RISC-V沖向Arm新藍海

“三分天下有其一”是業(yè)界對RISC-V架構的定位和期許，開(kāi)源帶來(lái)的開(kāi)放生態(tài)、靈活性和高度可定制性，讓RISC-V成為搭建計算生態(tài)的一種新選擇。

今年7月，RISC-V International首席執行官Calista Redmond就指出RISC-V架構芯片出貨量已突破百億顆，僅用12年就走完了傳統架構30年的發(fā)展歷程，預計2025年RISC-V架構芯片更有望突破800億顆。

不難看到，RISC-V生態(tài)發(fā)展正在顯著(zhù)加速。

但是，RISC-V應用此前更多集中在低算力的MCU市場(chǎng)以及生態(tài)依賴(lài)性低的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

對于RISC-V來(lái)說(shuō)，高性能領(lǐng)域是一個(gè)高價(jià)值的市場(chǎng)，有利于RISC-V產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化發(fā)展，躋身高性能領(lǐng)域，是芯片架構走向主流的重要標志。

隨著(zhù)RISC-V生態(tài)完備度及市場(chǎng)需求的進(jìn)一步增長(cháng)，以服務(wù)器、數據中心為代表的高性能領(lǐng)域成為RISC-V產(chǎn)業(yè)下一步的落子方向。

Arm攻城拔寨，RISC-V苗頭漸起

在目前的CPU市場(chǎng)，x86架構及Arm架構仍然是全球最為主流的指令集架構。其中，x86架構統治著(zhù)PC及服務(wù)器市場(chǎng)。

據IDC 2021年發(fā)布的《全球服務(wù)器季度跟蹤報告》顯示，x86服務(wù)器收入占全球服務(wù)器收入的90.3%，非x86（包括Arm、RISC-V等）服務(wù)器收入僅占全球服務(wù)器收入的9.7%。

然而，面對這樣的市場(chǎng)格局，自2008年開(kāi)始，壟斷移動(dòng)市場(chǎng)的Arm便計劃進(jìn)入服務(wù)器芯片市場(chǎng)，但由于當時(shí)在服務(wù)器生態(tài)上的孱弱，不少芯片廠(chǎng)商投入數年后便紛紛放棄該賽道。

如今，隨著(zhù)云計算需求變革以及Arm體系性能和生態(tài)環(huán)境提升，一眾高手紛紛加盟，企業(yè)開(kāi)始逐漸轉向采用Arm架構，帶動(dòng)了云端采用Arm架構服務(wù)器比例的增加，基于A(yíng)rm架構的服務(wù)器芯片陣營(yíng)掀起了新一輪的“突圍”。

Arm推出的Neoverse平臺也成為了向服務(wù)器領(lǐng)域滲透的關(guān)鍵驅動(dòng)力之一。

Arm Neoverse服務(wù)器CPU路線(xiàn)圖

近年來(lái)，云服務(wù)商也在圍繞Arm架構頻頻發(fā)力，AWS自研服務(wù)器芯片Graviton的成功也引發(fā)了行業(yè)的潮流，其他主要的云服務(wù)提供商也在積極布局Arm服務(wù)器項目。

除上云廠(chǎng)商外，包括富士通、Marvell、飛騰、英偉達等廠(chǎng)商也均推出了Arm架構服務(wù)器芯片，Arm架構服務(wù)器芯片正在取得快速的進(jìn)展。

據TrendForce數據預測，預計到2025年，Arm架構在數據中心服務(wù)器滲透率將達到22%，數據中心處理器格局正在悄然發(fā)生改變。

在A(yíng)rm攻城拔寨的同時(shí)，RISC-V也對數據中心市場(chǎng)產(chǎn)生了興趣。RISC-V架構則憑借著(zhù)于開(kāi)源、指令精簡(jiǎn)、可擴展、模塊化等優(yōu)勢，在注重能效比的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域大受追捧。但是，這并不意味著(zhù)RISC-V無(wú)法進(jìn)入更高性能要求的PC和服務(wù)器市場(chǎng)。

在這個(gè)過(guò)程中，涌現出一大批瞄準高性能RISC-V的國內外廠(chǎng)商，將該架構應用從低端微處理器逐漸探入高性能計算領(lǐng)域。

此前，RISC-V最顯著(zhù)的標簽是低功耗，平頭哥半導體在2019年率先推出最高主頻達2.5GHz的玄鐵C910，突破了業(yè)界對RISC-V的性能想象；今年11月底，國產(chǎn)RISC-V芯片廠(chǎng)商賽昉科技推出了全球首款面向PC應用的高性能RISC-V芯片——昉·驚鴻8100；而后，據福布斯12月12日報道，芯片初創(chuàng )企業(yè)Ventana Microsystems公司在RISC-V峰會(huì )上發(fā)布了全球首款面向服務(wù)器的CPU——Veyron V1。

1. Ventana：首款面向服務(wù)器的CPU—Veyron V1

據介紹，Veyron V1采用先進(jìn)的5nm制程工藝，基于Ventana自研的高性能RISC-V內核，8流水線(xiàn)設計，支持亂序執行，主頻高達3.6GHz，每個(gè)集群最多16個(gè)內核，多集群最多可擴展至192核，擁有48MB共享三級緩存，擁有高級側信道攻擊緩解措施、IOMMU和高級中斷架構（AIA）、支持全面的RAS功能、自上而下的軟件性能調整方法，可以滿(mǎn)足數據中心的各種需求。

據悉，Veyron VT1每核性能可與Arm的Neoverse V系列（Amazon Graviton 3中的V1和Nvidia Grace中的V2）相媲美，但時(shí)鐘更高。

值得一提的是，Veyron V1采用了類(lèi)似AMD EPYC處理器那樣的Chiplet設計，允許客戶(hù)從Vnetana購買(mǎi)CPU、IO模塊，然后跟自己的加速器IP進(jìn)行集成，最后成為一個(gè)完整的芯片。

按照計劃，Veyron V1已經(jīng)流片成功，預計將會(huì )在2023年年中正式推出，并在2023年下半年成功部署于數據中心基礎設施。

2. 進(jìn)迭時(shí)空RISC-V高性能核研發(fā)取得重大進(jìn)展

進(jìn)迭時(shí)空的第一代RISC-V融合計算處理器核X100在通用計算能力和面向應用的融合計算能力上，均取得了重大突破。X100的通用計算性能超過(guò)Arm A75，在A(yíng)I應用、視覺(jué)應用、機器人應用等方面則大幅領(lǐng)先Arm A76。

鑒于上述在通用計算能力和融合計算能力上的突破，X100非常適合用于邊緣服務(wù)器、高端智能機器人、自動(dòng)駕駛等場(chǎng)景。雖然市面上不乏RISC-V的計算核心，但能落地和商用的國產(chǎn)高性能RISC-V核仍十分稀缺，X100 無(wú)論在規格、性能、融合算力上均達到了國內的新高度。

目前搭載X100處理核，由進(jìn)迭時(shí)空自主研發(fā)的高性能SoC也在同步開(kāi)發(fā)中，并與多個(gè)合作伙伴展開(kāi)深度的技術(shù)合作。進(jìn)迭時(shí)空將為行業(yè)提供算力更強大，性能更優(yōu)越的RISC-V計算芯片。

3. 睿思芯科：RiVAI P600邊緣計算處理器發(fā)布，瞄準差異化市場(chǎng)

ICCAD 2022活動(dòng)上，國內RISC-V廠(chǎng)商睿思芯科發(fā)布了新一代邊緣計算處理器RiVAI P600。據悉，RiVAI P600 采用多核多線(xiàn)程的先進(jìn)設計架構，擁有高效的數據并行處理能力，特別適用于通用計算兼具數字信號處理需求的應用，如數據中心、存儲、WiFi6/7、DPU、5G通訊等場(chǎng)景，為更高計算需求提供算力。

此外，RiVAI P600在架構設計上兼容自研Mesh互聯(lián)架構，通過(guò)簡(jiǎn)單升級即可支持16-32處理器核心，并支持DDR5和PCIe Gen5，廣泛面向數據中心新型存儲和智能網(wǎng)絡(luò )等應用。

如今，P600已經(jīng)與中茵微電子等數家行業(yè)頭部合作伙伴聯(lián)合打造在數據中心應用領(lǐng)域的產(chǎn)品落地，采用先進(jìn)工藝制程完成流片和硅驗證，預計將于今年年底正式開(kāi)始市場(chǎng)應用。

今年以來(lái)，睿思芯科產(chǎn)品發(fā)布步履不停：6月，睿思芯科發(fā)布首個(gè)高性能RISC-V向量處理器DSP IP：RiVAI V7，首次將向量處理器引入專(zhuān)業(yè)音頻DSP領(lǐng)域，瞄準高品質(zhì)音視頻領(lǐng)域，滿(mǎn)足蓬勃發(fā)展的AR/VR、游戲及機器學(xué)習領(lǐng)域對復雜數字信號的算力需求。目前RiVAI V7已經(jīng)落地，在國際知名頭部客戶(hù)中完成芯片集成與驗證，進(jìn)入量產(chǎn)階段。

7月，睿思芯科亮相DAC大會(huì )進(jìn)行專(zhuān)題演講，展示發(fā)布其針對視頻圖像處理與機器學(xué)習的新產(chǎn)品RiVAI V9+。而本次發(fā)布的RiVAI P600邊緣計算處理器，再次瞄準差異化市場(chǎng)。

隨著(zhù)產(chǎn)品線(xiàn)拓展，睿思芯科旗下基于RISC-V的差異化IP產(chǎn)品將產(chǎn)生協(xié)同效應，進(jìn)一步拓展RISC-V芯片的能力池，從技術(shù)儲備、開(kāi)發(fā)生態(tài)到硅驗證，提供優(yōu)秀的PPA性能，保證合作芯片量產(chǎn)落地。

4. 賽昉科技：RISC-V在高性能計算領(lǐng)域大有可為

賽昉科技也在ICCAD 2022 期間表示：“隨著(zhù)RISC-V基礎指令集的完備、RISC-V IP核的性能突破、高性能RISC-V芯片的相繼推出以及軟件生態(tài)的日趨完善，RISC-V架構適合所有的計算場(chǎng)景，除物聯(lián)網(wǎng)外，在高性能計算領(lǐng)域亦大有可為?！?/span>

據介紹，賽昉科技自研的高性能RISC-V處理器內核——昉·天樞已被諸多芯片客戶(hù)使用，被應用于HPC、數據中心、PC等場(chǎng)景。昉·天樞是當前可交付的最高性能的RISC-V處理器內核，性能對標Arm Cortex A76，采用12級流水線(xiàn)設計，可實(shí)現超標量、深度亂序執行等。

中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員包云崗也指出，中科院RISC-V處理器香山定位于開(kāi)源、高性能的公版IP核。如果有Arm A76以上算力的需求，香山是一個(gè)可以考慮的選擇。

前不久，騰訊宣布加入RISC-V陣營(yíng)或許也是為了研發(fā)服務(wù)器芯片；SiFive、英特爾與谷歌等國際廠(chǎng)商也開(kāi)始為RISC-V進(jìn)軍數據中心鋪路...

業(yè)界正在用行動(dòng)證明，高性能不再是RISC-V的禁忌之地，向高性能發(fā)展是RISC-V發(fā)展的必然趨勢。

與此同時(shí)，Arm近期又宣布禁止把性能先進(jìn)的Neoverse V系列授權給中國芯片企業(yè)，Neoverse V系列正是為服務(wù)器芯片而研發(fā)。如此一來(lái)，中國芯片企業(yè)勢必迅速轉向RISC-V架構，促使中國加快推動(dòng)RISC-V進(jìn)入服務(wù)器芯片等高性能領(lǐng)域。

一個(gè)新架構要深入到原有市場(chǎng)，往往都是遵循“從低到高”滲透，比如IoT-智能機-PC-服務(wù)器這種路線(xiàn)。

只不過(guò)RISC-V可能會(huì )略有區別。嘉楠捷思副總裁湯煒偉表示，由于C端的用戶(hù)數量龐大，對于軟件完備度要求很高，因此需要體驗足夠好才能實(shí)現。但服務(wù)器市場(chǎng)則由于應用相對少，相對會(huì )比C端更具進(jìn)入機會(huì )價(jià)值，也更具可替代性。

其次是由于服務(wù)器的相對軟件棧寬度要略窄一些，解決幾個(gè)軟件問(wèn)題就可以突破市場(chǎng)。因此， RISC-V會(huì )更先滲透到服務(wù)器領(lǐng)域，但能走多遠很大程度上取決于生態(tài)里合作伙伴的能力和努力。

進(jìn)軍數據中心，RISC-V挑戰尚在

RISC-V在初步證明其商業(yè)化可用的路上，發(fā)展速度非?？?。在IoT市場(chǎng)站穩腳跟后，正在往更高性能、更加縱深的方向去發(fā)展。

RISC-V基金會(huì )CTO Mark Himelstein透露，RISC-V在未來(lái)幾年將會(huì )發(fā)力汽車(chē)、數據中心和安全等多個(gè)應用領(lǐng)域，包括最近備受關(guān)注的加速器和智能網(wǎng)卡也是RISC-V未來(lái)幾年的關(guān)注重點(diǎn)。

如果說(shuō)穩定性是RISC-V的安身之本，開(kāi)放性是RISC-V的生命力，那么，向高性能領(lǐng)域邁進(jìn)就是RISC-V的競爭力所在。

然而，RISC-V要想成功登陸數據中心服務(wù)器、個(gè)人電腦等高性能市場(chǎng)，還有很大的距離，面臨諸多挑戰。

平頭哥半導體副總裁孟建熠此前在接受筆者采訪(fǎng)時(shí)表示：“數據中心肯定是RISC-V要往這個(gè)方向走的非常重要的一個(gè)方向，基金會(huì )現在其實(shí)是把數據中心作為一個(gè)很重要的方向在推進(jìn)。但要往高性能發(fā)展，處理器首先本身要在性能上有突破，需要投入大量的研發(fā)精力和資金投入；其次，往高性能走，處理器的穩定性也非常重要。上層軟件棧越厚，軟件與硬件的協(xié)同優(yōu)化就越困難，必須要求足夠的硬件穩定性來(lái)適配更復雜的應用場(chǎng)景?！?/span>

而對于RISC-V向高性能領(lǐng)域發(fā)展在軟件上的挑戰，中國科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍指出，目前有很多核心的基礎軟件沒(méi)有很好的跑在RISC-V平臺上。這里可能會(huì )有指令集規范還不成熟的問(wèn)題，但更多的是這些基礎軟件包之前都是在X86和Arm上面去跑，從維護者、社區的角度，還沒(méi)有把RISC-V當成Tier-1或者First-Class-Citizen度去對待。這里面有理念問(wèn)題，有投入問(wèn)題，也有商業(yè)利益回報問(wèn)題。

基礎軟件的意義是避免生態(tài)碎片化，避免大家在同樣的指令集架構下還去“造輪子”。因此在一些基礎的編譯工具鏈、操作系統，比如GCC/LLVM，Linux等，希望整個(gè)行業(yè)能夠合力去共同打造，而不是說(shuō)每個(gè)RISC-V處理器廠(chǎng)家都要自己做一套，這其實(shí)是一個(gè)很大的浪費。

另外，開(kāi)發(fā)者關(guān)心的外設IP授權問(wèn)題依然在短期內難以突破，也是高性能RISC-V發(fā)展道路上的一大攔路虎。

不過(guò)武延軍表示，RISC-V基金會(huì )理事會(huì )正在嘗試探索開(kāi)源軟件曾經(jīng)走過(guò)的路。開(kāi)源軟件在初期發(fā)展階段也遇到過(guò)專(zhuān)利訴訟，當時(shí)為了解決這一問(wèn)題，IBM、英特爾、Linux基金會(huì )以及自由軟件基金會(huì )發(fā)起了名為“Open Invention Network（OIN）”的組織，組建專(zhuān)利池，凡是加入OIN組織的機構都需要簽署相應協(xié)議放棄對相關(guān)專(zhuān)利的主張，共同抵御外部的專(zhuān)利訴訟。

“如果未來(lái)RISC-V也能形成這樣的模式，對于外設IP專(zhuān)利上的障礙可能會(huì )逐掃清。但畢竟基礎軟件和半導體兩個(gè)行業(yè)不同，半導體行業(yè)的專(zhuān)利布局和獲利的歷史更久一些，形成的障礙、壁壘會(huì )更多一些，可能比軟件的難度要大很多?！蔽溲榆娬f(shuō)道。

寫(xiě)在最后

RISC-V于2010年誕生，發(fā)展至今，野心初露。

回過(guò)頭看，無(wú)論是Windows+Intel，還是Android +Arm，以及那些早已凋零的MIPS、PowerPC等芯片架構，決定競爭終局的或許從來(lái)不是技術(shù)本身，而是豐富的上層應用、高效的軟硬協(xié)同以及爆發(fā)的市場(chǎng)需求。

總結起來(lái)就是兩個(gè)字：生態(tài)。

對于RISC-V未來(lái)的生態(tài)發(fā)展趨勢，無(wú)論是IoT市場(chǎng)的規?；瘧?，還是高性能領(lǐng)域的未來(lái)潛力，RISC-V這個(gè)新興架構正吸引著(zhù)全球眾多參與者躬身其中。當前，國內外各大科技公司正在大力布局RISC-V架構，通過(guò)這款開(kāi)源、精簡(jiǎn)的架構平臺，設計出所需的芯片產(chǎn)品，或者通過(guò)RISC-V延伸出其它的生態(tài)系統。不管是軟件還是硬件，RISC-V的適配能力正逐步擴大。

展望未來(lái)，RISC-V與Arm和X86將會(huì )在競爭過(guò)程中逐漸找到自己的定位，不斷融合、互相借鑒、長(cháng)期共存，形成“三分天下”的局面，在各自擅長(cháng)的領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢。