RISC-V的下一步：高性能計(jì)算、向量計(jì)算和安全三大領(lǐng)域

RISC-V 被認(rèn)為是繼 X86 架構(gòu)和 ARM 架構(gòu)之后第三個(gè)主流架構(gòu)，根據(jù)分析機(jī)構(gòu) Semico Research 的報(bào)告，預(yù)計(jì)到 2025 年，采用 RISC-V 架構(gòu)的芯片數(shù)量將增至 624 億顆，2018 年至 2025 年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá) 146%。

這些信息是否預(yù)示著 RISC-V 的紅利期即將到來？在此之際，與非網(wǎng)推出了《RISC-V 陣營(yíng)“大閱兵”》專題活動(dòng)，邀請(qǐng)了上海賽昉科技有限公司 CEO 徐滔先生來和大家一起聊一聊有關(guān) RISC-V 的技術(shù)、市場(chǎng)與規(guī)劃。

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上海賽昉科技有限公司 CEO 徐滔

RISC-V 開源指令集架構(gòu)經(jīng)典案例解析

從誕生至今，RISC-V 已走過了 10 個(gè)年頭，也產(chǎn)生了不少經(jīng)典案例，但大部分非從事 RISC-V 研發(fā)的電子愛好者們，可能和我一樣，對(duì)眾多經(jīng)典案例的劃分并不是那么清楚。

賽昉科技 CEO 徐滔告訴與非網(wǎng)，目前 RISC-V 開源指令集架構(gòu)的經(jīng)典案例大致可分為兩類：一類為開源處理器 Rocket-chip、Pulpino；另一類為基于開源指令集的商業(yè)處理器——SiFive E3 和 U5。之所以將上述處理器稱之為經(jīng)典案例是基于兩個(gè)原因，前一類由于出現(xiàn)的時(shí)間較早，對(duì)其他 RISC-V 處理器設(shè)計(jì)有啟發(fā)和領(lǐng)導(dǎo)作用；而后一類因?yàn)?SiFive 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，從而驗(yàn)證了處理器設(shè)計(jì)的經(jīng)典性和品質(zhì)。

各類開源處理器側(cè)重于不同的應(yīng)用領(lǐng)域。Rocket-chip 應(yīng)用較為寬泛，可以覆蓋 MCU、IoT 及基于 Linux 的入門級(jí)應(yīng)用；Picorv32 和 Pulpino 比較適用于 IoT 應(yīng)用；蜂鳥面積非常小，主要用于入門級(jí) MCU 微控制器的應(yīng)用。

從市場(chǎng)而言，SiFive 的不同系列處理器已授權(quán)給高端控制器、高性能計(jì)算，5G 及網(wǎng)絡(luò)通信，邊緣計(jì)算等領(lǐng)域的商業(yè)客戶，目前已有超過 170 個(gè) DesignWin。從技術(shù)角度來講，SiFive 還可以提供 64 位處理器，異構(gòu)多核、多 cluster 一致性、浮點(diǎn)運(yùn)算 / 向量計(jì)算等技術(shù)能力，這些技術(shù)是 RISC-V 業(yè)界最領(lǐng)先最成熟的方案。

RISC-V 軟件生態(tài)現(xiàn)狀如何？

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“RISC-V 軟件生態(tài)不成熟，兼容性較差，開發(fā)難度大”一位軟件工程師在接受與非網(wǎng)街邊采訪時(shí)如是說。

面對(duì)這樣的問題， 徐滔表示，RISC-V 從規(guī)范正式發(fā)布也才 5-6 年時(shí)間，生態(tài)需要一個(gè)培育的過程，并不是一蹴而就的，RISC-V 生態(tài)全面性雖有欠缺，但總體上呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。實(shí)際上，就開發(fā)嵌入式系統(tǒng)而言，RISC-V 的軟件生態(tài)已經(jīng)完備。比如實(shí)時(shí)操作系統(tǒng) FreeRTOS/RT-Thread、SylixOS、VxWorks，Linux 操作系統(tǒng) Fedora/Debian、編譯器 IAR/ 卡姆派樂、調(diào)試器 Lauterbach/SEGGER 等都開始全面兼容并支持 RISC-V，越來越多過去與其他處理器合作的軟件企業(yè)也紛紛加入到 RISC-V 生態(tài)之中。

與其說兼容性問題，到不如說發(fā)展不成熟更為準(zhǔn)確，對(duì)于這部分的問題，現(xiàn)在可能有一些 workaround，但是在相關(guān)功能成熟和規(guī)范之后，用戶都會(huì)按照其規(guī)范來操作，現(xiàn)有的做法自然會(huì)被替換掉，所以無需去兼容。另外，RISC-V 有很清晰的發(fā)展規(guī)劃，而且近兩年 RISC-V 生態(tài)發(fā)展迅猛，在不斷成熟及完善中。當(dāng)然在發(fā)展過程中有可能部分功能會(huì)有取舍，但都會(huì)基于實(shí)際的需求及應(yīng)用來調(diào)整。

可定制與 IP 碎片化如何權(quán)衡？

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眾所周知，可定制是 RISC-V 的最大優(yōu)點(diǎn)，但許多觀望者往往持 RISC-V IP 碎片化疑慮，尤其是發(fā)展到一定程度，會(huì)成為致命缺點(diǎn)。真的是這樣嗎？

徐滔表示，RISC-V 基本的指令集是標(biāo)準(zhǔn)的，不會(huì)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(huì)就是旨在維護(hù)指令架構(gòu)的完整性和非碎片化，并且會(huì)制訂若干個(gè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在遵守這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范下的定制化是被允許的，如果有公司違反了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，會(huì)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(huì)被孤立。事實(shí)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(zhǎng)都是良性的，越來越多的分枝會(huì)讓整棵大樹枝繁葉茂。

RISC-V 的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并不是由幾家巨頭來做整合的，事實(shí)上，RISC-V 基金會(huì)設(shè)有若干個(gè)工作群組，分別針對(duì)不同的領(lǐng)域制訂相應(yīng)的規(guī)范，群組成員包括 SiFive、 Western Digital、 Google、 NVIDIA 等眾多業(yè)界企業(yè)，RISC-V 標(biāo)準(zhǔn)化需要 RISC-V 陣營(yíng)中的企業(yè)共同努力去實(shí)現(xiàn)。RISC-V 只有不斷增加新的功能并且形成標(biāo)準(zhǔn)才能使 RISC-V 更快更好的發(fā)展。

一種架構(gòu)的興起就代表其他架構(gòu)的消亡？

答案是：一種架構(gòu)的興起并不代表其他架構(gòu)的消亡，RISC-V 與 X86 和 ARM 架構(gòu)未來將呈現(xiàn)三足鼎立之勢(shì)力。多年來 ARM 在 Android 端一直占據(jù)主流，X86 在服務(wù)器端后也始終處于壟斷地位，相比兩大傳統(tǒng)架構(gòu)，新生代架構(gòu) RISC-V 顯然更具活力，目前已實(shí)現(xiàn)了在 AI 及 IoT 等新興領(lǐng)域率先登陸，并且正向更多的領(lǐng)域延伸。未來這三大架構(gòu)都會(huì)各自占據(jù)固有的領(lǐng)地，并在交集市場(chǎng)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)，市場(chǎng)足夠龐大，必要的良性競(jìng)爭(zhēng)有助于處理器技術(shù)及商業(yè)模式的不斷創(chuàng)新和優(yōu)化，對(duì)于整個(gè)市場(chǎng)來說是有益的。

RISC-V 前景與賽昉科技市場(chǎng)規(guī)劃

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在聊到 RISC-V 市場(chǎng)前景時(shí)，徐滔告訴與非網(wǎng)，“我們對(duì)于 RISC-V 的前景保持樂觀并且充滿信心。未來 2-3 年 RISC-V 的高性能應(yīng)用在服務(wù)器、移動(dòng)端及車載電子等領(lǐng)域?qū)?huì)有更多的實(shí)現(xiàn)，而基于應(yīng)用軟件的技術(shù)及生態(tài)也將持續(xù)增進(jìn)，并且在特定領(lǐng)域，如 DSP/AI/ 圖像 / 網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域也會(huì)有所斬獲?！?/p>

具體來說：

“目前，在研的 RISC-V 處理器的主要應(yīng)用方向是超高性能計(jì)算及向量計(jì)算。我們認(rèn)為 RISC-V 經(jīng)過數(shù)年發(fā)展，在中低端應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)較為成熟，但是在高性能計(jì)算及人工智能應(yīng)用領(lǐng)域上與其他架構(gòu)處理器（主要是 ARM）相比較還有差距，相關(guān)生態(tài)上的資源也有限。因此我們致力于攻研超高性能處理器以及向量處理器，從而推動(dòng)整個(gè)生態(tài)完善相關(guān)的軟件資源。”

“而，基于應(yīng)用的軟件工作將大量展開，如 Hypervisor、矢量、安全、功耗管理、服務(wù)器等方面。同時(shí)，基于 RISC-V 指令集架構(gòu)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(dǎo)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(huì)陸續(xù)有芯片問世，尤其在 AIoT、IIoT、5G 等領(lǐng)域?qū)?huì)有更多基于 RISC-V 的產(chǎn)品問世?！?/p>

“此外，龍頭廠商的穩(wěn)定出貨會(huì)導(dǎo)致大量觀望者果斷跟進(jìn)采用 RISC-V 技術(shù)，因此 RISC-V 的使用者數(shù)量還將暴增。我司豐富的處理器品種足以應(yīng)對(duì)當(dāng)前極速增長(zhǎng)的市場(chǎng)需求，不僅有面向通用應(yīng)用場(chǎng)景的中低階標(biāo)量處理器，更有針對(duì)高性能及算力的高階標(biāo)量處理器。未來我們研發(fā)和市場(chǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)會(huì)放在超高性能處理器、向量處理器、以及安全處理器三個(gè)方向上，這三個(gè)方向是目前 RISC-V 架構(gòu)較為薄弱的地帶，空間非常巨大?！?/p>

當(dāng)問及目前有哪些力推產(chǎn)品時(shí)，徐滔向我們展示了在售的 7 系列處理器。他表示，7 系列支持 linux，是目前性能最高的量產(chǎn)商用 RISC-V 處理器，包含了嵌入式 32 位 E7 內(nèi)核及 64 位 S7 內(nèi)核，以及應(yīng)用處理器 U7 三大產(chǎn)品。

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其主要優(yōu)勢(shì)與特點(diǎn)如下：

1）超高能效比，7 系列處理器高于 ARM 同等級(jí)處理器。

2）異構(gòu)多核，即支持應(yīng)用處理器與嵌入式處理器在同一個(gè)處理器簇中的緩存一致性。

3）豐富的存儲(chǔ)子系統(tǒng)，支持 L1 及 L2 緩存一致性，支持私有緊耦合存儲(chǔ)，支持多處理器簇之間的存儲(chǔ)一致性。

4）實(shí)時(shí)性。支持硬實(shí)時(shí)響應(yīng)、functional safety 以及 cache lock。

5）支持自定義指令。

鳴謝篇（感謝賽昉科技的參與）

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