RISC-V 終于等到了「掘金時(shí)刻」

如果有人問(wèn)全球前三大指令集，或許芯片公司門(mén)口的守樓大爺也能如數家珍地報出：X86、Arm、RISC-V。

相較于前兩大架構，2010 年「出生」的 RISC-V 被稱(chēng)為「第三大指令集」好像有點(diǎn)名不副實(shí)。

要知道，X86 指令集能夠占領(lǐng)一半以上的 PC 處理器市場(chǎng)和 95% 以上的服務(wù)器市場(chǎng)，Arm 指令集則占據了全球 99% 以上的移動(dòng)設備。而作為僅有 14 歲的「后輩」，RISC-V 能夠占據的市場(chǎng)份額可想而知。

不過(guò)，短短時(shí)間內，能夠殺出重圍，闖入兩大指令集的「狩獵場(chǎng)」。RISC-V 自然也是有自己的優(yōu)勢。

如同每一個(gè)名將，都有自帶著(zhù)獨特的 BUFF。比如單手舉鼎的項羽，力大無(wú)窮。RISC-V 天生就帶著(zhù)三大 BUFF：開(kāi)源開(kāi)放、免費、可修改。

「大浪淘沙」中的 RISC-V

我們先談?wù)?RISC-V 尚未出現前的世界。

1978 年，英特爾創(chuàng )造了 X86 指令集，并且對該架構的演進(jìn)具有絕對的控制權。X86 統治了幾乎所有計算機、服務(wù)器等高性能領(lǐng)域。

想要使用 X86 指令集，不光要有錢(qián)，還要有資格。在過(guò)去的 30 多年，拿到 X86 入場(chǎng)券的僅僅只有 AMD 和 Cyrix（Cyrix 被威盛收購，后來(lái)威盛又將該項業(yè)務(wù)賣(mài)給中國大陸一家芯片企業(yè)成立兆芯）。

Arm 公司主導的 Arm 架構與 X86 不同，雖然 Arm 本身在負責架構的升級，但是只做 IP 核生意。也就是說(shuō)，想要使用 Arm，有錢(qián)就行?！纲Y格」（授權）在 Arm 手里，只要給夠錢(qián)，都不是問(wèn)題。從 1997 年，Arm9 問(wèn)世以來(lái)，在蘋(píng)果 A 系列芯片的帶動(dòng)下，基于 Arm 自研芯片的移動(dòng)端產(chǎn)品越來(lái)越多。

但隨時(shí)可能被人取消資格、禁止參賽的世界是需要改變的。

當被世界捆住手腳，總需要有人掙脫束縛。

2010 年，加州大學(xué)伯克利分校 Krste Asanovi?教授決定開(kāi)發(fā)一個(gè)開(kāi)放原始代碼的電腦系統，X86 沒(méi)資格、Arm 又太貴。惹誰(shuí)都別惹知識分子，Krste Asanovi?教授找來(lái)了 David Patterson，開(kāi)源、免費、可修改的 RISC-V 由此誕生。

RISC-V 的到來(lái)，本身也有點(diǎn)突破「枷鎖」的味道。之后，為了確保 RISC-V 的開(kāi)源，RISC-V 基金會(huì )還將總部從美國遷移到了中立國瑞士。

「名將」RISC-V 帶著(zhù)它的尖刀，沖擊著(zhù)市場(chǎng)。2021 年 RISC-V 國際基金會(huì )，會(huì )員數量為 300 多家，而到 2024 年，其會(huì )員數量已經(jīng)超過(guò) 4000 家，有了超 10 倍的增長(cháng)。在 2022 年，市場(chǎng)上量產(chǎn)的 RISC－V 處理器已經(jīng)達到 100 億顆，其中有 50％來(lái)自中國。

目前國際上著(zhù)名的開(kāi)源社區 Debian 已首次把 RISC-V 作為官方支持的指令集架構，此外，Google 的 Android 開(kāi)源版本 AOSP 也宣布把 RISC-V 當作官方支持的 Tier-1 指令集。

作為新的指令集，只有實(shí)現盈利才能進(jìn)一步保持持久的生命力。RISC-V 到了「掘金時(shí)刻」，而這一時(shí)刻的帶領(lǐng)者正是阿里巴巴達摩院。

掘金時(shí)刻，無(wú)劍聯(lián)盟

無(wú)數國內外的科技公司和機構紛紛都涌入了 RISC-V 賽道，想要成為下一批「淘金者」。

2019 年 7 月，阿里巴巴發(fā)布當時(shí)業(yè)界性能最強的 RISC－V 處理器玄鐵 910；2021 年 6 月，中科院計算所發(fā)布高性能 RISC－V 處理器香山；2022 年 11 月，美國芯片創(chuàng )業(yè)公司 SiFive 推出 3.4GHz 的 RISC－V 處理器。

與此同時(shí)，印度、巴基斯坦、俄羅斯、歐盟的政府都將 RISC-V 提上了議程，前后發(fā)布了不同的支持政策。

2023 年更是 RISC-V 突破性的一年。

國內這邊，北京開(kāi)源芯片研究院公布第二代「香山」（南湖）開(kāi)源高性能 RISC－V 處理器內核等，性能已超過(guò) ARM A76；阿里巴巴發(fā)布首個(gè)自研 RISC－V 人工智能多媒體融合平臺，支持運行 170 余個(gè)主流人工智能模型。

國際上，RISC-V 服務(wù)器芯片制造商 Esperanto Technologies 和 Ventana Micro Systems 已經(jīng)推出了用于云計算的芯片；Meta 也推出了一款基于 RISC-V 架構的 AI 推理芯片；英特爾正在與巴塞羅那超級計算中心（BSC）合作，為超級計算機制造 RISC-V 芯片。

惟變所出，萬(wàn)變不從。

開(kāi)源的 RISC-V 帶來(lái)了新的商業(yè)模式和商業(yè)機會(huì )。

RISC-V 走向大規模商業(yè)化一直是業(yè)內所期盼的。但是，由于 RISC-V 處理器在高性能計算領(lǐng)域的應用和研究依然處于探索階段，軟件生態(tài)系統、芯片、電路板和系統的可靠性問(wèn)題并沒(méi)有解決。

怎么進(jìn)行商業(yè)化一直是業(yè)內在探索的問(wèn)題。

當開(kāi)源和可修改被視為 RISC-V 的最大優(yōu)勢時(shí)，它們也成了 RISC-V 進(jìn)一步發(fā)展的阻礙。雖然開(kāi)發(fā)者準入門(mén)檻降低了，但這反而可能導致更嚴重的指令集架構碎片化。

商家自己拓展的 RISC-V 指令集不是標準指令集，很容易產(chǎn)生碎片化問(wèn)題。缺乏統一性的話(huà)，軟件生態(tài)系統建設就會(huì )缺乏錨點(diǎn)，很難讓一套軟件生態(tài)滿(mǎn)足所有拓展出的 RISC-V 指令要求。

想要克服這個(gè)阻礙，必須建立聯(lián)盟，依靠上下游公司的合作。而這只能靠具有行業(yè)影響力的大公司號召。

RISC-V 國際基金會(huì ) 22 位高級會(huì )員中有 12 名來(lái)自中國。在國際標準建設中，阿里巴巴領(lǐng)導了其中的 13 個(gè)主要技術(shù)小組，是公認的投入力量最大的中國機構。

在 2024 玄鐵 RISC-V 生態(tài)大會(huì )上，阿里達摩院正式發(fā)起了「無(wú)劍聯(lián)盟」。

Synopsys、中國電信股份有限公司研究院、Imagination、青島海爾科技有限公司、Arteris、芯昇科技等頭部企業(yè)及機構首批加入。

成員將基于玄鐵處理器緊密推進(jìn) IP 協(xié)同、工具鏈優(yōu)化、操作系統適配、解決方案拓展、應用推廣等工作，持續降低 RISC-V 開(kāi)發(fā)成本，縮短 RISC-V 產(chǎn)品及應用上市時(shí)間，讓終端廠(chǎng)商以更快的速度找到更適配的 RISC-V 方案。

例如，基于「無(wú)劍 600」芯片設計平臺，Imagination 和玄鐵實(shí)現了高性能異構算力架構，產(chǎn)出一批高性能芯片；Arteris 將與玄鐵合作保證 ArterisNcore 和 FlexNoC 片上網(wǎng)絡(luò )互聯(lián) IP 及 SoC 自動(dòng)化集成技術(shù)與玄鐵 RISC-V 系列產(chǎn)品的互操作性。

建立 RISC-V 產(chǎn)業(yè)合作新范式，幫助芯片公司加速技術(shù)轉化過(guò)程，降低開(kāi)發(fā)成本與風(fēng)險，才能充分挖掘 RISC-V 的商機。

走向大規模商業(yè)化是 RISC-V 進(jìn)一步成長(cháng)的必經(jīng)之路。

這一次，RISC-V 的掘金，玄鐵不但要成為「淘金者」，還要成為「賣(mài)金鏟的人」。助力 RISC-V 距離商用更進(jìn)一步。

生態(tài)是發(fā)展 RISC-V 的關(guān)鍵

2023 年，全世界的 RISC-V 科技公司的 CEO 都在討論一件事：要做 RISC-V 的生態(tài)。

「生態(tài)」對于半導體架構來(lái)說(shuō)，非常重要。芯片架構的地位，往往就在于「生態(tài)」：有多少家公司愿意使用這個(gè)指令集。

傳統上，一家企業(yè)想要在自家產(chǎn)品中集成芯片，需要先選擇供貨商，供貨商與指令集架構、軟件生態(tài)深度綁定，因此一旦做出選擇便難以更改。

類(lèi)似于：淘寶吸引了很多的買(mǎi)家，那么買(mǎi)家更傾向于在淘寶上購物。隨著(zhù)買(mǎi)家數量的增加，淘寶也吸引了越來(lái)越多的商家入駐。這就使得淘寶的市場(chǎng)越來(lái)越大，這種效應被稱(chēng)為「雙邊效應」。

做 RISC-V 的生態(tài)也是同一個(gè)道理。RISC-V 的生態(tài)越完善，使用的客戶(hù)就越多，那么 RISC-V 整體的市場(chǎng)就越大。

一個(gè)好的生態(tài)，能夠給架構帶來(lái)正向循環(huán)。

Arm 的生態(tài)建設就非常強悍。在 2010 年時(shí)，由 Arm、IBM、三星、TI 等廠(chǎng)商聯(lián)合設立了非營(yíng)利組織 Linaro，這個(gè)機構就是合作進(jìn)行開(kāi)源 Linux 軟件產(chǎn)品和開(kāi)發(fā)工具的開(kāi)發(fā)和改進(jìn)，幫助 Arm 的合作伙伴快速推出基于 Arm 架構的產(chǎn)品。

對于新的架構來(lái)說(shuō)，Arm 走過(guò)的路，RISC-V 都要走一遍。在 RISC-V 芯片已經(jīng)出貨百億顆的背景下，完善 RISC-V 的生態(tài)化建設迫在眉睫。過(guò)去幾十年，因為生態(tài)進(jìn)展而中道崩殂的指令集不計其數，如 MIPS、SPARC 等等。

RISC-V 的蓬勃發(fā)展，需要全球創(chuàng )新協(xié)同。

從芯片生態(tài)，到基礎軟件生態(tài)，再到應用和終端生態(tài)，達摩院玄鐵正連接各大生態(tài)體系，讓全球的開(kāi)發(fā)者和合作伙伴都能更好地使用和發(fā)展 RISC-V 技術(shù)。

去年，由阿里巴巴、谷歌、英特爾等 13 家企業(yè)發(fā)起的全球 RISC-V 軟件生態(tài)計劃「RISE」，在比利時(shí)布魯塞爾正式啟動(dòng)。

RISE 旨在加速 RISC-V 新架構的軟件生態(tài)建設及應用商業(yè)化進(jìn)程，成員將聯(lián)合推動(dòng) RISC-V 處理器在移動(dòng)通信、數據中心、邊緣計算及自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域的市場(chǎng)化落地。很多行業(yè)人士認為，RISE 類(lèi)似 Linaro。

阿里巴巴想要促進(jìn) RISC-V 生態(tài)的決心不小。

在 2021 年，阿里巴巴直接宣布開(kāi)源四款玄鐵系列 RISC-V 處理器，包括玄鐵 E902、E906、C906、C910。

玄鐵 RISC-V 系列已經(jīng)擁有 300 多家客戶(hù)、超 800 個(gè)授權數，其出貨量超過(guò) 40 億顆，是應用規模最大的國產(chǎn) CPU IP。

達摩院已經(jīng)開(kāi)源 4 款玄鐵處理器，雖然意味著(zhù)將損失 IP 核授權帶來(lái)的收入，但另一方面，開(kāi)發(fā)者們能夠在開(kāi)源的基礎上做軟硬件適配，推動(dòng) RISC-V 生態(tài)的發(fā)展。

圍繞玄鐵處理器，一個(gè)蓬勃生長(cháng)的 RISC-V 協(xié)同創(chuàng )新生態(tài)雛形已初步形成。

5 年間，玄鐵 RISC-V 處理器已發(fā)布 3 個(gè)系列 9 款產(chǎn)品，覆蓋高性能、高能效、低功耗等不同場(chǎng)景。

本屆大會(huì )，達摩院宣布玄鐵系列將面向低功耗、AI 加速、車(chē)規及安全領(lǐng)域全面迭代升級。同時(shí)，玄鐵 C907 首次實(shí)現矩陣運算（Matrix）擴展，為未來(lái) AI 加速計算提供更多選擇；下一代處理器 C930 也將于 2024 年推出。

在軟件生態(tài)上，玄鐵完整推出基礎軟件三件套——編譯器 TAC、編譯環(huán)境 CDK、部署工具集 HHB，大幅提升 RISC-V 開(kāi)發(fā)環(huán)境及工具棧效率。

在幾年時(shí)間內，玄鐵已經(jīng)基本完成了與國際及國內主流操作系統與 RISC-V 的全適配。比如說(shuō)安卓、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龍蜥、統信、openKylin、創(chuàng )維酷開(kāi)系統、RTT 等操作系統，并在百余款量產(chǎn)芯片中得到了應用。

在硬件開(kāi)發(fā)和工具鏈建設上，EDA 廠(chǎng)商基于玄鐵處理器開(kāi)發(fā)出 RISC-V 仿真、調試、驗證等系列工具，大幅縮短產(chǎn)品驗證及上市時(shí)間，顯著(zhù)降低風(fēng)險。

玄鐵 RISC-V 處理器的長(cháng)期技術(shù)積累，正逐步結出應用成果。

在 2024 玄鐵 RISC-V 生態(tài)大會(huì )上，中國科學(xué)院軟件研究所發(fā)布基于 RISC-V 的開(kāi)源筆記本電腦「如意 BOOK」，搭載玄鐵 C910 處理器。在 openEuler 操作系統上流暢運行釘釘、Libre Office 等大型辦公軟件。

如意 BOOK 首次打通了從底層芯片到操作系統到商用軟件的 RISC-V 全鏈路，且全部開(kāi)源開(kāi)放。中國科學(xué)院軟件研究所 RISC-V 行業(yè)生態(tài)負責人郭松柳表示：「我們期待更多開(kāi)發(fā)者基于如意 BOOK 進(jìn)行原生 RISC-V 開(kāi)發(fā)，共同豐富 RISC-V 的軟件應用生態(tài)?！?/p>

在去年的玄鐵 RISC-V 生態(tài)大會(huì )上，阿里巴巴就公布了生態(tài)計劃。針對芯片開(kāi)放社區開(kāi)發(fā)者、行業(yè)伙伴分別推出了「RISC-V 學(xué)院計劃」、「玄鐵優(yōu)選芯片」。以此建設幫助 RISC-V 生態(tài)，推動(dòng)芯片落地。

玄鐵處理器已經(jīng)在 AI、5G 通信、自動(dòng)駕駛、金融等領(lǐng)域展開(kāi)廣泛應用創(chuàng )新。

在電力行業(yè)，國網(wǎng)智芯公司基于玄鐵處理器研發(fā)面向工業(yè)應用的高能效、高安全、高可靠的 AI 芯片，可用于變電智能巡視、源網(wǎng)荷儲協(xié)同調度等場(chǎng)景，全面賦能數智化電網(wǎng)建設；

在 ICT 領(lǐng)域，中國電信研究院采用玄鐵 RISC-V 研發(fā)云桌面、AI 邊緣盒子等新硬件，助力打造「端-邊-云」全面應用；

在機器人方向，亞博智能推動(dòng) RISC-V 首次進(jìn)入 ROS 機器人領(lǐng)域，基于玄鐵處理器的 Mlik-VMeles 開(kāi)發(fā)板研發(fā) SLAM 建圖與避障導航小車(chē)；

潤開(kāi)鴻聯(lián)合達摩院在玄鐵 RISC-V 上更好地發(fā)揮了 OpenHarmony 分布式技術(shù)應用優(yōu)勢，落地金融、交通等行業(yè)。

尾聲

前些日子，歐盟已經(jīng)宣布大力投資 RISC-V 架構，想要以此實(shí)現半導體芯片的獨立。

如將不盡，與古為新。開(kāi)源早已成為處理器芯片發(fā)展的新趨勢。

正如阿里巴巴達摩院院長(cháng)張建鋒在會(huì )上所說(shuō)，從軟件到硬件，開(kāi)源已經(jīng)成為數字產(chǎn)業(yè)的大勢所趨?！搁_(kāi)源是手段，而開(kāi)放是思想，RISC-V 的魅力正在于此」，他表示，「它是透明的、與時(shí)俱進(jìn)的，讓大家都能在興趣驅動(dòng)下作出自己的創(chuàng )新貢獻?！?/p>

在 PC 產(chǎn)業(yè)，英特爾是通過(guò) IDM 模式加賣(mài)芯片的方式去推動(dòng)了芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，但這種模式需要很多的資源、上百億美元的收入才能支撐這樣的一個(gè)產(chǎn)業(yè)。而且一旦利潤下降就會(huì )被不看好，這也是為什么英特爾股票下跌。

智能手機產(chǎn)業(yè)，Arm 也用更輕的方式，不賣(mài)芯片，只賣(mài) IP，讓其他的企業(yè)去做芯片，這樣也能夠撬動(dòng)一個(gè)更大的智能手機的產(chǎn)業(yè)。

今天如果用開(kāi)源芯片的方式，IP 是開(kāi)源的，流程也是開(kāi)放的，通過(guò)全鏈路合作的方式來(lái)去推動(dòng)技術(shù)發(fā)展，持續讓技術(shù)演進(jìn)，那就有可能撬動(dòng)更大的產(chǎn)業(yè)。

張建鋒表示：「隨著(zhù)新型算力需求激增，RISC-V 發(fā)展迎來(lái)蝶變，即將進(jìn)入應用爆發(fā)期。達摩院將持續加大 RISC-V 的研發(fā)投入和生態(tài)共建，推動(dòng)行業(yè)上下游協(xié)同創(chuàng )新發(fā)展?！?/p>

由達摩院引領(lǐng)，RISC-V 終于等到了「掘金時(shí)刻」。