重磅！中科院發(fā)布國產(chǎn)處理器

根據包云崗在知乎上發(fā)出的介紹，香山是一款開(kāi)源RISC-V處理器核，是在中科院計算所、鵬城實(shí)驗室的支持下，通過(guò)中國開(kāi)放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟聯(lián)合業(yè)界企業(yè)一起開(kāi)發(fā)的。北京微核芯科技有限公司提供了產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗、聯(lián)合完成結構設計及物理設計。

香山處理器基于Chisel硬件設計語(yǔ)言實(shí)現，支持RV64GC指令集。在香山處理器的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，團隊使用了包括Chisel、Verilator 等在內的大量開(kāi)源工具，實(shí)現了差分驗證、仿真快照、RISC-V檢查點(diǎn)等處理器開(kāi)發(fā)的基礎工具，建立起了一套包含設計、實(shí)現、驗證等在內的基于開(kāi)源工具的處理器前端敏捷開(kāi)發(fā)流程。

值得一提的是，香山處理器二期將與微核芯科技、字節跳動(dòng)、ESWIN、優(yōu)矽科技聯(lián)合開(kāi)發(fā)。


包云崗表示，香山處理器的架構代號將以湖命名：第一版架構代號為“雁棲湖”，第二版架構代號為“南湖”，第三版、第四版和后續版本將依然以湖命名（X湖、Y湖……）。
第一版架構“雁棲湖”是一個(gè)11級流水、6****、4個(gè)訪(fǎng)存部件的亂序處理器核?！把銞痹?020年6月代碼倉庫完成建立，2021年4月完成RTL代碼。
“雁棲湖”計劃在7月基于臺積電28nm工藝流片，目前頻率為1.3GHz，預估SPEC CPU2006分值在7分/GHz左右。這款產(chǎn)品主要對標ARM A72、A73。


第二版架構“南湖”計劃在今年年底流片，將采用中芯國際14nm工藝，目標頻率為2GHz，SPECCPU分值達到10分/GHz。
根據介紹，“南湖”相比第一版“雁棲湖”相比性能有大幅度提高，已經(jīng)接近i9-10900K的11.08/GHz，并且支持雙通道 DDR 內存以及PCIe、USB、HDMI等更多功能。

“雁棲湖”架構在****寬度上已能與一些ARM高端處理器核相當，不過(guò)目前還未進(jìn)行充分地優(yōu)化，因此實(shí)際性能還有不小的差距。他希望未來(lái)能夠通過(guò)從“雁棲湖”到“南湖”再到“X湖”、“Y湖”的新架構持續迭代優(yōu)化，達到ARM A76水平的性能。
包云崗希望“香山”能夠存活30年，并約定30年后再聚一聚。除此之外，香山將保持半年更新一代架構的迭代優(yōu)化頻率，每年2次流片并對新架構、新功能進(jìn)行驗證，建立規范的開(kāi)源社區管理機制。


包云崗強調，流程/平臺/基礎設施非常重要，他更多是扮演啦啦隊隊長(cháng)的角色，真正將理念落實(shí)到了具體行動(dòng)的是他的“小伙伴們”。

去年7月25日，由包云崗負責的“一生一芯”計劃成果被爆出后，引發(fā)了社會(huì )不小的討論。彼時(shí)，包云崗介紹表示，這項計劃源于對“如何將教學(xué)和開(kāi)源芯片結合起來(lái)”這一問(wèn)題的思考，更啟發(fā)于中國通訊科技巨頭華為面臨的芯片困境。包云崗曾與華為專(zhuān)家交流，了解到短期內的需求華為自己基本能應對，而最需要的是處理器芯片設計人才。
據他的介紹，“一生一芯”計劃的五位同學(xué)在本科一畢業(yè)就加入了香山的開(kāi)發(fā)，成為了技術(shù)骨干。

RISC-V是伯克利大學(xué)發(fā)明的一種特定指令集架構，嚴格說(shuō)起來(lái)，并不是一種全新的架構，它與我們熟悉的ARM同屬RISC（精簡(jiǎn)指令集，Reduced Instruction Set Computer）范疇。目前市面上主流的架構分為RISC和CISC（復雜指令集，Complex Instruction Set Computer）兩種，RISC專(zhuān)注于低功耗、高性能功耗比，主要面向小體積以及移動(dòng)設備領(lǐng)域，CISC強調運算性能，專(zhuān)注桌面電腦、服務(wù)器和超算市場(chǎng)。RISC的代表為ARM，而CISC的代表則是我們耳熟能詳的x86。
RISC-V可以看做是現有RISC的更升級版，從架構的推出在時(shí)間上來(lái)說(shuō)，具備后發(fā)優(yōu)勢，可以規避許多現代計算機體系結構中存在的漏洞，如前段時(shí)間大熱的Spectre以及meltdown漏洞，已經(jīng)明確是與現代計算機體系中分支預測和亂序執行功能有關(guān)。由于計算機體系結構經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)成為比較成熟的技術(shù)，多年來(lái)在不斷成熟的過(guò)程中暴露的問(wèn)題都已經(jīng)被研究透徹，ARM和x86無(wú)法輕易堵住的問(wèn)題，RISC-V架構的新誕生沒(méi)有向后兼容的歷史包袱，則可以輕松避免。
從國內廠(chǎng)商到國外巨頭，RISC-V已經(jīng)成為“搶灘爭奪戰”的重點(diǎn)。

平頭哥是阿里巴巴于2018年9月成立的一家半導體公司,該公司整合了阿里達摩院半導體部門(mén)和此前收購的中天微電子。
成立之初，阿里巴巴曾表示要做兩類(lèi)芯片，分別是用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )的NPU(微處理器)和嵌入式芯片，而基于的芯片架構則是業(yè)界一致看好的RISC-V。
最近的一則消息顯示，玄鐵系列嵌入式CPU，實(shí)現了指令集、處理器架構及配套工具鏈的創(chuàng )新突破，量產(chǎn)超20億顆。
除此之外，平臺哥還在今年5月18日發(fā)布新款處理器玄鐵907，該處理器對開(kāi)源RISC-V架構進(jìn)行優(yōu)化設計，并首次實(shí)現了RISC-V最新的DSP指令標準，兼顧高性能及低功耗特點(diǎn)，可應用于MPU（微處理器）、智能語(yǔ)音、導航定位、存儲控制等領(lǐng)域。
英特爾作為x86陣營(yíng)的巨頭，本月上旬被爆料收購基于RISC-V架構的IP供應商SiFive的消息。20億美元（約合人民幣128億元）的收購價(jià)格，引起業(yè)界一片嘩然。

消息還未及時(shí)得到證實(shí)，傳言就越來(lái)越大。國外科技媒體“The Register”報道顯示，英特爾與SiFive已開(kāi)啟在高性能RISC-V處理器設計驗證及代工方面的合作。英特爾推出了基于其7nm工藝及SiFive RISC-V高性能內核IP的“Horse Creek”開(kāi)發(fā)平臺。
業(yè)界認為，收購并進(jìn)入RISC-V領(lǐng)域是對NVIDIA收購ARM的風(fēng)險對沖，這樣不僅能夠豐富英特爾自身IP授權的多元化布局，還可以給自己剛剛開(kāi)放的芯片代工引流。

但無(wú)論如何，此舉對于RISC-V架構本身都是一種利好，這是因為x86架構和ARM之所以成功就是因為積累多年的“生態(tài)墻”，巨頭的進(jìn)發(fā)必然能夠壯大RISC-V的生態(tài)。
甚至，曾經(jīng)叱咤風(fēng)云的MIPS架構也“投敵”RISC-V，放棄了具有悠久歷史和技術(shù)聯(lián)系的同名架構。此舉顯然預示著(zhù)MIPS作為CPU系列的終結，并進(jìn)一步減少了可用處理器的種類(lèi)。這是架構的最后一環(huán)。 
為何RISC-V的誕生還是受到了業(yè)界的大力追捧？答案有以下四點(diǎn)：
1、 免費是最好的招牌；2、 大道至簡(jiǎn) ，RISC-V指令格式不同type之間規律性很強；
3、 RISC領(lǐng)域市場(chǎng)巨大；4、 新技術(shù)意味著(zhù)新機遇。
通用處理器一直以來(lái)都是國產(chǎn)的“痛”，相比x86架構和ARM架構，開(kāi)源RISC-V架構無(wú)疑是目前國產(chǎn)處理器的好選擇。

“為什么CPU領(lǐng)域還沒(méi)有一個(gè)像Linux那樣的開(kāi)源主線(xiàn)？1991年開(kāi)源的Linux誕生，到今天正好30年”，包云崗如此設想，正因這樣的想法，才得以有香山處理器的問(wèn)世。包云崗表示和團隊的唐丹博士一直認為要建立一個(gè)像Linux那樣的開(kāi)源RISC-V核主線(xiàn)。
網(wǎng)友評論表示：“首先，RISC V現在挑戰的目標是ARM，而包云崗老師團隊自帶發(fā)起的是一項開(kāi)源芯片項目，目標是要和linux一樣，做一個(gè)開(kāi)源芯片社區。本次開(kāi)發(fā)過(guò)程中有多項突破，開(kāi)發(fā)語(yǔ)言上，采用了chisel語(yǔ)言，而非傳統的，verilog，同時(shí)配套做了很多工具，其次差分驗證框架也是一?！?/span>
相信在更多巨頭進(jìn)入RISC-V領(lǐng)域后，RISC-V的生態(tài)會(huì )逐漸被完善，香山處理器就是邁出的重要一步。