RISC-V服務(wù)器提速，芯企布局幾何？

在國內(nèi)，RISC-V常被稱為我國芯片產(chǎn)業(yè)換道超車、自主可控的一條關(guān)鍵路徑，其發(fā)展也受到廣泛關(guān)注。

過去的幾年里，RISC-V主要被應(yīng)用于一些簡單的MCU，出貨量集中在一些中低端需求，如打印機(jī)、顯示器等。然而，如今RISC-V正逐漸向高性能計(jì)算領(lǐng)域邁進(jìn)，如服務(wù)器CPU、AI加速芯片、車規(guī)級芯片等。

實(shí)際上，自2018年開始，RISC-V在云計(jì)算和超算中心里的動態(tài)便持續(xù)受到從業(yè)者們重點(diǎn)關(guān)注，只是幾年過去，RISC-V的高性能之路仍道阻且長。

不過業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，近兩年RISC-V產(chǎn)業(yè)將出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。而從新聞動態(tài)上也不難看出，距離RISC-V爆發(fā)的節(jié)點(diǎn)越來越近，不僅是因?yàn)楫a(chǎn)業(yè)規(guī)模在逐漸壯大，還因?yàn)樾碌漠a(chǎn)品在不斷發(fā)布和進(jìn)入商用，這點(diǎn)在服務(wù)器市場已有所體現(xiàn)。

一是在去年六月，算能便拿出了RISC-V服務(wù)器芯片SG2042；二是近日法國的云服務(wù)器廠商Scaleway也推出了RISC-V服務(wù)器，名為Elastic Metal RV1。據(jù)悉，二者的芯片內(nèi)核均是來自某國產(chǎn)芯片910。

出現(xiàn)能夠商業(yè)化的產(chǎn)品是令業(yè)內(nèi)振奮的事，不過要成功并非那么簡單。那么，服務(wù)器芯片是一個什么樣的市場？RISC-V架構(gòu)在服務(wù)器芯片市場有哪些優(yōu)勢？布局服務(wù)器的RISC-V IP和芯片公司現(xiàn)狀又如何？

服務(wù)器芯片是一個什么樣的市場？

服務(wù)器芯片，主要以針對數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算、企業(yè)級應(yīng)用等大型計(jì)算需求而設(shè)計(jì)的處理器芯片，目前主要分為專用計(jì)算和通用計(jì)算兩個市場。

其中，通用服務(wù)器可以運(yùn)行多種不同類型的軟件和服務(wù)，具有通用性和靈活性。通用服務(wù)器芯片主要有Intel Xeon、AMD EPYC等，搭配通用操作系統(tǒng)如Linux、Windows Server等使用。通用服務(wù)器常見于企業(yè)數(shù)據(jù)中心、云服務(wù)提供商、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器等場景，用于托管各種企業(yè)應(yīng)用、網(wǎng)站、數(shù)據(jù)庫、存儲等。

而專用服務(wù)器則是專門執(zhí)行特定類型任務(wù)或應(yīng)用的服務(wù)器。專用服務(wù)器通常配備專用的硬件和軟件，如專用芯片（如GPU、TPU等）、特定的加速器、定制化的操作系統(tǒng)或應(yīng)用軟件等。專用服務(wù)器的應(yīng)用場景包括高性能計(jì)算（HPC）、人工智能訓(xùn)練、視頻處理、區(qū)塊鏈節(jié)點(diǎn)、游戲服務(wù)器等。

按芯片架構(gòu)來分，目前通用服務(wù)器以X86為主導(dǎo)，部分終端客戶會使用ARM，信創(chuàng)市場會選擇龍芯等自研架構(gòu)，而RISC-V則非常少。

據(jù)業(yè)內(nèi)人士透露，目前服務(wù)器采購方主要為國內(nèi)三大運(yùn)營商，在采購計(jì)劃方面已設(shè)定了ARM服務(wù)器的比例，但尚未給RISC-V劃定采購比例。

不過也有云服務(wù)商表示，很多客戶不在乎采用ARM還是x86，而是關(guān)心系統(tǒng)運(yùn)行速度更快或費(fèi)用更低，或者哪種服務(wù)器有更多內(nèi)存。

在專用服務(wù)器領(lǐng)域，RISC-V架構(gòu)很早就已被大廠看中，如國外的谷歌、亞馬遜、IBM，國內(nèi)的字節(jié)、騰訊、百度等，各家在自己的云計(jì)算業(yè)務(wù)里，自2018年起便在使用RISC-V服務(wù)器芯片。但據(jù)了解，該市場體量并不大，且以上公司大部分為自研自用節(jié)省成本，對于RISC-V產(chǎn)業(yè)而言沒有商業(yè)化邏輯。

當(dāng)下服務(wù)器市場芯片的X86玩家以國外的英特爾、AMD為主，國內(nèi)的海光、兆芯也都采用了x86架構(gòu)IP內(nèi)核授權(quán)模式。ARM玩家有鯤鵬、飛騰，二者獲得了ARM V8的永久授權(quán)，此外也有ARM的新進(jìn)入者如遇賢微、鴻鈞微、啟靈芯等。

據(jù)了解，ARM能夠擠進(jìn)服務(wù)器市場的核心優(yōu)勢在于，基于ARM的服務(wù)器可以支持多樣化和快速變化的工作負(fù)載，并且更具可擴(kuò)展性和成本效益；其次，對于不同的利基型市場能夠提供更高的定制化，生態(tài)系統(tǒng)也更靈活；另外，ARM架構(gòu)服務(wù)器體積相對較小，符合現(xiàn)今微型數(shù)據(jù)中心的需求。

那么，RISC-V又是否具備一些差異化的優(yōu)勢，能夠與X86和ARM掰掰手腕呢？

X86、ARM、RISC-V，何時能實(shí)現(xiàn)三足鼎立？

在服務(wù)器領(lǐng)域，RISC-V對比其他架構(gòu)的優(yōu)勢可以分為技術(shù)和市場兩方面討論。

從技術(shù)上來說，倪光南院士在最近的達(dá)摩院玄鐵RISC-V生態(tài)大會上提到，對比X86，RISC-V可能從以下兩個方面實(shí)現(xiàn)超越：

??今天x86架構(gòu)仍壟斷著服務(wù)器和桌面領(lǐng)域，這是因?yàn)檫^去幾十年里，x86架構(gòu)在這些領(lǐng)域形成了強(qiáng)大的生態(tài)，以致于其他架構(gòu)因生態(tài)較為薄弱而不能取代它，假以時日這種情況會發(fā)生變化。另一方面，現(xiàn)在的x86架構(gòu)也已經(jīng)不是純粹的CISC了，實(shí)際上在它內(nèi)部也用硬件將某些CISC指令轉(zhuǎn)化為它內(nèi)部的RISC指令再予以執(zhí)行。

??在后PC時代，CPU架構(gòu)的競爭力不僅要體現(xiàn)在性能上，還需在芯片面積、能耗、價格、研發(fā)周期、生態(tài)支持等等方面全方位地體現(xiàn)出來。以此衡量，x86架構(gòu)不但在新興須過沒有優(yōu)勢，而且在傳統(tǒng)領(lǐng)域市場總量也不會有多大增長，甚至其份額也可能被RISG所蠶食。

而對比ARM，倪院士則為RISC-V總結(jié)了以下優(yōu)勢：

? 簡單。RISC-V架構(gòu)的規(guī)模比私有的ARM架構(gòu)小得多。例如ARMW8的手冊有2500頁（與X86相仿），而RISC-V手冊僅有200頁；

? 干凈。RISC-V的推出比ARM遲25年，技術(shù)新，吸納了處理器技術(shù)發(fā)展中的許多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)川，例如避免了微架構(gòu)之類依賴于特定技術(shù)的特性。

? 模塊化。RISC-V整體架構(gòu)由一個小而緊湊的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)指令集再加上若干標(biāo)準(zhǔn)礦擴(kuò)展指令集構(gòu)成，用戶還可以再加上自定義的擴(kuò)展指令集。

? 可定制化。為易于擴(kuò)展而預(yù)留很大的操作碼空間；便于用戶按需自定義擴(kuò)展指令。

從市場的角度來說，RISC-V一方面滿足的是我國對芯片自主可控的需求，另一方面則是能滿足專用服務(wù)器的定制化需求。有從業(yè)者表示，未來RISC-V服務(wù)器應(yīng)該會先從信創(chuàng)市場起量（基于信息安全考量），但再往后會因?yàn)镃PU無法再往上提升性能而誕生定制化的需求。

從價格上來說，目前RISC-V IP核的授權(quán)費(fèi)和版稅只有ARM的1/3-1/4。如果采用RISC-V方案，能很大程度降低芯片、服務(wù)器廠商的成本。

但是，業(yè)內(nèi)人士表示，RISC-V進(jìn)入服務(wù)器市場還有幾大挑戰(zhàn)：

第一是通用軟件的不適配。通用服務(wù)器市場需要用到通用的操作系統(tǒng)和軟件，但目前很多商業(yè)軟件并不RISC-V適配。尤其數(shù)據(jù)中心這樣的強(qiáng)生態(tài)市場，需要完成的工作包括需要大量的商業(yè)軟件支持、各軟件之間的相互協(xié)作、協(xié)議/規(guī)范的制定等，而RISC-V基金會目前才剛開始這部分的工作。

第二是適配價格昂貴。服務(wù)器產(chǎn)品定型就要大量資金（約一千萬），因?yàn)椴⒉皇呛唵蔚慕M裝，需要考慮的東西很多很復(fù)雜，主要是穩(wěn)定性，一臺服務(wù)器要跑很多卡，無法保證不同方案跑起來都很容易，并且在試驗(yàn)階段就很燒錢。

第三是服務(wù)器適配難度極高。目前大部分服務(wù)器公司均是買現(xiàn)成的板卡用，因?yàn)橄胍研酒m配到板卡上需要復(fù)雜的流程及大量的時間。

不過即使困難重重，RISC-V服務(wù)器如今已初現(xiàn)曙光。并且，倪院士在活動上也提到，RISC-V自定義擴(kuò)展指令是實(shí)現(xiàn)DSA（特定領(lǐng)域架構(gòu)）的有效途徑，并對我國基于RISC-V架構(gòu)的DSA新型服務(wù)器機(jī)遇進(jìn)行了介紹。

那么，現(xiàn)在全球哪些玩家在布局RISC-V服務(wù)器呢？

哪些公司在布局RISC-V服務(wù)器？

目前國內(nèi)外已有不少公司進(jìn)入了RISC-V服務(wù)器賽道，不過其中部分公司主要涉及服務(wù)器中的AI加速芯片。IP公司包括阿里達(dá)摩院、SiFive、Ventana、Tenstorrent等；芯片公司包括算能、進(jìn)迭時空、希姆計(jì)算、藍(lán)芯算力、微核芯、超睿科技等。

01、阿里達(dá)摩院

達(dá)摩院是一家致力于探索科技未知，以人類愿景為驅(qū)動力的，立足于基礎(chǔ)科學(xué)、創(chuàng)新性技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)的研究院。達(dá)摩院聚焦數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域“智能”和“計(jì)算”兩大方向，研究布局包括視覺技術(shù)、語言技術(shù)、決策智能、視頻技術(shù)、醫(yī)療AI、智慧育種、RISC-V、計(jì)算技術(shù)等方向。

2019年7月，阿里達(dá)摩院面向高性能市場發(fā)布了RISC-V處理器核——玄鐵C910，后來基于玄鐵C910設(shè)計(jì)了曳影1520 SoC。如文首提到，目前某國產(chǎn)芯片便是基于玄鐵C910內(nèi)核，某云服務(wù)器廠商Scaleway便是基于曳影1520 SoC開發(fā)了服務(wù)器。

02、SiFive

SiFive是一家無晶圓廠半導(dǎo)體公司，也是基于RISC-V指令集架構(gòu)(ISA)的商用RISC-V處理器IP和硅解決方案的提供商。

2021年12月，SiFive發(fā)布了IP核P650，據(jù)了解，該產(chǎn)品配有128KB一級緩存、2MB二級緩存、16MB三級緩存（16核）等配置，性能指標(biāo)為11.x SPECInt/GHz，對標(biāo)ARM Cortex-A77，可用于數(shù)據(jù)中心等場景。

不過，網(wǎng)絡(luò)上暫未檢索到其產(chǎn)品商用情況。

03、Ventana

Ventana Micro Systems是一家芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的知名初創(chuàng)公司，主要產(chǎn)品為基于RISC-V架構(gòu)的服務(wù)器芯片。

2022年12月，Ventana公司就曾發(fā)布了全球首款基于RISC-V架構(gòu)的服務(wù)器CPU——Veyron V1。

據(jù)了解，該產(chǎn)品采用5nm制程工藝，基于Ventana自研的高性能RISC-V內(nèi)核，8流水線設(shè)計(jì)，支持亂序執(zhí)行，主頻超過3GHz，每個集群最多16個內(nèi)核，多集群最多可擴(kuò)展至192核，擁有48MB共享三級緩存，擁有高級側(cè)信道攻擊緩解措施、IOMMU和高級中斷架構(gòu)（AIA）、支持全面的RAS功能、自上而下的軟件性能調(diào)整方法，可以滿足數(shù)據(jù)中心的各種需求。號稱性能可超越AMD EPYC 7763。

而在2023 RISC-V峰會上，Ventana又發(fā)布了其第二代服務(wù)器CPU——Veyron V2，在指令擴(kuò)展、內(nèi)核設(shè)計(jì)、互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)、制程工藝等眾多方面進(jìn)行了全面升級。官方宣稱其性能超越了AMD的高端服務(wù)器芯片Epyc 9754。

同樣，網(wǎng)絡(luò)上暫未檢索到其產(chǎn)品商用情況。

04、Tenstorrent

Tenstorrent是一家AI處理器的初創(chuàng)公司，于2016年3月在加拿大多倫多成立。該公司由前AMD Ljubisa Bajic、Milos Trajkovic和Ivan Hamer創(chuàng)立，但Jim Keller于2021年1月加入，擔(dān)任總裁兼CTO。之后2023年1月，Jim Keller成為CEO。

Tenstorrent在2022年發(fā)布了一款名為Wormhole的產(chǎn)品，可以用于服務(wù)器中的AI訓(xùn)練。據(jù)了解，蟲洞芯片將提供兩種版本：一種是可以輕松插入服務(wù)器的PCIe插卡，另一種作為一個Wormhole模塊使用，該模塊由一個芯片和6個GDDR6存儲器組成。它還將所有16個以太網(wǎng)端口接到板上，模塊的每一邊有四個端口。

05、算能

算能致力于成為全球領(lǐng)先的通用算力提供商，專注于RISC-V、TPU處理器等算力產(chǎn)品的研發(fā)和推廣應(yīng)用。

服務(wù)器產(chǎn)品方面，算能在2023年發(fā)布了SG2042多核處理器，基于平頭哥高性能玄鐵RISC-V內(nèi)核，主頻2GHz，9-12流水線設(shè)計(jì)，支持亂序執(zhí)行，主頻高達(dá)2GHz，每個Cluster最多4個內(nèi)核，單SoC芯片擁有64核，64MB共享三級緩存，單SoC處理器有64核，擁有64MB系統(tǒng)緩存。

據(jù)悉，算能在2023年已開始出貨。

06、進(jìn)迭時空

進(jìn)迭時空是一家計(jì)算芯片企業(yè)，專注于研發(fā)下一代RISC-V架構(gòu)的高性能CPU并提供軟硬一體優(yōu)化的計(jì)算解決方案。

在進(jìn)迭時空官網(wǎng)的一篇新聞中顯示，該公司計(jì)劃于2024年推出第一款RISC-V處理器核“X100”。在研發(fā)方面，該公司已經(jīng)完成了面向數(shù)據(jù)中心服務(wù)器芯片的“X100”核的研發(fā)工作。

據(jù)了解，“X100”是國內(nèi)首款支持完整虛擬化能力的RISC-V CPU核。目前，階段性能單核跑分8 SPECint2k6/GHz，頻率在12nm工藝下可達(dá)2.3GHz，支持64核同步計(jì)算，通用計(jì)算性能對標(biāo)ARM A75，在向量計(jì)算、AI計(jì)算等方面通過指令擴(kuò)展和優(yōu)化大幅領(lǐng)先業(yè)界同規(guī)格產(chǎn)品。該CPU核滿足服務(wù)器規(guī)格需求，拓展了RISC-V在高性能通用計(jì)算的應(yīng)用邊界。

07、希姆計(jì)算

希姆計(jì)算成立于2019年4月，是國內(nèi)最早基于RISC-V做數(shù)據(jù)中心芯片設(shè)計(jì)的企業(yè)，確立了基于RISC-V指令集設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)中心高性能芯片的技術(shù)路線、由專用計(jì)算（DSA，領(lǐng)域?qū)Ｓ眉軜?gòu)）向通用計(jì)算（CPU）逐步演進(jìn)的發(fā)展戰(zhàn)略和以AI芯片為切入點(diǎn)、先推理后訓(xùn)練的產(chǎn)品規(guī)劃。

希姆發(fā)布了STCP920系列人工智能計(jì)算卡，該產(chǎn)品基于RISC-V擴(kuò)展指令集，是希姆計(jì)算推出的人工智能計(jì)算加速卡，具備強(qiáng)大的云端AI計(jì)算能效比和良好的可編程性，混合支持FP16/INT8數(shù)據(jù)類型。

08、藍(lán)芯算力

藍(lán)芯算力成立于2023年5月，是一家致力于設(shè)計(jì)高性能芯片的公司。2023 年 5 月，字節(jié)跳動負(fù)責(zé)RISC-V以及服務(wù)器芯片業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人盧山從字節(jié)離職創(chuàng)業(yè)，成立藍(lán)芯算力，據(jù)稱其主要業(yè)務(wù)方向仍是RISC-V數(shù)據(jù)中心CPU（中央處理器）。

據(jù)了解，藍(lán)芯算力的業(yè)務(wù)方向?yàn)榛赗ISC-V指令集的高性能服務(wù)器CPU研發(fā)，目前已經(jīng)取得了多核SOC CPU子系統(tǒng)在硬件仿真器上運(yùn)行程序等重要的階段性進(jìn)展。

09、微核芯

微核芯主要從事RISC-V開源高性能通用CPU芯片的研發(fā)和銷售。創(chuàng)始人郇丹丹及其團(tuán)隊(duì)是中科院計(jì)算所龍芯團(tuán)隊(duì)的核心成員，在高性能通用處理器領(lǐng)域擁有超過20年的研發(fā)、量產(chǎn)和市場推廣經(jīng)驗(yàn)，均獲得過國家級科技獎勵。

據(jù)了解，微核芯的產(chǎn)品方向包括開源高性能通用CPU芯片（包括數(shù)據(jù)中心服務(wù)器芯片和終端芯片）和開源高性能處理器平臺。

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