中國(guó)RISC-V的長(zhǎng)征才剛剛開始

去年12月，騰訊公司宣布加入開源指令集標(biāo)準(zhǔn)RISC-V國(guó)際基金會(huì)。這是繼阿里巴巴、華為、紫光展銳、中興通訊、中科院等企業(yè)和機(jī)構(gòu)之后，RISC-V陣營(yíng)中再次迎來(lái)新的中國(guó)成員。

在剛剛過(guò)去的1月，谷歌安卓工程總監(jiān) Lars Bergstrom在RISC-V峰會(huì)上也表示，希望RISC-V成為安卓的一級(jí)平臺(tái)，這與ARM對(duì)安卓的意義不相上下。谷歌的支持對(duì)RSIC-V陣營(yíng)來(lái)說(shuō)也是一個(gè)重要的里程碑。

看來(lái)，RISC-V如今已備受期望。幸運(yùn)的是，中國(guó)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)獲得了初步的發(fā)展。

中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)初具優(yōu)勢(shì)

根據(jù) RISC-V 國(guó)際基金會(huì)數(shù)據(jù)顯示，包括騰訊在內(nèi)的25 個(gè) RISC-V 國(guó)際頂級(jí)成員中有 13 個(gè)來(lái)自中國(guó)。在RISC-V的出貨量上，中國(guó)也占有領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)。截至 2022 年 7 月，RISC-V 架構(gòu)芯片的出貨量已經(jīng)突破了百億顆，阿里平頭哥開發(fā)的玄鐵系列在物聯(lián)網(wǎng)芯片市場(chǎng)廣受認(rèn)可，出貨量超過(guò)30億顆，中國(guó)芯片行業(yè)出貨的RISC-V芯片更是達(dá)到50億顆，占據(jù)百億的半壁江山。

處理器芯片是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的軟肋，是中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨的“卡脖子”問(wèn)題。RISC-V得益于其指令精簡(jiǎn)、模塊化、可擴(kuò)展、開源的優(yōu)勢(shì)，為中國(guó)處理器產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了諸多利好。

RISC-V是中國(guó)處理器的機(jī)遇

2018 年，美國(guó)商務(wù)部禁止向中興銷售零部件、商品，致使后者芯片短缺；2019 年，美國(guó)對(duì)華為實(shí)行芯片制裁后，芯片供應(yīng)鏈波動(dòng)加劇...在眾多不穩(wěn)定因素的基礎(chǔ)上，開放的指令集標(biāo)準(zhǔn)RISC-V成為追求自主可控的國(guó)家的重要選擇。

通過(guò)RISC-V架構(gòu)可以擺脫國(guó)外的壟斷。X86和ARM作為處理器芯片的兩大架構(gòu)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已經(jīng)積累了厚厚的專利墻，新的公司要設(shè)計(jì)X86芯片，很難避開海量的專利封堵。但RISC-V是全新并且開源的。一方面不用擔(dān)心ISA掌握在一家公司手中以至于隨時(shí)可以通過(guò)更新ISA版本等手段來(lái)重新獲得對(duì)其他公司的優(yōu)勢(shì)；另一方面，中國(guó)在RISC-V上的起步時(shí)間和國(guó)外幾乎一樣，因此有足夠時(shí)間積累自己的專利池，推出國(guó)產(chǎn)的私有IP和芯片，有希望能幫助中國(guó)廠商快速設(shè)計(jì)出包含自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的定制化處理器內(nèi)核。

RISC-V可以推動(dòng)中國(guó)處理器的創(chuàng)新和差異化。中國(guó)半導(dǎo)體業(yè)缺少核心處理器指令集。ARM提供的處理器IP核雖然能滿足一般的應(yīng)用需求，但是其技術(shù)和商業(yè)模式都讓基于ARM IP的定制化變得非常困難，既不滿足異構(gòu)計(jì)算定制化的趨勢(shì)，也無(wú)法為中國(guó)自研定制化處理器帶來(lái)很大幫助。RISC-V模塊化、可擴(kuò)展的優(yōu)勢(shì)就可以極大彌補(bǔ)這一短板。

中國(guó)RISC-V的成果

目前中國(guó)芯片廠商，已經(jīng)完整的研發(fā)出了基于RISC-V架構(gòu)的各種各樣的芯片，有用于低功耗的AlOT的，有用于高性能計(jì)算的，有用于AI的，有用于服務(wù)器的，有用于CPU的等等。

比如：阿里的RISC-V芯片已經(jīng)形成C、E、R三大系列，可應(yīng)用于包括AI、高性能計(jì)算，低功耗應(yīng)用等領(lǐng)域，比如曳影1520芯片、玄鐵C908；在生態(tài)上，阿里的RISC-V芯片已與 RTOS、Yocto Linux、Android、龍蜥等國(guó)際主流和國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)深度適配，可用于手機(jī)、電腦、服務(wù)器等。

中科院計(jì)算技術(shù)研究所在2019年就牽頭發(fā)起了“香山”高性能開源 RISC-V 處理器項(xiàng)目，2020年6月，香山處理器第一版雁棲湖架構(gòu)正式發(fā)布；2022年3月發(fā)布了第二版南湖架構(gòu)，計(jì)劃于2023年第一季度流片；目前第三版昆明湖架構(gòu)也正在推進(jìn)中。

然而，中國(guó)RISC-V的長(zhǎng)征才剛剛開始。開源的 RISC-V 架構(gòu)，正成為不少大廠發(fā)力的新方向。

更多歐美企業(yè)轉(zhuǎn)向RISC-V

目前高通、谷歌、英特爾等美國(guó)企業(yè)都是RISC-V基金會(huì)的高級(jí)會(huì)員，蘋果、AMD等大公司在RISC-V領(lǐng)域正有所動(dòng)作。歐洲也已經(jīng)開始了他們的布局。

英特爾的PlanB

英特爾作為X86的領(lǐng)導(dǎo)者，在 RISC-V 領(lǐng)域也是動(dòng)作頻頻，先是參與了 SiFive 的 C 輪融資，并親自下場(chǎng)與SiFive合作研發(fā)RISC-V架構(gòu)芯片，隨后又加入RISC-V國(guó)際基金會(huì)，并推出 10 億美元基金建立代工創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)。去年中旬英特爾再次與巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心聯(lián)合投資四億歐元打造RISC-V處理器的實(shí)驗(yàn)室。不少人猜測(cè)，英特爾如此大力發(fā)展RISC-V，或許是想要將其作為PlanB，打造全新的產(chǎn)品，增強(qiáng)自己產(chǎn)品的創(chuàng)新性。

蘋果、AMD已入局

蘋果和AMD先后在2021年與2022年分別發(fā)布了招聘RISC-V高性能程序員與嵌入式 RISC-V CPU 的架構(gòu)師的啟事。其中蘋果的RISC-V招聘需求里面描述，搞RISC-V是為了支持機(jī)器學(xué)習(xí)、視覺算法、信號(hào)和視頻處理等方面的必要計(jì)算，蘋果的RISC-V將來(lái)大概率是用在的手表等智能穿戴設(shè)備上。AMD 也正在尋找具有高性能 GPU 經(jīng)驗(yàn)的專家，并要求具備 RISC-V RV64 CPU、CPU 亂序執(zhí)行、推測(cè)執(zhí)行和分支預(yù)測(cè)器的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)。業(yè)內(nèi)人士猜測(cè)AMD可能也在開發(fā)一種新的微控制器。

高通：大力擁抱RISC-V

在上周的全球RISC-V峰會(huì)上，高通公司產(chǎn)品管理總監(jiān)Manju Varma透露，高通在2019年就已經(jīng)將RISC-V應(yīng)用到了其驍龍865 SoC當(dāng)中的微控制器，截至目前已經(jīng)出貨了6.5億個(gè)RISC-V內(nèi)核。原本高通是ARM架構(gòu)的堅(jiān)定支持者，一直使用ARM架構(gòu)，隨著高通與Arm之間的專利戰(zhàn)爆發(fā)，高通似乎正加速在RISC-V領(lǐng)域的布局。

歐洲同樣想減輕對(duì)X86和ARM的依賴。歐盟近期宣布投入2.7億歐元，資助一個(gè)旨在構(gòu)建基于RISC-V軟硬件的高性能計(jì)算機(jī)項(xiàng)目。

再加上剛剛宣布支持RISC-V的谷歌，足以證明RISC-V的發(fā)展價(jià)值巨大。

未來(lái)中國(guó)究竟該如何發(fā)展RISC-V？

RISC-V所擅長(zhǎng)的有兩個(gè)方面，一個(gè)是碎片化、低成本、低功耗、差異化要求更高的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，一個(gè)是對(duì)異構(gòu)計(jì)算高度需求的AI領(lǐng)域。中國(guó)又恰好擁有這兩個(gè)領(lǐng)域最大的市場(chǎng)，不過(guò)在今后的發(fā)展上，中國(guó)還需要有所側(cè)重。

軟硬件協(xié)同發(fā)展

RISC-V將走向開放應(yīng)用場(chǎng)景，建立成熟的軟件生態(tài)將是RISC-V在開放應(yīng)用場(chǎng)景落地的最大挑戰(zhàn)。然而RISC-V 軟件生態(tài)不成熟，兼容性較差，開發(fā)難度大。目前量產(chǎn)的芯片，大多是用在相對(duì)封閉的應(yīng)用場(chǎng)景，軟件需求相對(duì)簡(jiǎn)單和固定，芯片原廠就能實(shí)現(xiàn)70%的軟件。到了開放應(yīng)用場(chǎng)景，軟件需求會(huì)呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，例如各種操作系統(tǒng)的移植，中間件和庫(kù)函數(shù)的優(yōu)化，以及各種開發(fā)框架的適配等，每一個(gè)技術(shù)點(diǎn)都是巨大的工程，必須聯(lián)合芯片原廠、第三方軟件公司、開源社區(qū)一起合作全力投入。

尋找明確的市場(chǎng)切入點(diǎn)

RISC-V要實(shí)現(xiàn)可靠和高質(zhì)量的商業(yè)化解決方案，一方面需要不斷完善RISC-V指令集的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，另一方面還需要找到明確應(yīng)用場(chǎng)景，產(chǎn)生可以進(jìn)行技術(shù)迭代的機(jī)會(huì)。在電腦處理器、手機(jī)處理器領(lǐng)域，X86 / ARM 生態(tài)已經(jīng)相當(dāng)成熟，RISC-V 想從中爭(zhēng)奪市場(chǎng)份額，無(wú)異于“虎口奪食”。而在物聯(lián)網(wǎng)、安全芯片、智能穿戴等領(lǐng)域，Arm 市場(chǎng)基石并不穩(wěn)固，對(duì)于 RISC-V 來(lái)說(shuō)或許更有機(jī)會(huì)。

向高性能發(fā)展

目前在研的 RISC-V 處理器的主要應(yīng)用方向是超高性能計(jì)算及向量計(jì)算。RISC-V 經(jīng)過(guò)數(shù)年發(fā)展，在中低端應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)較為成熟，但是在高性能計(jì)算及人工智能應(yīng)用領(lǐng)域上與其他架構(gòu)處理器（主要是 ARM）相比較還有差距。由于RISC-V指令集過(guò)于簡(jiǎn)單且碎片化，導(dǎo)致它大部分的應(yīng)用場(chǎng)景是嵌入式。高性能處理器方面，RISC-V芯片產(chǎn)品以32位居多。從現(xiàn)實(shí)情況來(lái)看，RISC-V將繼續(xù)向高性能演進(jìn)，而高端化“起勢(shì)”還需長(zhǎng)時(shí)間的錘煉。

產(chǎn)教研的支持

RISC-V在處理器核心技術(shù)上給中國(guó)提供了突破口，應(yīng)該從資金、政策、科研、教學(xué)等各個(gè)角度全面布局推動(dòng)RISC-V的發(fā)展。加大對(duì)教育科研機(jī)構(gòu)的支持力度，支持基于RISC-V的大學(xué)教育與研究，包括軟硬件以及應(yīng)用的開發(fā)，為產(chǎn)業(yè)發(fā)展持續(xù)提供新鮮血液，進(jìn)行廣泛的生態(tài)布局，推動(dòng)軟件在RISC-V的適配，包括RISC-V基礎(chǔ)軟件、操作系統(tǒng)、中間件以及應(yīng)用軟件。

RISC-V由于開源的特性，因此在中國(guó)受到了廣泛的歡迎。幾乎是同一時(shí)刻，中國(guó)大批的芯片公司加大了對(duì)RISC-V的投入。然而，RISC-V的發(fā)展現(xiàn)狀是，看好這門技術(shù)的人多，但真正去做的比較少，還需要對(duì)該行業(yè)提供更多的支持。

結(jié)語(yǔ)

隨著穩(wěn)定硬件的出現(xiàn)，RISC-V架構(gòu)軟硬件全棧成為必然趨勢(shì)，從IP到SoC、到開發(fā)板、SOM、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等方面將得到全面的優(yōu)化。RISC-V架構(gòu)將走向更廣的生態(tài)合作，在商業(yè)上將會(huì)有更多的新模式，軟件也將持續(xù)豐富，應(yīng)用繼續(xù)走向多樣化。

中國(guó)作為RISC-V最好的落地和發(fā)展的地方，擁有足夠豐富的應(yīng)用場(chǎng)景能夠充分發(fā)揮RISC-V的多樣性。與此同時(shí)，中國(guó)業(yè)界也正在形成覆蓋芯片設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)工具、基礎(chǔ)軟件、芯片應(yīng)用直到人才培訓(xùn)等方面的廣泛的RISC-V生態(tài)。不過(guò)，這僅僅只是一個(gè)開始，未來(lái)RISC-V的長(zhǎng)征之路還很長(zhǎng)，需要付出更多的努力。