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RISC-V在中国:除了研发更多的核,还要过这关

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    发表于 2022-4-16 11:31:08 | 显示全部楼层 |阅读模式

    有人预言,RISC-V或将是继Intel和Arm之后的第三大主流处理器体系。欢迎访问全球首家只专注于RISC-V单片机行业应用的中文网站

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    本帖最后由 塞巴斯蒂安 于 2022-4-16 11:30 编辑

    作为全新一代精简指令集,RISC-V 在 AIoT 时代被寄予厚望,国内外新兴 RISC-V 企业和原有科技巨头纷纷布局卡位,RISC-V 似乎爆发在即,生态建设成为胜负手关键。

    近日,全球权威 AI 基准测试 MLPerf 发布最新榜单,在聚焦低功耗、高能效的 IoT 领域 Tiny v0.7 榜单中,基于阿里平头哥玄铁 RISC-V C906 处理器的软硬件联合优化方案,取得了全部 4 个指标的第一,创下了 MLPerf Tiny 有史以来 RISC-V 架构提交的最好成绩。

    这让 RISC-V 重回国人视线。的确,从 CPU 核、芯片、软硬件协同、开发板到应用,中国 RISC-V 的发展最为兴盛。这次的突破,更是印证了 RISC-V 的 AI 高能效。

    离成功越近,往往挑战越大。RISC-V 在中国,正处于关键的繁荣前夜。

    一、RISC-V 有望 " 三分天下有其一 "

    众所周知,CPU 架构是芯片产业链的核心,其不仅决定了 CPU 的性能,而且在很大程度上引领着整个芯片产业的发展脉络。

    从市场现状来看,全球指令集呈现双寡头格局,基于 X86 和 ARM 架构的处理器长期占据绝大多数市场份额,X86 架构在 PC 及服务器市场一家独大,移动市场则由 ARM 架构一统江湖。

    在这样一个格局中,中下游厂商大多只能在这二者之间选择,但是 ARM 的授权费用昂贵,传统 X86 的授权又过于复杂,业界一直期待在 CPU 架构领域能有更多选择——他们开始将目光投向 RISC-V。

    RISC-V 架构开放、灵活、模块化,特别适合满足 AIoT 时代场景碎片化、差异化的市场需求,产业界普遍认为它有望成为下一代广泛应用的处理器架构。Semico Research 甚至预测,到 2025 年,RISC-V 市场规模将超 10 亿美元。
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    经过短短几年发展,RISC-V 国际基金会会员单位已遍及诸多知名公司、院校和研究机构,甚至连 X86 的主导者英特尔也宣布加入。截至目前,已经有超过 70 个国家的 2000 多家企业和机构加入。

    平头哥生态负责人杨静观察到,从地域来看,美国、欧洲和中国是 RISC-V 主要的贡献地。

    " 美国是 RISC-V 架构发源地,基础实力很强,热衷于高性能、数据中心方向的尝试;欧洲结合超算,在工业方面有较强的诉求;而中国,主要由来自市场需求的驱动,注重 IoT、边缘计算的高能效、低功耗,并逐渐向高性能进发。" 杨静说。

    在全球 RISC-V 生态中,中国地位凸显,一方面,中国企业对技术自研极其重视,RISC-V 成为摆脱 " 卡脖子 " 的一个最佳选择;另一方面,中国有着繁盛的 IoT 行业以及丰富的应用场景,驱动 RISC-V 技术和生态进化。

    目前,RISC-V 国际基金会共有 19 个高级会员,来自中国的会员近三分之二,既包括阿里、华为、中兴、紫光展锐等企业,也包括中科院计算所和软件所等科研机构。
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    RISC-V 基金会高级会员单位

    难怪中国工程院院士倪光南会表示:" 几年来,我国产学研用各界通过评估和试用,普遍认为 RISC-V 架构先进,功能完善,有可能在 AI、IoT、大数据、云计算等新一代信息技术领域获得市场优势,从而在未来世界主流 CPU 架构格局中,达到三分天下有其一。"

    二、本土厂商不断拓宽RISC-V边界

    中国公司也的确是最早试水 RISC-V 的那拨人,在技术转换间就完成了更新。

    2018 年,阿里平头哥开始从多年的自研架构 C-SKY 逐渐切换至 RISC-V,成为国内最早涉足 RISC-V 的技术团队之一。2019 年,平头哥发布当时业界最高性能 RISC-V 处理器玄铁 C910,此后又陆续推出了玄铁 E902、C906、E907 等多款 RISC-V CPU IP,覆盖了从低功耗到高性能的各类场景,成功应用于微控制器、工业控制、智能家电、图像处理、人工智能和汽车电子等诸多领域。

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    " 我们是把很多自研架构中的经验融入到 RISC-V 里面去,因此加速了 RISC-V 技术的发展。从 8 系列到 9 系列,我们开发了多款处理器,满足不同 IoT 场景对高能效、低功耗乃至高性能的需求。" 平头哥副总裁孟建熠表示。

    2021 年 10 月,平头哥玄铁 C910 成功兼容安卓系统,可运行 Chrome 浏览器等应用。这也是芯片行业首次实现 RISC-V 架构对安卓的支持,意味着 RISC-V 架构有望打破场景壁垒,成为高性能芯片设计的新选择。

    这是国内最早探索 RISC-V 高性能的尝试,此后有更多机构入局。中科院研发的高性能 RISC-V 处理器核—— " 香山 ",在 28 nm 制程上实现了 " 雁栖湖 " 的首代核心。到第二代核心 " 南湖 " 上,制程进化到 14 nm。

    在这群中国技术人的努力下,RISC-V 处理器的可用性及覆盖面大大提升,让它真正从一个象牙塔的基础架构,走向市场化发展。

    全志科技、兆易创新、华米科技在内的芯片厂商都相继推出了基于 RISC-V 的 SoC、MCU、DSP 芯片等产品。

    兆易创新和芯来科技开创了 IP 核供应商与设计企业联手先例;以全志 D1 为代表的通用 RISC-V Linux 芯片量产,意味着低成本 RISC-V 高性能处理器开发板已来,而它采用的,就是平头哥玄铁 RISC-V C906 处理器。

    就在 4 月 7 日,基于阿里平头哥玄铁 RISC-V C906 处理器的软硬件联合优化方案,在聚焦低功耗、高能效的 IoT 领域 Tiny v0.7 榜单中取得了全部 4 个指标的第一,创下了 MLPerf Tiny 有史以来 RISC-V 架构提交的最好成绩。

    RISC-V 国际基金会 CEO Calista Redmond 对这一成果赞扬有加 : " 物联网领域的 AI 技术竞争激烈,不同层面的定向优化对于以极低功耗取得新突破至关重要。阿里此次的工作证明了其在 RISC-V 产业的领导者地位,也给全球 RISC-V 社区和生态的发展提供了信心。"

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    权威 AI 榜单 MLPerf Tiny V0.7 性能数据对比

    孟建熠表示,这一成绩的取得,依靠阿里在算法、编译、硬件的软硬一体创新。这也意味着在 AIoT 领域,RISC-V 架构能以极低的计算代价实现定制化 AI 功能。

    " 我们提供了一个通用的软硬一体优化的优秀基础,下游厂商完全可以基于此做更深度的 AI 优化,以更好满足不同场景和领域的定制化需求。" 孟建熠说。

    三、一件更紧要的事


    作为一种新架构,RISC-V 发展的基础就是要研发出可用的 CPU 核。但核并非越多越好。如今,市场上 RISC-V 核并不少,但真正实现大规模量产的核,却也不多。

    国际 RISC-V 基金会的资料显示,全球已有 111 个开放或商用的 RISC-V 处理器核,其中就有包括了去年开源的平头哥玄铁 E902、E906、C906、C910 等 4 款量产处理器 IP。当时,平头哥还一并开源了基于玄铁的多操作系统的全栈软件及工具,蔚为壮观。

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    平头哥的这一举动,让不少人看不懂,但对于产业而言,这太重要:处理器 IP 是多,可是经过市场化验证的处理器太少!没人用,意味着漏洞风险更大,后续优化可能性更低,也更不可能被人用。

    这个逻辑指向的,是架构发展的根本问题——生态。平头哥开源 4 款成熟的 RISC-V 核,向大家分享自己成功趟出的一条路,就是希望破解 RISC-V 生态难题。

    " 从生态来讲,任何一家企业的商业逻辑不应只是去看 IP 或某一环节,而是要尽力参与到更大的生态系统里面去,更多思考可以商业化的可能性。这样在帮助 RISC-V 更快成熟起来的同时,每个参与者才会受益其中。" 杨静解释说。

    她举例称,以 IP 核为中心投入 1 元,生态价值就增加 20 元。在重视核的的研发的同时,更要重视生态的培育。生态是一个价值放大器,也是 RISC-V 真正发展起来必须要过的一关。

    据介绍,玄铁系列开源至今,很多高校、科研院所都在基于玄铁做研究,已经出了关于玄铁架构的分析论文,同时高校的计算机体系结构课程里面也已经在使用玄铁的处理器;另一方面,有很多初创企业已经开始在早期项目里使用了玄铁的 IP 核,特别是新兴的 FPGA 厂商。

    孟建熠也观察到,RISC-V 在 IoT 领域较为成熟,一些合作伙伴已经从产品研发走向了产品量产,开发者也随之越来越多:"RISC-V 是一个面向未来的架构,正在经历一个从小孩子长大成人的过程,已经走在了生态繁荣的前夜。未来,RISC-V 还要走向数据中心等高性能应用场景,平头哥将继续加大投入,加快生态建设。"
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    回过头看,无论是 Wintel(Windows+Intel),还是 AA 联盟(Android +Arm),以及那些早已凋零的 MIPS、PowerPC 等架构,决定竞争终局的从来不是技术本身,而是丰富的上层应用、高效的软硬协同以及爆发的市场需求。

    总结起来就是两个字:生态。而且生态的培育,是一个漫长的过程,需要各界携手同行。

    繁荣前夜,中国 RISC-V 技术人的长征,才刚刚开始。






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    RISCV作者优文
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