阿里巴巴“芯”路的跳躍與開源

在今年阿里的云棲大會(huì)上，芯片是焦點(diǎn)。阿里巴巴旗下半導(dǎo)體公司平頭哥發(fā)布了自研的5nm服務(wù)器芯片倚天710，這是平頭哥發(fā)布的第三顆芯片；同時(shí)平頭哥還宣布開源自研的四款玄鐵RISC-V系列處理器，并開放系列工具及系統(tǒng)軟件；緊接著螞蟻鏈發(fā)布首款自研區(qū)塊鏈安全芯片，該芯片搭載平頭哥玄鐵高性能處理器核心。三年時(shí)間，平頭哥完成了從處理器IP、AI芯片到通用服務(wù)器芯片的“三級(jí)跳”，阿里的“芯路”與“芯途”、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的“芯路”，再受關(guān)注。

不賣芯為何要做倚天710？

與前兩次發(fā)布的處理器IP、AI芯片不同，此次平頭哥新發(fā)布的倚天710是通用服務(wù)器芯片，其亮點(diǎn)在于它是業(yè)界第一顆采用5nm工藝的服務(wù)器芯片，也是目前業(yè)界性能最強(qiáng)的ARM服務(wù)器芯片。

具體來看，倚天710基于最新的ARMv9架構(gòu)，內(nèi)含128核CPU，主頻最高達(dá)到3.2GHz，單芯片容納高達(dá)600億個(gè)晶體管。在全球權(quán)威CPU基準(zhǔn)測(cè)試集SPECint2017上，倚天710的分?jǐn)?shù)達(dá)到440，超出業(yè)界標(biāo)桿20%，能效比優(yōu)于業(yè)界標(biāo)桿50%以上。

眾所周知，通用服務(wù)器處理器是整個(gè)半導(dǎo)體行業(yè)皇冠上的明珠，是最復(fù)雜的芯片之一，其技術(shù)之難、架構(gòu)之復(fù)雜，使得能夠擁有該領(lǐng)域技術(shù)的企業(yè)寥寥。所以當(dāng)阿里做出業(yè)界性能最強(qiáng)的5nm服務(wù)器芯片，而且是基于ARM架構(gòu)時(shí)，必然會(huì)引發(fā)諸多疑問與猜測(cè)。

疑問一：阿里為何選擇ARM，是要挑戰(zhàn)x86與英特爾鬧掰的節(jié)奏嗎？

目前，數(shù)據(jù)中心服務(wù)器處理器指令集以x86為主流，按照IDC的數(shù)據(jù)，今年第二季度，x86占據(jù)整個(gè)服務(wù)器市場(chǎng)超過90%，其中英特爾又是x86服務(wù)器芯片的絕對(duì)主宰者，其市場(chǎng)占比超過90%，阿里云也是英特爾服務(wù)器芯片的大客戶。

最近服務(wù)器市場(chǎng)的指令集江湖有了一些微妙變化，三年前ARM推出了專為超大規(guī)模云數(shù)據(jù)中心而生的新CPU架構(gòu)Neoverse，因?yàn)楦鼉?yōu)的性能與功耗優(yōu)勢(shì)，吸引了越來越多的實(shí)力玩家包括亞馬遜、華為、英偉達(dá)等加入ARM陣營(yíng)，紛紛研發(fā)基于ARM架構(gòu)的服務(wù)器芯片，在這樣的背景下，阿里平頭哥也啟動(dòng)了ARM通用服務(wù)器芯片的研發(fā)。

阿里云智能總裁、達(dá)摩院院長(zhǎng)張建鋒在接受媒體采訪時(shí)表示：“目前主流服務(wù)器廠商均采用了x86架構(gòu)芯片，x86芯片在阿里云的數(shù)據(jù)中心也是主流。自研ARM架構(gòu)芯片，和亞馬遜類似，有長(zhǎng)期的戰(zhàn)略考量。”張建鋒同時(shí)也喊話，阿里自研服務(wù)器芯片，并不打算向第三方供貨，只是自用，倚天710只是阿里云“一云多芯”戰(zhàn)略的一部分，阿里會(huì)繼續(xù)與英特爾、英偉達(dá)、AMD、ARM等合作伙伴保持密切合作。

疑問二：自研芯片是一件費(fèi)錢費(fèi)力的事，僅靠阿里云自用，芯片研發(fā)的收支能平衡嗎？有必要一開始就上工藝制程的“頂配”5nm嗎？

市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)International Business Strategies （IBS）的數(shù)據(jù)顯示， 28nm芯片的工藝成本為0.629億美元， 5nm芯片的工藝成本將增至4.76億美元，芯片的工藝成本是隨著工藝節(jié)點(diǎn)往前推進(jìn)而不斷暴漲。

據(jù)業(yè)內(nèi)知情人士透露，阿里平頭哥立項(xiàng)倚天710之時(shí)，是邊招團(tuán)隊(duì)邊上項(xiàng)目的。其他廠商皆選擇7nm工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)，因7nm制造工藝成熟且已量產(chǎn)。但平頭哥團(tuán)隊(duì)還是選擇了充滿不確定性、挑戰(zhàn)更大的5nm“頂配”入手，而且ARM新核也未發(fā)布，平頭哥是拿著新核與ARM一起聯(lián)手“摸著石頭過河”。而一旦趟過這條河，就可以用2~3年的時(shí)間站到全球芯片的第一陣營(yíng)，這樣冒險(xiǎn)上“頂配”，值得。

張建鋒坦言，今年7月，倚天710進(jìn)行了首次流片。初期測(cè)試相關(guān)指標(biāo)超預(yù)期，但還需進(jìn)一步測(cè)試、驗(yàn)證，才可量產(chǎn)使用。“倚天710服務(wù)器芯片從立項(xiàng)、流片過程到未來量產(chǎn)，阿里云要解決的問題不少，這也是之后的重點(diǎn)。”張建鋒說。

阿里有必要自研云服務(wù)器芯片嗎？答案是當(dāng)然必要。“自研服務(wù)器芯片與阿里云后續(xù)發(fā)展?jié)摿τ心箨P(guān)系。”張建鋒說。眼下，云計(jì)算頭部廠商包括亞馬遜AWS、微軟Azure都自研云服務(wù)器芯片，通過自研芯片軟硬緊密優(yōu)化獲得更高效能已是云計(jì)算業(yè)內(nèi)共識(shí)。而且這些云巨頭的超大規(guī)模的數(shù)據(jù)中心每家都有著超過百萬(wàn)臺(tái)的服務(wù)器，業(yè)內(nèi)資深人士給出的采購(gòu)數(shù)字是“以100萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器的體量計(jì)算，CPU芯片成本是十億美元到幾十億美元”。

中科院計(jì)算所副所長(zhǎng)包云崗認(rèn)為，阿里此舉標(biāo)志著國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開始步入自研數(shù)據(jù)中心服務(wù)器芯片的時(shí)代，未來將會(huì)有越來越多的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)推出自己的芯片，這種趨勢(shì)將會(huì)給CPU芯片產(chǎn)業(yè)帶來新變革。事實(shí)上，英特爾新CEO也早就意識(shí)到這一點(diǎn)，推出IDM 2.0計(jì)劃，就是基于未來芯片將越來越定制化的判斷，某種程度上IDM 2.0也是英特爾的自我革命。

玄鐵開源之后錢從哪里賺？

這次阿里云棲大會(huì)的另一個(gè)焦點(diǎn)是玄鐵RISC-V系列處理器開源。10月19日，張建鋒宣布旗下平頭哥半導(dǎo)體自研的四款玄鐵RISC-V系列處理器開源，并開放系列工具及系統(tǒng)軟件。

RISC-V被認(rèn)為在未來將與x86、ARM三足鼎立，相比x86和ARM的封閉架構(gòu)，RISC-V架構(gòu)的開放、指令精簡(jiǎn)、模塊化、可擴(kuò)展、開源等優(yōu)點(diǎn)正贏得越來越多的產(chǎn)業(yè)支持者。根據(jù)Semico Research預(yù)測(cè)，到2025年，RISC-V CPU內(nèi)核的出貨量將達(dá)到624億個(gè)，2018—2025年復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)146.2%。

RISC-V前景看好，但距離真正商業(yè)成功仍然需要產(chǎn)業(yè)界更多努力。前英特爾全球副總裁、中國(guó)研究院院長(zhǎng)方之熙認(rèn)為，只有基于RISC-V架構(gòu)的半導(dǎo)體公司收入能夠進(jìn)入全球半導(dǎo)體公司排行榜前20名，才能稱RISC-V取得了商業(yè)上的成功，現(xiàn)在還沒有。

有人說，這兩天關(guān)于RISC-V，業(yè)界有不少利好消息。一方面英特爾對(duì)于RISC-V創(chuàng)業(yè)公司siFive的收購(gòu)談崩，原因有說財(cái)務(wù)沒有談妥，也有稱如何將SiFive集成到英特爾的技術(shù)路線上沒有達(dá)成一致等。無論什么原因，這對(duì)于中國(guó)發(fā)展RISC-V應(yīng)該是利好。而阿里宣布開源玄鐵RISC-V系列處理器，對(duì)于RISC-V產(chǎn)業(yè)是又一大利好。

眼下RISC-V的發(fā)展進(jìn)入瓶頸期，生態(tài)未成熟，是很多存量市場(chǎng)的企業(yè)選擇ARM架構(gòu)的關(guān)鍵原因，而生態(tài)的生長(zhǎng)需要時(shí)間，需要更有力的產(chǎn)業(yè)加持。

平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠在接受媒體采訪時(shí)坦言：“對(duì)于RISC-V這種開放型的架構(gòu)，需要新的相比傳統(tǒng)授權(quán)更加開放的模式，才能更好地支持創(chuàng)新。通過過去幾年的發(fā)展，我們也感覺到，自己來推動(dòng)RISC-V這個(gè)架構(gòu)的力量還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。所以我們希望今天把它開放出來之后，讓大家能夠在這個(gè)上面做自己軟硬件的適配，這有助于RISC-V架構(gòu)往更深層次的創(chuàng)新演進(jìn)，給整個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來更大的收益。”

事實(shí)上平頭哥對(duì)于RISC-V的開源并非從今天開始，在2019年阿里平頭哥正式發(fā)布首款RISC-V處理器玄鐵910之時(shí)，阿里就宣布了“普惠芯片”計(jì)劃，即平頭哥將全面開放玄鐵910的IP Core，全球開發(fā)者可以免費(fèi)下載該處理器的代碼，在其基礎(chǔ)上快速開展芯片原型設(shè)計(jì)和架構(gòu)創(chuàng)新?，F(xiàn)在，平頭哥用三年多的時(shí)間，完成了從玄鐵RISC-V CPU IP核，到基于玄鐵的MCU設(shè)計(jì)平臺(tái)，到基于玄鐵CPU的開發(fā)板，再到開源EDA工具及系統(tǒng)軟件的全棧式開源。

包云崗認(rèn)為，平頭哥開源四款玄鐵RISC-V處理器，是一件意義重大的事。玄鐵系列開源處理器與香山在開發(fā)模式和性能上存在很好的互補(bǔ)，未來將會(huì)一起推動(dòng)RISC-V開源處理器的生態(tài)建設(shè)，而且未來還會(huì)有越來越多企業(yè)參與到開源芯片生態(tài)建設(shè)中。

RISC-V的生態(tài)生長(zhǎng)仍需時(shí)日。“RISC-V要進(jìn)入其他市場(chǎng)，目前最大的問題是，沒有構(gòu)建出一個(gè)上層的軟件生態(tài)，這個(gè)是必須補(bǔ)的課，補(bǔ)完課之后還要?jiǎng)?chuàng)新，才能夠有機(jī)會(huì)。”孟建熠說。今年1月，平頭哥成功在玄鐵RISC-V硬件上運(yùn)行了安卓系統(tǒng)，并將相關(guān)代碼進(jìn)行了開源，這意味著RISC-V有望進(jìn)入移動(dòng)市場(chǎng)。

平頭哥把RISC-V的工具、開發(fā)板、系統(tǒng)軟件開源很好理解，現(xiàn)在平頭哥把RISC-V CPU IP核也開放了，以后靠什么賺錢呢？孟建熠認(rèn)為：“對(duì)于一家普通的IP公司來說，所有的回報(bào)都需要從IP授權(quán)來。但對(duì)于整個(gè)阿里體系來說，我們則需要從整個(gè)云端一體的大生態(tài)來看。我們認(rèn)為開源玄鐵處理器有利于這個(gè)大生態(tài)，我們就會(huì)開源。投入不是問題，我們現(xiàn)在投入那么大，所以也不會(huì)以傳統(tǒng)IP廠商的思維來考慮。阿里有著強(qiáng)大的生態(tài)基因，很多事情是從塑造和影響生態(tài)作為出發(fā)點(diǎn)考慮的。我們的生態(tài)就需要更多定制化的、普惠的芯片，進(jìn)一步推動(dòng)云端一體的生態(tài)繁榮。”

從倚天710問世到玄鐵RISC-V系列處理器開源，阿里平頭哥此舉釋放出諸多信息。一是國(guó)內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)公司正在不斷向硬核科技、向“芯”進(jìn)行推進(jìn)。事實(shí)上不僅僅是阿里在強(qiáng)“芯”，包括百度、騰訊、字節(jié)跳動(dòng)等都在強(qiáng)“芯”，成立芯片公司、組建芯片團(tuán)隊(duì)。今天的通用芯片越來越難以滿足互聯(lián)網(wǎng)公司巨大而豐富的應(yīng)用場(chǎng)景需求，需要更定制化的芯片來進(jìn)一步滿足其個(gè)性化的需求。定制化正在成為芯片發(fā)展的一個(gè)新趨勢(shì)。

二是關(guān)于如何造芯。從技術(shù)的維度看，要敢于“問鼎”。阿里倚天710選擇“頂配”立項(xiàng)，按照頂配組建技術(shù)團(tuán)隊(duì)，與合作伙伴從未來“新核”切入，最后的結(jié)果是通過2~3年，能夠快速進(jìn)入能力第一梯隊(duì)。從產(chǎn)業(yè)與商業(yè)的維度看，要敢于“放棄”短期利益，從生態(tài)與平臺(tái)的思維來重新思考芯片發(fā)展邏輯。阿里開源玄鐵RISC-V系列IP核，意味著最后靠芯片IP賺錢的底線也放棄了，但此舉能夠加速RISC-V生態(tài)的發(fā)展和成熟，而對(duì)于一家云計(jì)算廠商、一家互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)廠商來說，還有更大賺錢機(jī)會(huì)在后面。就像前幾天螞蟻鏈發(fā)布的首款自研區(qū)塊鏈安全芯片，就是在玄鐵基礎(chǔ)上的“衍生品”，玄鐵的價(jià)值通過區(qū)塊鏈服務(wù)釋放了，而這僅僅是玄鐵釋放價(jià)值的一個(gè)維度。在一起皆服務(wù)的未來時(shí)代，有很多模式需要將來給出答案。

作者丨李佳師

編輯丨連曉東

美編丨馬利亞