開放開源的 Risc-V 架構(gòu)一直被認(rèn)為前途不可限量，最近一段時間也獲得了越來越多公司和機構(gòu)的支持，市面上既出現(xiàn)了阿里平頭哥這樣的高性能處理器，也有華米打造的可穿戴設(shè)備芯片。

但習(xí)慣了 X86 和 Arm 架構(gòu)的很多人一直對于 Risc-V 這個秉承開放的架構(gòu)持懷疑態(tài)度，人人都能自主可控，是否能催生出完整的生態(tài)？

但首先，Risc-V 本身必須足夠強大。

RISC-V 的驚人突破

十年前，加州大學(xué)伯克利分校的一個實驗室里誕生了一個想法：有人想創(chuàng)造計算機芯片的通用指令，這套指令將被所有芯片制造商使用，但又不屬于任何一個制造商。

雖然這個愿景還未實現(xiàn)，但最近的確發(fā)生了一件有趣的事情：該校的研究成果 RISC-V 已經(jīng)開始在芯片設(shè)計方面取得一些技術(shù)突破。

根據(jù)全球半導(dǎo)體行業(yè)知名媒體 EE Times 的報道，前些天，一家位于加州森尼維爾的小型電子設(shè)計公司 Micro Magic 宣稱：他們設(shè)計、生產(chǎn)出了全世界最快的 64 位 RISC-V 內(nèi)核，比蘋果的 M1 芯片和 Arm Cortex-A9 表現(xiàn)還要出色。該公司認(rèn)為，該芯片優(yōu)雅地實現(xiàn)了 David Patterson（參與創(chuàng)建 RISC-V 的加州大學(xué)伯克利分校教授）對精簡指令集計算機（RISC）架構(gòu)的最初設(shè)想，在當(dāng)今用電池供電的設(shè)備上也能輕松工作。

Micro Magic 的聲明中提到，這款原型 CPU 在 1.1v 電壓下可以達(dá)到 5GHz 的時鐘速度，遠(yuǎn)高于運行速度為 3.2GHz 的英特爾 Xeon 服務(wù)器芯片 E7，CoreMarks 跑分達(dá)到 13000 分。而 1.1 伏時，該芯片只需要消耗 1 瓦的功率，不到英特爾 Xeon 功率的 1%。此外，單個 Micro Magic 核心在 0.8V 下可以達(dá)到 4.25GHz，CoreMarks 跑分達(dá)到 11000 分，但消耗的功率僅為 200mW。

與此同時，這款 RISC-V 芯片的速度和能效也超過了 Exynos 4。Exynos 4 是三星電子為其智能手機生產(chǎn)的頂級部件，基于 ARM Holdings Plc 提供的計算核心，是英特爾的主要競爭對手。

David Patterson 在接受 ZDNet 采訪時說：「這真是太神奇了…… 我認(rèn)為 IBM 的大型主機有 5GHz 的液冷產(chǎn)品，但需要 100 瓦才能運行」。

Patterson 還表示：「我也聽到過一些關(guān)于 FPGA 的令人印象深刻的數(shù)字，大概是 600MHz」，他指的是可重新編程芯片，「對于軟核來說，這似乎相當(dāng)快」。

Patterson 對技術(shù)創(chuàng)新的突飛猛進(jìn)感到非常驚訝，「創(chuàng)新的潛力總是存在的」，但這并不是他和加州大學(xué)伯克利分校教授 Krste Asanovic 在 2011 年首次為 RISC-V 撰寫宣言時的初衷。

「因為它是開放的，所以我們會看到很多這類競爭」，Patterson 反思道。

「也許是因為競爭激烈，我們開始看到設(shè)計領(lǐng)域一些真正有趣的東西正在被實現(xiàn)」，Patterson 說，他同時也是谷歌的杰出工程師。

新的 5GHz 處理器僅僅是一個原型，而不是一個車庫起家的初創(chuàng)公司的產(chǎn)物。它是由硅谷芯片知識產(chǎn)權(quán)設(shè)計公司 Micro Magic Inc 制造的，該公司為硅谷所有的大公司提供咨詢服務(wù)已有 25 年。一小隊經(jīng)驗豐富的芯片設(shè)計師能夠完成這樣的任務(wù)，這意味著一場設(shè)計復(fù)興可能即將到來。

這款芯片不僅在低功耗下速度更快，在基準(zhǔn)得分上也趕超英特爾和三星的芯片。在 CoreMark 基準(zhǔn)測試中，這款 RISC-V 芯片的得分為 13000 分，是基于 ARM 的 Exynos 單核性能得分的兩倍多。雖然英特爾 Xeon 名義上單核性能更高，達(dá)到 26009 分，但 Xeon 需要更多線程，120 個線程才能達(dá)到上述結(jié)果。

Micro Magic 業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)人、長期擔(dān)任芯片行業(yè)高管的 Dr. Andy Huang 在接受 ZDNet 電話采訪時解釋說：這一突破在于 CPU 和內(nèi)存的交互方式。Micro Magic 的兩位創(chuàng)始人 Mark Santoro 和 Lee Tavrow 在 90 年代早期為一種 SRAM 計算機內(nèi)存芯片申請了專利。

這一 RISC-V 原型芯片改變了存儲快、芯片慢這種現(xiàn)狀。

「如果內(nèi)存運行在 5GHz，而邏輯運行在 1GHz，誰是瓶頸？」Dr. Andy Huang 打趣道。但他沒有透露具體細(xì)節(jié)。

關(guān)鍵在于開放

Huang 還表示：他們成功的關(guān)鍵在于 RISC-V 是開放的，不像英特爾芯片的復(fù)雜指令集架構(gòu) CISC，也不像 ARM 芯片中的 RISC 版本。芯片設(shè)計可以解決上述瓶頸。但如果芯片的指令被鎖定，瓶頸就很難解決。

為了解釋這一點，Huang 還打了個比方。

「我問我兒子為什么他更喜歡三星（智能手機）而不是蘋果，他說是因為如果他想改變什么，他可以讓他的一個編程朋友幫他做，因為 Android 是開放的，不像 iOS」。Huang 這樣比喻。

「這就是我們?yōu)槭裁匆阉械某晒Χ細(xì)w功于 Dr. Patterson」，Huang 說，「他創(chuàng)造了迄今為止最高效、最優(yōu)雅的 RISC 架構(gòu)」。

「我們應(yīng)該叫他圣 Patterson」，Huang 說。

Micro Magic 芯片的成功不僅僅是修改指令集那么簡單，還有一種經(jīng)濟因素在起作用。

Dr. Huang 強調(diào)，CISC 或 ARM 的指令集都有 1000 多條指令，而 RISC-V 的指令不到 100 條。

由于 RISC-V 指令集簡單，Micro Magic 能夠使用標(biāo)準(zhǔn)硅晶圓生產(chǎn)其芯片，無需進(jìn)行特殊調(diào)整。這使得使用所謂的 shuttle run 成為可能。在制造過程中，該芯片與其他家的芯片組合在同一個晶圓上。由于晶圓的成本是由多方共同承擔(dān)的，所以這樣可以節(jié)省成本。

「人們經(jīng)常討論用 1 億美元來做一個定制的 ASIC」，Patterson 說，這意味他們想做一種為特定應(yīng)用而調(diào)整的芯片?！傅麄儯∕icro Magic）沒有花 1 億美元去做這件事」。

盡管 Patterson 和 Huang 都沒有強調(diào)，但還有一個經(jīng)濟因素也在起作用：如果你在 ARM 許可方面沒有太多的預(yù)算，那么 shuttle run 會讓你的處境變得容易一些，因為這樣就可以將 ARM 許可費用分?jǐn)偂?/p>

Micro Magic 的芯片在 3.08GHz 頻率下的功耗是 0.69mW，此時的 CoreMark 分?jǐn)?shù)為 8200 分。

考慮到世界上最大的芯片制造商之一英偉達(dá)（Nvidia）正以 400 億美元的價格收購 ARM，這個經(jīng)濟方面的問題開始變得重要起來。

Nvidia 首席執(zhí)行官黃仁勛（Jensen Huang）描述了他對 ARM 雄心勃勃的計劃，并且他向華爾街保證，ARM 許可證的持有者、他的競爭對手們不會介意英偉達(dá)收購 ARM。

但是此舉顯然為替代品提供了新的機會。當(dāng)被問及這筆交易時，Patterson 表現(xiàn)得非常謹(jǐn)慎。英偉達(dá)是 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)的成員，并全心全意地支持該技術(shù)。

巨大的想象空間

Micro Magic 的 Huang 說，自從 Micro Magic 發(fā)布了簡短的芯片公告后，就有科技巨頭開始聯(lián)系他。

「在那市值總和達(dá)到 4 萬億美元的四大科技巨頭（蘋果、微軟、亞馬遜、Alphabet）」中，已經(jīng)有兩家公司給我發(fā)來了電子郵件」，Huang 說，但他沒有透露具體是哪兩家公司。

Huang 的這個說法為我們提供了一個假設(shè)的空間，即蘋果或谷歌可能利用該芯片在能效方面取得突破。

「谷歌已經(jīng)擁有了移動開源軟件 Android，想象一下，如果他們再拿到最節(jié)能、性能最強大的開源 RISC 核心，移動消費者將從中獲得多少收益」，Huang 這樣說道。

「再想象一下最新的蘋果手表不需要每晚充電，」這是 Huang 提出的另一種可能性。

Huang 說，不管有沒有這樣的交易，Micro Magic 都希望將其 RISC-V 的知識產(chǎn)權(quán)應(yīng)用到越來越多的設(shè)計中，從而在全球電力消耗方面取得實質(zhì)性的進(jìn)展。

「我們的目的是幫助世界，幫助個人電腦、筆記本電腦世界、平板電腦世界、手機世界、可穿戴設(shè)備、游戲、電動汽車和物聯(lián)網(wǎng)…… 我們的目標(biāo)是為將世界碳排放量減少一半做出貢獻(xiàn)?！?/p>

五到十年之后，RISC-V 將成為最重要的指令集？

一個 CPU 原型并不是一場革命。通過與英特爾和其他公司的實際出貨產(chǎn)品進(jìn)行比較，我們可以發(fā)現(xiàn)一個事實，即完成芯片設(shè)計需要很多的部件。

這就是為什么圍繞 RISC-V 的公司生態(tài)系統(tǒng)如此重要。目前，宣布將使用 RISC-V 的公司數(shù)量雖然不多，但正在增長。

Patterson 說：「所有你能想到的產(chǎn)品，甚至是數(shù)據(jù)中心，都有人在認(rèn)真考慮 RISC-V」。

他說：「我們感覺，最難的地方已經(jīng)過去了。幾年前，我們討論的是為什么要用 RISC-V，現(xiàn)在，我們討論的是為什么我不用 RISC-V」。

SiFive 是硅谷的一家初創(chuàng)公司，多年來致力基于 RISC-V 的芯片知識產(chǎn)權(quán)的研發(fā)。八月份，該公司成立了一個業(yè)務(wù)部門 OpenFive，致力于為各種應(yīng)用（包括 AI 和邊緣計算）生產(chǎn)定制芯片。Patterson 的合作者 Asanovi?教授是 SiFive 的首席架構(gòu)師。

另一家典型的 RISC-V 生態(tài)支持者是臺灣的嵌入式處理器制造商晶心科技（Andes Technology。多年來，該公司總共向電子產(chǎn)品制造商出售了數(shù)十億的 CPU 設(shè)計。

上個月，SiFive 和 Andes Technology 都在著名的芯片技術(shù)會議（Linley Fall Processor）上展示了使用 RISC-V 的人工智能新芯片設(shè)計。

SiFive 告訴 ZDNet，他們現(xiàn)在已經(jīng)與 80 多家公司達(dá)成了 200 多項設(shè)計方案，其中包括前十大半導(dǎo)體制造商中的 6 家。憑借 FADU、華米、高通、三星和新思國際在設(shè)計領(lǐng)域取得的成功，目前 SiFive 的核心出貨量已達(dá)數(shù)千萬。

晶心科技在上個月的一份季度報告中對投資者表示，今年約三分之一的收入來自基于 RISC-V 的零部件。

大型磁盤驅(qū)動器制造商 Seagate Technology 和 Western Digital 都是下個月舉行的 RISC-V Summit 的贊助商，這是該生態(tài)系統(tǒng)的第三屆年度技術(shù)峰會。該活動由 RISC-V 國際協(xié)會主辦，該協(xié)會是一家非盈利機構(gòu)，目前代表了 750 多個致力于推進(jìn)該標(biāo)準(zhǔn)的締約方，其中包括中國智能手機供應(yīng)商華為、芯片制造商賽靈思、高通以及 IBM。Asanovic?是該組織的主席，Patterson 是副主席。

然而，無論 RISC-V 有多成功，我們可能永遠(yuǎn)不會知道它的全部用途。這是因為，盡管 ARM 和其他商業(yè)技術(shù)提供商要求被許可方簽署文件，但 RISC-V 的使用者無需披露其使用情況。

RISC-V 國際協(xié)會要求供應(yīng)商自愿披露使用情況，但不強制。基于這個原因，很難看到 RISC-V 使用范圍的具體證據(jù)，Patterson 說。

最近，Patterson 通過視頻與合作者進(jìn)行了一系列的一對一訪談，以慶祝 RISC-V 十周年。Patterson 告訴 ZDNet，其中一位合作者提出了一個驚人的觀點：在五到十年內(nèi)，RISC-V 可能是世界上最重要的指令集?！敢环矫?，這聽起來很瘋狂，但這并非不可能。」Patterson 說道。

來源：機器之心

責(zé)任編輯：haq