占據(jù)百億量產(chǎn)一半規(guī)模，RISC-V迎來“中國時(shí)代”？

日前舉行的“2022 RISC-V中國峰會(huì)”上，中國科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍、平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠、中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所副所長包云崗，接受了<與非網(wǎng)>等媒體的深度采訪。

一些重大進(jìn)展

2022年，RISC-V出現(xiàn)了三大標(biāo)志性事件：第一，Clockwork發(fā)布首臺(tái)基于RISC-V的便攜式計(jì)算機(jī)，十年以后回顧的話，可能是RISC-V架構(gòu)的一大步；第二，Intel設(shè)立10億美元?jiǎng)?chuàng)新基金，全面支持RISC-V生態(tài)發(fā)展；第三，SiFive估值超25億美元，賽道熱度快速提升。

生態(tài)方面，RISC-V全球會(huì)員超過3100家，比2021年增加130%。并且，RISC-V國際基金會(huì)已經(jīng)布局70多個(gè)技術(shù)小組開展技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定；超過160個(gè)面向各領(lǐng)域處理器核，各行業(yè)滲透率越來越深；SPECint性能首次超過10分，進(jìn)入了高性能計(jì)算的行列。

應(yīng)用方面，也有一個(gè)極具標(biāo)志性的成果：RISC-V處理器在IoT領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模超過100億，12年的時(shí)間完成了量產(chǎn)100億顆的初級(jí)階段；更為重要的是，中國公司的出貨量占據(jù)50%，RISC-V中國生態(tài)伙伴在技術(shù)和應(yīng)用上的貢獻(xiàn)度越來越高。

不論是生態(tài)規(guī)模還是技術(shù)本身，RISC-V都已呈現(xiàn)出加速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。那么，發(fā)展RISC-V時(shí)機(jī)確實(shí)成熟了嗎？在向高性能拓展的過程中，還面臨哪些挑戰(zhàn)？如何繼續(xù)增加產(chǎn)業(yè)吸引力、提升成長潛力？……這些仍是發(fā)展RISC-V的焦點(diǎn)問題。

RISC-V商用時(shí)機(jī)已到？

RISC-V指令集從2010年發(fā)布到現(xiàn)在經(jīng)歷了12年的發(fā)展，武延軍指出，Arm大約在1991年開始提供對(duì)外授權(quán)，幾乎經(jīng)歷了30多年達(dá)到目前的狀態(tài)。從生態(tài)繁榮程度進(jìn)行對(duì)比，RISC-V目前大約處在Arm 2000年-2005年這樣一個(gè)階段。

武延軍補(bǔ)充，這個(gè)時(shí)期也是他本人開始接觸Arm的階段，當(dāng)時(shí)各種培訓(xùn)資料、書籍、培訓(xùn)班大量出現(xiàn)，市場(chǎng)對(duì)Arm開發(fā)者的需求突然爆增，在嵌入式領(lǐng)域已經(jīng)跟x86、MIPS展開了非常激烈的競(jìng)爭(zhēng)。

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中國科學(xué)院軟件研究所總工程師 武延軍

他認(rèn)為，RISC-V目前就處于這個(gè)階段，而且以一個(gè)更高的加速度在增長。因?yàn)椴还馐求w現(xiàn)在教育科研、各種文檔材料、人才培訓(xùn)方面，而且已經(jīng)有了良好的商用場(chǎng)景、可觀的出貨量?！八赃@個(gè)階段，我覺得也是整個(gè)生態(tài)上下游都可以發(fā)力了”，武延軍表示，“盡管目前還是局限于一些對(duì)算力和軟件豐富程度要求并不太高的領(lǐng)域，但RISC-V的商用時(shí)機(jī)已經(jīng)到了?！?/p>

孟建熠也贊同這一判斷，他認(rèn)為RISC-V現(xiàn)在正在初步證明商業(yè)化可用的道路上。RISC-V雖然從發(fā)布到現(xiàn)在已經(jīng)12年，但是，在國際上開始推行是在2015年之后，約在2016年正式引入中國市場(chǎng)，真正開始市場(chǎng)化也就是6、7年的時(shí)間，并且中國公司已經(jīng)走在了前列。

就像Arm架構(gòu)在嵌入式領(lǐng)域的發(fā)展經(jīng)歷一樣，早期先打開一個(gè)環(huán)節(jié)，基本證明可用；接下來，再往更高性能、更加縱深的方向去發(fā)展。對(duì)于未來的發(fā)展前景，孟建熠認(rèn)為，RISC-V跟其它主流架構(gòu)相比，最大區(qū)別在于它是開源的，這就可以調(diào)動(dòng)全球生態(tài)的力量去改進(jìn)升級(jí)，這樣就會(huì)讓它更易并行去完善技術(shù)、率先響應(yīng)新的需求，這跟傳統(tǒng)上一家公司維護(hù)一個(gè)架構(gòu)是完全不同的模式。

“從產(chǎn)業(yè)角度來看，RISC-V是在以開源的方式推動(dòng)一種新的體系結(jié)構(gòu)，就像Linux這種全球開源的操作系統(tǒng)一樣，大家都可廣泛參與，都有機(jī)會(huì)”， 孟建熠強(qiáng)調(diào)，“那些在體系結(jié)構(gòu)上尋求創(chuàng)新和突破的公司可以持續(xù)進(jìn)來了。”

攻堅(jiān)高端，RISC-V還差什么？

無論是產(chǎn)業(yè)需求，還是本身的發(fā)展路徑，RISC-V向高性能發(fā)展是必然趨勢(shì)，但這給處理器設(shè)計(jì)和軟件生態(tài)都會(huì)帶來相應(yīng)的挑戰(zhàn)。

關(guān)于軟件生態(tài)方面的挑戰(zhàn)，武延軍表示，中科院軟件研究所在國際上游開源社區(qū)、以及國內(nèi)開源歐拉社區(qū)、平頭哥等企業(yè)都做了大量的RISC-V基礎(chǔ)軟件適配工作。目前看來，還是有很多核心的基礎(chǔ)軟件沒有跑在RISC-V平臺(tái)上，這其中有指令集規(guī)范尚未成熟的因素，但更多是因?yàn)檫@些基礎(chǔ)軟件包之前都是在x86和Arm平臺(tái)上運(yùn)行的，從維護(hù)者、社區(qū)的角度，還沒有把RISC-V當(dāng)成Tier-1或者是First-Class-Citizen去對(duì)待，這其中包括理念問題、投入問題，也有商業(yè)利益回報(bào)問題。

武延軍強(qiáng)調(diào)，對(duì)于中科院軟件研究所來說，作為一個(gè)國立科研機(jī)構(gòu)，有責(zé)任把更多支撐高性能的、引領(lǐng)未來生態(tài)發(fā)展的基礎(chǔ)軟件，率先移植到RISC-V架構(gòu)上，為商業(yè)發(fā)展鋪平道路，讓大量的商業(yè)公司可以快速參與進(jìn)來，短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)商用場(chǎng)景的部署。

孟建熠認(rèn)為，處理器要在性能上進(jìn)一步突破，需要投入大量研發(fā)精力、也必然會(huì)演進(jìn)到先進(jìn)制程，進(jìn)一步提高性能去適配各種各樣的軟件。

他同時(shí)強(qiáng)調(diào)了處理器的穩(wěn)定性。因?yàn)檐浖Ｔ蕉嘣截S富，越是需要底層的硬件穩(wěn)定。從安卓到龍蜥Linux、到一些大型操作系統(tǒng)和應(yīng)用，平頭哥和業(yè)界一道，都在進(jìn)一步提升RISC-V處理器的穩(wěn)定性，這也是未來向高性能發(fā)展過程中必須要解決的問題。

對(duì)于業(yè)界推崇的通過“異構(gòu)多核”的方式去實(shí)現(xiàn)更高性能，武延軍認(rèn)為，RISC-V在這方面帶來了更大的可能性。因?yàn)橥ǔＫf的異構(gòu)多核，實(shí)際上還是要依賴處理器廠商、指令集廠商的規(guī)范，像Arm大核小核、x86的擴(kuò)展指令集等。

而RISC-V可以在“核”的層面，實(shí)現(xiàn)更多的異構(gòu)選擇：比如專門針對(duì)AI計(jì)算的核，甚至在AI計(jì)算中可以根據(jù)不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型定制不同的核，同時(shí)還有低功耗的核，做通用處理的核等等。未來，當(dāng)RISC-V生態(tài)達(dá)到一定的豐富度，對(duì)某一個(gè)計(jì)算平臺(tái)的描述可能不僅僅包括主頻、算力、功耗等，還可能有：包括多少種不同類型的核、每種核都有什么樣的定制能力等等，以及集成后所能實(shí)現(xiàn)的處理能力、對(duì)不同場(chǎng)景的需求等。

RISC-V向高性能進(jìn)階的“分水嶺”

此次峰會(huì)上，阿里平頭哥發(fā)布了高性能RISC-V芯片平臺(tái)“無劍600”及SoC原型“曳影1520”，首次兼容龍蜥Linux操作系統(tǒng)并成功運(yùn)行LibreOffice，刷新了全球RISC-V一系列紀(jì)錄——無劍600平臺(tái)是當(dāng)前全球RISC-V性能最高的可量產(chǎn)SoC芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)：支持4核高性能RISC-V處理器，最高主頻可達(dá)2.5GHz，實(shí)現(xiàn)了CPU+XPU異構(gòu)架構(gòu)的全面優(yōu)化；支持64位LPDDR4X，最高吞吐率4266MT；整合4TOPs的Int8 AI算力；全流程滿足GP TEE國際安全標(biāo)準(zhǔn)。

從性能上說，此次RISC-V從1GHz到2GHz的商用落地，是一個(gè)重要的分水嶺?！盀榱烁?、更好地孵化出更多高性能的RISC-V芯片，滿足更多不同行業(yè)的需求，豐富RISC-V上層應(yīng)用，平頭哥以‘平臺(tái)+SoC原型’的方式推出無劍600，希望推動(dòng)RISC-V硬件及軟件的齊頭并進(jìn)”，孟建熠表示。

武延軍認(rèn)為，RISC-V在驗(yàn)證平臺(tái)方面還存在一定限制，特別是調(diào)試過程，如果在模擬器環(huán)境下進(jìn)行調(diào)試，效率非常低。而平頭哥這類高性能RISC-V平臺(tái)的推出，將會(huì)為基礎(chǔ)軟件的高性能遷移提供加速。

平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠，發(fā)布無劍600芯片平臺(tái)

RISC-V在AI領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)？

與基于其他指令集的處理器相比，RISC-V在AI方面是否有一定的優(yōu)勢(shì)？

孟建熠認(rèn)為，RISC-V有全棧優(yōu)化的優(yōu)勢(shì)。他解釋說，整個(gè)軟件是一層一層堆棧的，當(dāng)處理器架構(gòu)設(shè)計(jì)完，蓋到最頂樓、涉及AI的時(shí)候，上層的工程師已經(jīng)不太了解底層硬件的情況了，難以進(jìn)一步提高軟硬協(xié)同的效率。但RISC-V給了這個(gè)機(jī)會(huì)，因?yàn)樗且粋€(gè)新興的架構(gòu)，可以從應(yīng)用需求、從AI需求，去反推RISC-V架構(gòu)在AI方面的能力。并且，從處理器、編譯工具到庫、再到上層應(yīng)用整體來看，因?yàn)樗侨蛏鷳B(tài)協(xié)同推進(jìn)的，在制定標(biāo)準(zhǔn)之初，就是全棧各個(gè)領(lǐng)域和方向的公司都在參與，天生就具備了全棧優(yōu)化的能力。

此外，他認(rèn)為AI應(yīng)用需要一定的可編程性，這是RISC-V的優(yōu)勢(shì)。隨著算法的不斷演進(jìn)，RISC-V的靈活性以及對(duì)未來的擴(kuò)展性，將會(huì)越來越多地體現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。

在支持AI計(jì)算的軟件方面，武延軍表示，這是中科院軟件研究所在RISC-V平臺(tái)上布局的一個(gè)領(lǐng)域。他指出，在其他平臺(tái)上，軟件的一些優(yōu)化設(shè)計(jì)未必能夠在硬件上得到體現(xiàn)和支持。但在AI方面，中科院軟件研究所深度參與了RISC-V的“V（向量）擴(kuò)展”、“P（Packed SIMD）擴(kuò)展”等重要標(biāo)準(zhǔn)的制定和參考實(shí)現(xiàn)，最近也發(fā)起了一個(gè)“Buddy Compiler”的項(xiàng)目，能夠把LLVM/MLIR這些已有的編譯框架，進(jìn)一步擴(kuò)展到軟硬件全棧協(xié)同。

跨越“死亡之谷”的努力

去年舉辦的首屆RISC-V中國峰會(huì)上， 中科院計(jì)算所的香山開源高性能RISC-V處理器首次亮相。日前，一篇關(guān)于香山敏捷開發(fā)方法的論文被第55屆 IEEE/ACM 國際微架構(gòu)研討會(huì)(MICRO 2022)接收。

據(jù)中科院計(jì)算所副所長包云崗介紹，這篇關(guān)于香山敏捷開發(fā)的總結(jié)性論文從去年10月份就開始撰寫了，其實(shí)第一版投稿于ISCA，但當(dāng)時(shí)由于“雁棲湖”流片還未返回，“南湖”也還在開發(fā)中，最終被拒。經(jīng)過修改后投稿于MICRO 2022，此時(shí)已有雁棲湖芯片測(cè)試數(shù)據(jù)，南湖前端設(shè)計(jì)也已完成，論文最終被接收?？梢哉f，香山開發(fā)過程中所形成的這套芯片敏捷開發(fā)方法的先進(jìn)性，得到了國際學(xué)術(shù)同行的認(rèn)可。

中科院計(jì)算所副所長 ?包云崗

對(duì)于RISC-V學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的深度融合，包云崗認(rèn)為，美國學(xué)術(shù)界的很多創(chuàng)新成果之所以能夠很快就應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)界，背后一個(gè)很重要的原因是：學(xué)術(shù)界與工業(yè)界共享一些科研基礎(chǔ)設(shè)施，這起到了橋梁作用。

據(jù)他觀察，美國一些科技企業(yè)內(nèi)部會(huì)構(gòu)建一套和學(xué)術(shù)界總體打通的科研基礎(chǔ)設(shè)施（有開源共享的、有內(nèi)部自研的）。通過將業(yè)務(wù)需求和內(nèi)部數(shù)據(jù)導(dǎo)入到企業(yè)的科研基礎(chǔ)設(shè)施中，就能很容易“消化”學(xué)術(shù)界產(chǎn)生的新想法，并集成到企業(yè)的產(chǎn)品中?！按蛲ɑA(chǔ)設(shè)施+人才流通，讓美國學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界形成了‘創(chuàng)新想法—得到應(yīng)用—收集反饋—新的創(chuàng)新想法—得到新的應(yīng)用’這個(gè)閉環(huán)”，包云崗指出。

目前，中國的學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界之間尚未形成這種高效閉環(huán)。對(duì)于中國的學(xué)術(shù)界來說，包云崗認(rèn)為，更需要參與科研基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，尤其是和企業(yè)一起來補(bǔ)科研基礎(chǔ)設(shè)施的課。“香山”項(xiàng)目就是希望能成為打通產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界的底層科研基礎(chǔ)設(shè)施。

香山近來還迎來了一個(gè)新的里程碑——由中科院計(jì)算所、北京開源芯片研究院、騰訊、阿里、中興通訊、中科創(chuàng)達(dá)、奕斯偉、算能等形成了聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開始開展第三代香山（昆明湖架構(gòu)）的聯(lián)合開發(fā)。

包云崗在博文中寫道：香山聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的形成，標(biāo)志著得到了香山及其開源模式得到了產(chǎn)業(yè)界的初步認(rèn)可，為跨越“從原型到產(chǎn)品”這個(gè)死亡之谷邁出了關(guān)鍵一步。

寫在最后

據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Semico Research預(yù)測(cè)，到2025年，全球RISC-V處理器出貨量將增至624億顆，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、PC、消費(fèi)電子、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。

盡管發(fā)展?jié)摿薮螅粋€(gè)客觀事實(shí)仍是：RISC-V相關(guān)軟硬件技術(shù)和生態(tài)未完全成熟，應(yīng)用主要集中在中低端IoT領(lǐng)域，高性能芯片的商用落地尚需繼續(xù)尋求突破。

正如此次“2022 RISC-V中國峰會(huì)”上所傳來的進(jìn)展和突破，以及多位專業(yè)人士對(duì)產(chǎn)業(yè)的分析和預(yù)測(cè)，RISC-V將繼續(xù)向高性能演進(jìn)，高主頻、高性能是必然發(fā)展趨勢(shì)，今年，RISC-V生態(tài)會(huì)將性能從1GHz推向2GHz。

此外，隨著穩(wěn)定硬件的出現(xiàn)，RISC-V架構(gòu)軟硬件全棧成為必然趨勢(shì)，從IP到SoC、到開發(fā)板、SOM、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等方面將得到全面的優(yōu)化。RISC-V架構(gòu)將走向更廣的生態(tài)合作，在商業(yè)上將會(huì)有更多的新模式，軟件也將持續(xù)豐富，應(yīng)用繼續(xù)走向多樣化。