wǎng)評論:假設市場容量不變,RISC-V 將會搶占部分 ARM 市場,但現(xiàn)實是市場容量會隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等領域的爆發(fā)而不斷攀升,因此未來 RISC-V 搶占的只是 ARM 或 X86 的份額占比,在總量上,三者都會呈上升態(tài)勢。
RISC-V 的下一步:如何做大?
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根據(jù)市場調研機構 Semico Research 的研究結果顯示,預計到 2025 年,采用 RISC-V 架構的芯片數(shù)量將增至 624 億顆,2018 年至 2025 年復合增長率高達 146%。
就細分市場而言,可以預見的是,未來 2-3 年 RISC-V 的高性能應用在服務器、移動端及車載電子等領域將會有更多的實現(xiàn),在 IOT/MCU 等領域 RISC-V 會更加有活力,而基于應用軟件的技術及生態(tài)也將持續(xù)增進,并且在特定領域,如 DSP/AI/ 圖像 / 網(wǎng)絡領域也會有所斬獲。
同時,基于應用的軟件工作將大量展開,如 Hypervisor、矢量、安全、功耗管理、服務器等方面。同時,基于 RISC-V 指令集架構的芯片將以幾何倍增的速度發(fā)展。以高通、三星、西數(shù)為首的半導體廠商均已不同程度的投入到基于 RISC-V 的產(chǎn)品線,以芯片研發(fā)的一般周期來看,未來 2-3 年將會陸續(xù)有芯片問世,尤其在 AIoT、IIoT、5G 等領域將會有更多基于 RISC-V 的產(chǎn)品問世。而龍頭廠商的穩(wěn)定出貨必將導致大量觀望者果斷跟進采用 RISC-V 技術,因此 RISC-V 的使用者數(shù)量還將暴增。
此外,基金會和聯(lián)盟也將通過搭建產(chǎn)業(yè)交流平臺,推動 RISC-V 技術的廣泛應用、建立長效合作機制,并促進 RISC-V 教學科研與產(chǎn)業(yè)人才培養(yǎng)、加速產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
與非網(wǎng)評論:RISC-V 市場看好,生態(tài)的完善是 RISC-V 取得商業(yè)成功的關鍵,而標準化和多元化是 RISC-V 快速發(fā)展的基石。
寫在最后
RISC-V 已經(jīng)有 10 年歷史,卻在過去一年內突然爆發(fā),已經(jīng)初步經(jīng)歷了從學術到實際商業(yè)應用的過程。RISC-V 憑著指令集開源等特性有機會占據(jù)可觀的市場份額。物聯(lián)網(wǎng)市場有碎片化、多樣化的特點,擁有眾多細分領域,RISC-V 可以針對不同應用靈活修改指令集和芯片架構設計的優(yōu)勢就體現(xiàn)出來了。此外,物聯(lián)網(wǎng)市場對于成本較敏感,RISC-V 開源免授權費的特點也將吸引更多的廠商。
借用 UltraSoC 亞洲銷售副總裁 Lisa Yang 的原話,“在很多時候,盡管工作是不斷的,但進展似乎是在一系列的“跳躍”中發(fā)生,而不是一條穩(wěn)定的曲線?!痹捦庵?,大量投入之后,總會在某個特定的節(jié)點上看到成功的曙光。大膽地猜想,假設今年如果沒有疫情,RISC-V 將會是一個投資熱點吧,一定會有許多生態(tài)環(huán)節(jié)在今年得到建立。
鳴謝篇(感謝為本文提供素材的各位,排名不分先后)
晶心科技:《RISC-V 不存在 IP 碎片化,已與 ARM 站在同一起跑線上》
賽昉科技:《RISC-V 的下一步:高性能計算、向量計算和安全三大領域》
Silicon Labs :《選擇 RISC-V 是因為 8051 架構的計算能力不能滿足 AIoT 需求》
?兆易創(chuàng)新:《MCU 選擇 RISC-V,除了性價比還有差異化、安全需求》
紫光展銳:《手機 AP、服務器高性能計算領域,RISC-V 還能做得更多》
Imagination Technologies :《現(xiàn)有的 RISC-V 內核還沒有形成一個公平競爭的環(huán)境》
UltraSoC :《RISC-V 觀:芯片早已不只是內核,它是一個系統(tǒng)》
盈核云計算:《如果一家公司能實現(xiàn)“RISC-V+OS”,就不會有 IP 碎片化問題》
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