“芯”破局者RISC-V，風好正是揚帆時

RISC-V能否和x86、Arm一起成為三大主流架構(gòu)？

不僅限于我國，各國都陸續(xù)將RISC-V架構(gòu)列為國家級發(fā)展規(guī)劃。作為一種開源開放、模塊化的架構(gòu)，RISC-V提供了自主創(chuàng)新和打造差異化的空間，在激烈的市場競爭中脫穎而出，被視作芯片架構(gòu)領(lǐng)域的“破局者”。那么，RISC-V對中國半導體來說有哪些意義？呼嘯而至的AI時代，RISC-V又有哪些潛力？我們有理由相信RISC-V會在高端市場做大做強嗎？

<與非網(wǎng)>對話Imagination計算產(chǎn)品部副總裁Shreyas Derashri，Andes晶心科技董事長暨執(zhí)行長林志明，賽昉科技資深銷售總監(jiān)周杰，來探討這些答案。

“至少未來十年中國仍是最大市場”

RISC－V國際基金會去年披露，截至2022年，市場上量產(chǎn)的RISC－V處理器已經(jīng)達到100億顆，而其中50％來自中國。

Imagination計算產(chǎn)品部副總裁Shreyas Derashri認為，預計至少未來十年內(nèi)，中國仍將是 RISC-V的最大市場，領(lǐng)先于亞太其他地區(qū)和美洲。作為一種開放架構(gòu)，RISC-V不僅僅是滿足日益增長的計算需求的有效替代方案，而且在許多方面還將更勝一籌。

Imagination計算產(chǎn)品部副總裁 Shreyas Derashri

他看到全球正在出現(xiàn)一些公司，為目標用例設(shè)計精確定制的RISC-V解決方案，這些CPU無需支持傳統(tǒng)代碼，就能帶來顯著的性能和面積優(yōu)勢。這更是帶動了一股競爭和創(chuàng)新熱潮——以功能性、高性能和協(xié)作性架構(gòu)為支撐，正在為計算市場帶來更多選擇，減少對傳統(tǒng)CPU的依賴。

賽昉科技資深銷售總監(jiān)周杰告訴<與非網(wǎng)>，賽昉科技作為國內(nèi)RISC-V處理器IP供應商的一員，之所以對RISC-V抱有如此高的熱情與期待，是因為看到了一個市場變化：半導體產(chǎn)業(yè)中的創(chuàng)新變得更加民主化，同時，RISC-V的開放性和可定制性也使我國能夠獨立開發(fā)、部署滿足特定安全需求的芯片產(chǎn)品。

賽昉科技資深銷售總監(jiān) 周杰

周杰認為，越來越多的中國企業(yè)和機構(gòu)采用RISC-V，其生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)初具規(guī)模。隨著各行業(yè)不斷推出全新解決方案，將繼續(xù)推動加速RISC-V商業(yè)化進程。參照近兩年RISC-V在中國的發(fā)展進程，RISC-V將會持續(xù)促進我國半導體產(chǎn)業(yè)實現(xiàn)長期增長。

開源的RISC-V，崛起之謎

開源指令集并不是什么新鮮事物，不過，像Sparc、Power、MIPS等開源架構(gòu)都是在熱鬧了一陣之后就趨于沉寂，為什么只有RISC-V短短幾年就得到了迅速發(fā)展？長期來看，如何才能吸取“前車之鑒”？

晶心科技董事長暨執(zhí)行長林志明指出了區(qū)別所在，“RISC-V技術(shù)上的優(yōu)點在于精簡及模塊化，允許工程師快速實現(xiàn)新功能并創(chuàng)新。指令集的靈活性使得創(chuàng)新成為可能，例如工程師可自行添加客制指令，這與之前提到的其他開源架構(gòu)有所不同?！?/p>

晶心科技董事長暨執(zhí)行長 林志明

“RISC-V 在正確的時間出現(xiàn)在正確的地點，它的出現(xiàn)與人工智能時代的到來相吻合。人工智能刺激了所有設(shè)備類型對計算性能的需求，從而鼓勵SoC設(shè)計師創(chuàng)造傳統(tǒng)計算的替代方法，無論是GPU、NPU 還是 RISC-V CPU。而RISC-V的快速發(fā)展是由于人們希望以更低的成本獲得更多的選擇和更好的性能”，Shreyas Derashri認為這是RISC-V得以迅速繁榮的一個原因。

此外，生態(tài)也是RISC-V得以持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。周杰認為RISC-V的興起恰逢半導體行業(yè)對開源、低成本和可定制解決方案需求不斷增長的時候，得到了一系列領(lǐng)先半導體公司、研究機構(gòu)和開源社區(qū)的支持，“眾人拾柴”是其短期內(nèi)迅速發(fā)展的關(guān)鍵。相比之下，Sparc、Power、MIPS等開源架構(gòu)由單家廠商推廣，缺乏廣泛的行業(yè)支持，生態(tài)系統(tǒng)較小，也因為可定制性較低，在其他市場上的采用十分有限。

Shreyas Derashri談到，正是因為SoC 設(shè)計人員看到了開放性處理器的短期和長期市場效益，再加上RISC-V國際組織的有效管理，以及通過 RISE等倡議團結(jié)RISC-V周圍軟件生態(tài)系統(tǒng)的共同努力，才促成了該架構(gòu)的成功。

林志明也認為，正是在全球熱心人士和專家大量投入及RVI的領(lǐng)導下，有秩序而有效率地組成大量的團隊，才能迅速開發(fā)和貢獻更多的開源指令集，這在條件上也是優(yōu)于其他開源架構(gòu)的。

總結(jié)以往開源架構(gòu)的經(jīng)驗：一方面，要推動生態(tài)系統(tǒng)與ISA一起走向成熟，將確保其發(fā)展與應用市場保持一致；另一方面，對于過去曾經(jīng)熱門的架構(gòu)開源化，持續(xù)推廣并堅持初衷是很重要的，RISC-V社群應該持續(xù)觀察情況，制定對策。

AI是RISC-V進階的階梯

AI正在變得無處不在，從智能手表到數(shù)據(jù)中心計算，每一臺設(shè)備都有望實現(xiàn)一定程度的智能化。

從這個意義上說，RISC-V 要想成為未來計算的可靠架構(gòu)，就必須實現(xiàn)人工智能。這同時也是一個巨大的挑戰(zhàn)，因為單一的指令集如何既能滿足云計算對人工智能的高性能需求，又能滿足消費類設(shè)備對人工智能的低功耗、小面積需求？

Shreyas Derashri談到，得益于RISC-V簡化的架構(gòu)，與傳統(tǒng)CPU架構(gòu)相比，它具有更高的性能和更低的功耗，這是支持AI革命的一個良好起點。RISC-V作為一種模塊化、可擴展的架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)32位和64位地址空間，設(shè)計人員可從一系列擴展中進行選擇，以支持高性能AI，包括從矢量操作到低精度浮點數(shù)格式；此外，該架構(gòu)的設(shè)計可使其根據(jù)需要隨時添加新的擴展和地址空間，以支持不斷變化的應用需求。

林志明強調(diào)，AI是RISC-V的強項之一。由于AI應用本身架構(gòu)尚未歸于一統(tǒng)，各種架構(gòu)仍在發(fā)展中，形成了一種百花齊放的現(xiàn)象。在這種情況下，RISC-V架構(gòu)允許使用者進行創(chuàng)新，同時引入了Domain-Specific Architecture (DSA) 的概念。因此，許多AI領(lǐng)域的專家和公司都選擇采用RISC-V架構(gòu)來發(fā)展AI系統(tǒng)。

確實，隨著應用領(lǐng)域日趨細化，一些廠商紛紛投身于針對應用領(lǐng)域做優(yōu)化的DSA，并以此形成核心技術(shù)，垂直領(lǐng)域的芯片定制化被認為是未來的趨勢。那么，RISC-V廠商如何通過差異化定制獲得競爭優(yōu)勢？

周杰表示，根據(jù)特定應用設(shè)計芯片，能極大提升芯片能效比并降低通用芯片中軟件開發(fā)成本。不過挑戰(zhàn)也有，一方面在于廠商需要具備強大RISC-V軟硬件研發(fā)實力，另一方面在特定領(lǐng)域尚未形成規(guī)?；纳虡I(yè)閉環(huán)。

Shreyas Derashri認為，傳統(tǒng)架構(gòu)往往因為通用性犧牲了特殊性，而定制芯片可以為特定應用提供更高的性能、更低的功耗和更小的面積，由于RISC-V的特性，任何公司都可以比以往任何時候都更快地開發(fā)出這些芯片。

不過需要注意的是，設(shè)計人員要注意軟件兼容性。軟件社區(qū)是根據(jù)RISC-V規(guī)范而不是個別實施方案進行調(diào)整的，因此，不加考慮的定制可能會導致開發(fā)環(huán)境面臨挑戰(zhàn)并影響銷售。

RISC-V能否在高端市場做大做強？

“商業(yè)上具備開放的標準，技術(shù)上擁有靈活的架構(gòu)，讓廠商可以按照應用去設(shè)計最合適的芯片。而高性能應用定義芯片，更能釋放垂直整合的價值，也是RISC-V帶來的最大的機會，可以說高端市場是RISC-V發(fā)展的必然” ，周杰認為。

在他看來，隨著人工智能技術(shù)的廣泛應用和發(fā)展，中國算力規(guī)模急劇增長，數(shù)據(jù)中心作為算力底座，匯聚了各方資源，各架構(gòu)處理器也正在向高性能、低功耗方向升級。數(shù)據(jù)中心是RISC-V最具前景的應用場景之一，RISC-V將有望在數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)率先落地。

從技術(shù)趨勢看，數(shù)據(jù)中心將延續(xù)非傳統(tǒng)架構(gòu)服務器的發(fā)展趨勢。為提高處理大規(guī)模并行任務的能力，下一代高性能計算芯片已呈現(xiàn)出以“多核”和“眾核”為主的趨勢，并逐步進入“眾核時代”。眾核處理器可以支持更多的并行任務和更大的數(shù)據(jù)集，而基于RISC-V的眾核處理器設(shè)計路線將為高性能算力芯片提供更大的想象空間。根據(jù)周杰的說法，在數(shù)據(jù)中心場景，2024年會有多款RISC-V芯片落地。

林志明也認為，RISC-V有機會在更多市場中取得更大份額，包括HPC、超算、汽車和數(shù)據(jù)中心，RISC-V將能夠在這些應用領(lǐng)域提供更廣泛的支持。

“RISC-V 在高性能市場將大有可為，目前已經(jīng)有一些公司在該領(lǐng)域進行產(chǎn)品開發(fā)甚至實現(xiàn)落地”，Shreyas Derashri談到，在圣克拉拉舉行的RISC-V峰會上，阿里巴巴、算能科技以及山東大學，就聯(lián)合展示了RISC-V在云計算領(lǐng)域的首次商業(yè)應用。

此外，他認為汽車CPU是一個值得進入的市場，因為除了性能要求外，還要求功能安全。國際公認的ISO 26262 標準已經(jīng)對此做出規(guī)定，該標準根據(jù)處理的功能或車輛的情況，對故障處理和故障管理提出了要求。目前，功能安全 RISC-V CPU 的開發(fā)已列入Imagination Catapult 系列產(chǎn)品路線圖中。

碎片化——真風險還是偽命題？

理性看待RISC-V的AB面，其開放性其實也在一定程度上催生了各種擴展和變體的開發(fā)，從而滿足特定應用程序和市場的需求。那么，該如何看待RISC-V的“碎片化”？它是必經(jīng)過程，還是要盡力避免的重大挑戰(zhàn)？

“對于RISC-V的碎片化風險，這既是一種不可避免的現(xiàn)象，又是一個需要管理的重大挑戰(zhàn)”，周杰認為。

Shreyas Derashri表示，RISC-V向任何想要為任何市場設(shè)計CPU解決方案的公司開放計算創(chuàng)新，這種創(chuàng)新和創(chuàng)造力必須得到培養(yǎng)和鼓勵；但是，只有當各個公司的創(chuàng)新所基于的基礎(chǔ)架構(gòu)是一致的、可信賴的，這種創(chuàng)新和創(chuàng)造力才會成功。

產(chǎn)業(yè)界目前已有相關(guān)機構(gòu)來進行規(guī)范管理，例如RISC-V 國際基金會，包括4000多家合作方成員，始終強調(diào)遵守監(jiān)管框架的重要性，組織開發(fā)和維護指令集架構(gòu)，運營RISC-V國際認證，以確保任何基于RISC-V的實現(xiàn)符合規(guī)范。此外，國內(nèi)在2023年成立了RISC-V工委會，鼓勵聯(lián)盟內(nèi)的協(xié)作和溝通，以解決生態(tài)碎片化問題，引導國內(nèi)RISC-V產(chǎn)業(yè)從無序競爭走向協(xié)同創(chuàng)新，促進架構(gòu)的持續(xù)發(fā)展。

“在我看來，‘碎片化’是RISC-V所面臨的一個假議題，或者說，所謂的碎片化程度并未達到所聲稱的嚴重程度。同時需要澄清的是，RISC-V的指令集是無法任意更改的，可隨意修改和擴充的說法并不正確”，林志明強調(diào)。

他認為，在RISC-V模塊化的基礎(chǔ)上，使用者可以添加特定的指令。然而，必須要注意的是，這些模塊化指令集的掌控權(quán)在RISC-V國際基金會的技術(shù)委員會中，由多個工作組負責。這些指令集，如浮點運算、矢量和所有的RISC-V指令集等等，是不可修改的，使用者在使用時必須完全遵守RVI所定義的指令集，才能被視為兼容。

那么，用戶如何添加指令呢？RISC-V制定了一個接口規(guī)格，允許用戶在嚴格的規(guī)范下添加指令。這種方式確保了用戶自行開發(fā)的指令不會被他人使用，同時在整體RVI所制定的模塊化指令集上保持兼容性。

與x86、Arm三分天下，生態(tài)是制勝關(guān)鍵

除了尋求高端市場發(fā)展、規(guī)避過度碎片化的潛在風險，RISC-V與x86、Arm三分天下的關(guān)鍵最終還是有賴于生態(tài)的搭建。

從歷史經(jīng)驗來看，下游用戶對于具體使用哪種內(nèi)核可能不會特別在意，他們看重的往往是生態(tài)系統(tǒng)的豐富程度、易用性、安全性、設(shè)計門檻的高低，這其實也是RISC-V需要持續(xù)成長的方向。

當前，在快速的崛起過程中，RISC-V軟件生態(tài)也呈現(xiàn)出勃勃生機，正在從可用向好用、易用進步，軟件生態(tài)不斷豐富，安全性不斷提升，應用門檻不斷降低。

“發(fā)展RISC-V軟件，前提是要有能穩(wěn)定量產(chǎn)交付的芯片硬件產(chǎn)品，不斷適配應用場景的軟件需求；其次，芯片廠商要發(fā)揮垂直整合的優(yōu)勢，參與到芯片生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)建中，例如操作系統(tǒng)、開發(fā)環(huán)境、中間件、應用軟件等，都需要芯片原廠發(fā)揮力量”，周杰表示，他以賽昉高性能RISC-V多媒體處理器昉·驚鴻-7110（JH-7110）的落地為例介紹說，通過軟件的優(yōu)化進一步提升了性能和穩(wěn)定性，促進了在客戶項目中的落地。

此外，在應用實現(xiàn)過程中，通過強大的系統(tǒng)和工具適時解決用戶問題、優(yōu)化用戶體驗，也是得以持續(xù)推進的關(guān)鍵。以Andes晶心科技為例，已經(jīng)推出了20多套RISC-V處理器IP和上百件對應資源的軟件，包括各種軟件庫、驅(qū)動程序、以及完整的軟件開發(fā)系統(tǒng)和工具環(huán)境。能夠為不同的應用提供不同的生態(tài)系統(tǒng)支持。

再比如Imagination，Catapult CPU產(chǎn)品線在上市前都經(jīng)過了全面優(yōu)化和廣泛測試。隨著 RISC-V ISA 的發(fā)展，還設(shè)計了符合 RISC-V ISA 的解決方案。其CPU 在交付時都配備了功能齊全的SDK，其中包括基于LLVM的編譯器和C運行時庫。

寫在最后

在半導體全行業(yè)對開源、差異化、可定制解決方案需求不斷增長的時候，在AI迫切需要算力芯片加速創(chuàng)新的時候，RISC-V迅速崛起。正如春雨初生、春林初盛，正如風好時揚帆競逐，RISC-V呈現(xiàn)出蓬勃的態(tài)勢。

隨著技術(shù)的發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)的不斷完善，RISC-V有望在中國乃至全球芯片產(chǎn)業(yè)中發(fā)揮更加重要的作用，推動全球半導體創(chuàng)新發(fā)展。