全球首款集成3D GPU的量產(chǎn)RISC-V單板計(jì)算機(jī)——昉·星光 2

近期，開(kāi)源RISC-V再次走到聚光燈下。不久前，騰訊公司加入開(kāi)源指令集標(biāo)準(zhǔn)RISC-V國(guó)際協(xié)會(huì)（RISC-V International）。繼阿里巴巴、華為、紫光展銳、中興通訊、賽昉科技、中科院等企業(yè)和機(jī)構(gòu)之后，RISC-V陣營(yíng)中迎來(lái)了新的中國(guó)成員。

RISC-V是基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算原理建立的開(kāi)放指令集，最核心的優(yōu)勢(shì)在于完全免費(fèi)開(kāi)放，不會(huì)有版權(quán)糾紛問(wèn)題。全球越來(lái)越多的公司對(duì)這一新興架構(gòu)充滿期待，但是，RISC-V想在未來(lái)產(chǎn)品和應(yīng)用中擔(dān)任更重要的角色，尤其是中國(guó)企業(yè)想要借此發(fā)揮更大的作用，還有很多“攔路虎”要掃除。

需跨越從原型到產(chǎn)品的“死亡之谷”

從加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中翩然起步，如今距離RISC-V的誕生已經(jīng)過(guò)了十年有余。這個(gè)每每被談及，必與X86、Arm相提并論的新興指令集架構(gòu)，正在物聯(lián)網(wǎng)、云端等更多應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮潛能，吸引了眾多企業(yè)紛紛布局。IP廠商Imagination在2022年夏季推出了首款商用RISC-V內(nèi)核，用于片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計(jì)；英特爾2022年2月宣布正式加入RISC-V國(guó)際協(xié)會(huì)，并且投資4億歐元與西班牙超算中心合作，計(jì)劃在10年內(nèi)開(kāi)發(fā)出基于RISC-V的超算CPU；谷歌將為RISC-V芯片推出新的開(kāi)源操作系統(tǒng)。

在與Arm的“專利戰(zhàn)”爆發(fā)后，高通對(duì)RISC-V的布局更加積極。高通產(chǎn)品管理總監(jiān)Manju Varma表示，高通已經(jīng)基于RISC-V打造了許多產(chǎn)品，截至2022年底，采用RISC-V架構(gòu)的高通芯片出貨量已經(jīng)超過(guò)6.5億顆。目前，高通的PC、移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)汽車以及AR/VR頭顯的SoC中都使用了RISC-V微控制器。據(jù)市場(chǎng)調(diào)研公司Semico Research預(yù)測(cè)，到2027年，市場(chǎng)上將有250億個(gè)基于RISC-V的AI SoC，預(yù)計(jì)同年收入達(dá)到2910億美元。

RISC-V于2017年進(jìn)入中國(guó)產(chǎn)業(yè)界，賽昉科技是第一批投身RISC-V發(fā)展的國(guó)內(nèi)企業(yè)，對(duì)RISC-V理解頗深。

“截至2022年末，我國(guó)大約有50款不同型號(hào)的國(guó)產(chǎn)RISC-V芯片量產(chǎn)，應(yīng)用場(chǎng)景集中在MCU、電源管理、無(wú)線連接、存儲(chǔ)控制、物聯(lián)網(wǎng)等中低端場(chǎng)景?！辟悤P科技資深銷售總監(jiān)周杰對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，我國(guó)的RISC-V技術(shù)落地已度過(guò)了初級(jí)階段。但需要看到的是，RISC-V在國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化之路上，仍面臨兩大“攔路虎”。

周杰認(rèn)為，RISC-V將走向開(kāi)放應(yīng)用場(chǎng)景，建立成熟的軟件生態(tài)將是RISC-V在開(kāi)放應(yīng)用場(chǎng)景落地的最大挑戰(zhàn)。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(kāi)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(kāi)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(kāi)源社區(qū)一起合作全力投入。

第二大挑戰(zhàn)與RISC-V將向高性能應(yīng)用場(chǎng)景滲透有關(guān)。周杰表示，中高端RISC-V芯片從設(shè)計(jì)方案，到流片成功，到定制開(kāi)發(fā)，再到大規(guī)模量產(chǎn)，最終完成銷售，需要極其強(qiáng)大的人力和財(cái)力的支持。對(duì)芯片公司來(lái)說(shuō)，組建一個(gè)具備高端芯片設(shè)計(jì)、研發(fā)、銷售能力的端到端的完整團(tuán)隊(duì)十分重要，而國(guó)內(nèi)高端芯片人才緊缺，芯片公司搶人之風(fēng)盛行，十分不利于團(tuán)隊(duì)的組建。另外，初創(chuàng)的RISC-V芯片公司需要大量的資金維持研發(fā)需求，在半導(dǎo)體投資遇冷的背景下，他們的發(fā)展也并不容易。

事實(shí)上，所有指令集都需要經(jīng)歷從原型到產(chǎn)品的“死亡之谷”。在北京開(kāi)源芯片研究院助理院長(zhǎng)唐丹看來(lái)，這個(gè)階段有時(shí)候并不完全是技術(shù)上的問(wèn)題，其實(shí)重點(diǎn)還是在于市場(chǎng)牽引。如果沒(méi)有市場(chǎng)牽引，僅靠單方面的技術(shù)迭代，無(wú)論是技術(shù)上還是時(shí)間周期上都有很高的難度。

“RISC-V的產(chǎn)業(yè)化目前的難度還是在于沒(méi)有找到明確的市場(chǎng)切入點(diǎn)，也就是‘殺手級(jí)’應(yīng)用場(chǎng)景。”唐丹以Arm為例對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者表示，在移動(dòng)端生態(tài)出現(xiàn)的前幾十年，Arm的發(fā)展也較為緩慢。目前，RISC-V在軟件生態(tài)鏈較短的IoT應(yīng)用場(chǎng)景，特別是需要根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景定制的市場(chǎng)，已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。但一個(gè)生態(tài)真正成熟還是要靠高端生態(tài)牽引。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)。

全球首款量產(chǎn)的高性能多媒體RISC-V SoC芯片平臺(tái)——昉·驚鴻7110

高性能RISC-V處理器需與基礎(chǔ)軟件同步研發(fā)

“當(dāng)前，RISC-V指令集的軟件適配工作的進(jìn)展速度已經(jīng)非常快，這與RISC-V指令集開(kāi)放免費(fèi)的優(yōu)勢(shì)被全球軟件開(kāi)發(fā)者看好有直接關(guān)聯(lián)。”唐丹對(duì)記者表示，目前，絕大部分核心基礎(chǔ)軟件已經(jīng)完成與RISC-V指令集的適配。例如2019年以來(lái)，16268個(gè)Debian操作系統(tǒng)軟件包中已有15148個(gè)完成與RISC-V指令集的適配，適配率已超過(guò)95%。RISC-V已經(jīng)成為Debian支持的Tier-1架構(gòu)，僅次于X86和Arm。

有觀點(diǎn)認(rèn)為，向高性能發(fā)展RISC-V，會(huì)面臨來(lái)自處理器性能和軟件適配方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。對(duì)此，唐丹向記者指出，處理器的性能和穩(wěn)定性并不矛盾。一方面，要在處理器的設(shè)計(jì)中加強(qiáng)驗(yàn)證工作可以提升穩(wěn)定性。另一方面，處理器的穩(wěn)定性還要經(jīng)過(guò)市場(chǎng)檢驗(yàn)，在使用中發(fā)現(xiàn)潛在問(wèn)題。

“高性能RISC-V處理器需要與基礎(chǔ)軟件同步研發(fā)，才能更好與基礎(chǔ)軟件進(jìn)行適配。在處理器不同研發(fā)階段就引入基礎(chǔ)軟件的測(cè)試和驗(yàn)證，一方面能發(fā)現(xiàn)處理器設(shè)計(jì)中的功能問(wèn)題，另外還能在處理器設(shè)計(jì)中對(duì)性能進(jìn)行評(píng)估，進(jìn)行針對(duì)性改進(jìn)?！碧频ふf(shuō)。

軟件生態(tài)是RISC-V在高性能應(yīng)用領(lǐng)域落地的關(guān)鍵。周杰認(rèn)為，高性能的芯片若要實(shí)現(xiàn)落地，一定要與RISC-V底層框架、操作系統(tǒng)、中間件、關(guān)鍵庫(kù)、應(yīng)用軟件全方位適配。目前，賽昉科技與OpenHarmony、Fedora、OpenEuler、OpenSUSE、Ubuntu、麒麟、統(tǒng)信等開(kāi)源社區(qū)和第三方伙伴合作，積極推動(dòng)RISC-V與基礎(chǔ)軟件適配。

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RISC-V如今已躍入高性能計(jì)算元年。在 RISC-V高性能計(jì)算領(lǐng)域，已有多家創(chuàng)新企業(yè)計(jì)劃在2023年發(fā)布類似64核高性能的服務(wù)器級(jí)處理器，這將成為RISC-V下一個(gè)令人激動(dòng)的里程碑。

不過(guò)，RISC-V在高性能計(jì)算的應(yīng)用還面臨一些亟待解決的問(wèn)題。在澎峰科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席運(yùn)營(yíng)官王軍輝看來(lái)，RISC-V體系需要構(gòu)建一套數(shù)學(xué)計(jì)算庫(kù)，以支持 RISC-V在高性能計(jì)算的應(yīng)用，保證計(jì)算精度、計(jì)算效率與源代碼級(jí)安全可控。

在算力驅(qū)動(dòng)的數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，計(jì)算硬件呈現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)。RISC-V因其開(kāi)放性，比X86和Arm的生態(tài)更加豐富多樣，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的碎片化問(wèn)題?；诖?，王軍輝認(rèn)為，RISC-V應(yīng)回歸到垂直整合的思路上來(lái)，要去思考如何前瞻性地理解應(yīng)用。

“從計(jì)算語(yǔ)言到編譯器，到底層數(shù)學(xué)計(jì)算庫(kù)，再到計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，RISC-V要在多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)垂直整合。存量市場(chǎng)只有赤裸裸的性價(jià)比競(jìng)爭(zhēng)，瞄準(zhǔn)增量市場(chǎng)才有跨越式發(fā)展的可能。”王軍輝對(duì)記者說(shuō)。

全球異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域，英特爾、英偉達(dá)和AMD形成了互相制衡的“三國(guó)殺”格局。王軍輝說(shuō)，當(dāng)前，國(guó)際三大領(lǐng)先企業(yè)憑借雄厚的資本與實(shí)力各自為戰(zhàn)，都在整合CPU、GPU和FPGA等異構(gòu)計(jì)算硬件平臺(tái)，布局CUDA、OneAPI和ROCm異構(gòu)計(jì)算軟件棧，試圖形成自己的軟硬融合生態(tài)體系，展開(kāi)封閉和開(kāi)放生態(tài)之爭(zhēng)。在此情況下，RISC-V要解決異構(gòu)生態(tài)問(wèn)題，在構(gòu)建高性能異構(gòu)計(jì)算軟件棧的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)軟硬融合。

構(gòu)建可持續(xù)生態(tài)是核心考題

從使用開(kāi)源到參與開(kāi)源，再到走向貢獻(xiàn)開(kāi)源甚至部分主導(dǎo)開(kāi)源，中國(guó)在RISC-V開(kāi)源領(lǐng)域有了更深、更廣的嘗試。中國(guó)工程院院士廖湘科指出，開(kāi)放開(kāi)源是軟件根技術(shù)創(chuàng)新，特別是發(fā)展操作系統(tǒng)這類基礎(chǔ)軟件的重要途徑，充分利用開(kāi)源，聯(lián)合開(kāi)發(fā)者、社區(qū)、軟硬件上下游產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，共同發(fā)展壯大國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前最為行之有效的路徑。

2025年RISC-V占比最大的三個(gè)市場(chǎng) 數(shù)據(jù)來(lái)源：Counterpoint

“我國(guó)企業(yè)積極自發(fā)參與RISC-V國(guó)際協(xié)會(huì)，說(shuō)明大家已經(jīng)看到RISC-V指令集生態(tài)的前景，對(duì)我國(guó)和全世界RISC-V生態(tài)都有極大幫助。”唐丹對(duì)記者表示，在RISC-V指令集生態(tài)建設(shè)過(guò)程中，與我國(guó)參與3GPP組織和5G移動(dòng)通信類似，我國(guó)一方面要積極參與RISC-V國(guó)際協(xié)會(huì)，推動(dòng)、參與甚至主導(dǎo)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定工作，另一方面要加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)和推廣工作，充分發(fā)揮我國(guó)人口多、市場(chǎng)大、工程師多和產(chǎn)業(yè)政策靈活的優(yōu)勢(shì)，在市場(chǎng)中積極應(yīng)用和推廣RISC-V生態(tài)，加快RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)的成熟進(jìn)程。

放眼RISC-V，由于誕生時(shí)間較短，RISC-V在中國(guó)本土市場(chǎng)，相關(guān)編譯器、開(kāi)發(fā)工具和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境及其他生態(tài)要素還在積極建設(shè)當(dāng)中。此外，RISC-V早期的發(fā)展大多在國(guó)外，因此國(guó)際協(xié)作至為關(guān)鍵。要讓RISC-V持續(xù)良性向前發(fā)展，顯然還需要更多生態(tài)伙伴的參與和配合，如何構(gòu)建一個(gè)可持續(xù)的生態(tài)是擺在RISC-V面前的一道核心考題。

唐丹認(rèn)為，編譯器、開(kāi)發(fā)工具和集成開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE）及其他生態(tài)要素，很大程度上屬于基礎(chǔ)共性技術(shù)。我國(guó)在完善RISC-V生態(tài)的過(guò)程中，需要對(duì)這些基礎(chǔ)共性技術(shù)進(jìn)行梳理，組織企業(yè)間的合作共享要對(duì)這些基礎(chǔ)共性技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，避免每個(gè)企業(yè)單獨(dú)進(jìn)行重復(fù)性研發(fā)，造成研發(fā)資源浪費(fèi)。

中國(guó)市場(chǎng)本土的RISC-V編譯器、開(kāi)發(fā)工具、IDE與其他生態(tài)建設(shè)，離不開(kāi)有投入意愿的企業(yè)和人才。但需要看到的是，目前相關(guān)企業(yè)和人才其實(shí)存在缺失。

針對(duì)缺少有投入意愿的企業(yè)，周杰進(jìn)一步表示，編譯器、開(kāi)發(fā)工具、IDE等RISC-V配套生態(tài)很難做出高營(yíng)收、高估值公司，繼而很難受到資本青睞，融資困難讓很多有能力的人選擇繼續(xù)在國(guó)際大公司從業(yè)而放棄創(chuàng)業(yè)。此外，國(guó)內(nèi)尊重軟件版權(quán)的意識(shí)還需要提升，再加上RISC-V有不少開(kāi)源工具可以直接使用，因此部分企業(yè)選擇直接使用開(kāi)源工具，或者基于開(kāi)源版本自己做優(yōu)化。

對(duì)此，周杰建議，在政策層面，政府和相關(guān)國(guó)家機(jī)構(gòu)盡快牽頭推動(dòng) RISC-V 開(kāi)源指令集成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并鼓勵(lì)國(guó)內(nèi)相關(guān)企業(yè)參與到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的討論與制定，同時(shí)，繼續(xù)完善法律，為知識(shí)產(chǎn)權(quán)創(chuàng)造一片更為安全的土壤；在生態(tài)建設(shè)層面， 國(guó)家應(yīng)引導(dǎo)和鼓勵(lì)產(chǎn)學(xué)研生態(tài)合作，出臺(tái)具體的扶持政策、措施， 鼓勵(lì)、支持RISC-V 相關(guān)企業(yè)參與到完善開(kāi)源軟件生態(tài)中；在資本層面，國(guó)家可以多扶植相關(guān)的軟件生態(tài)公司，從大局的角度進(jìn)行投資。

談及人才、編譯器、仿真器等開(kāi)發(fā)工具人才培養(yǎng)問(wèn)題，周杰希望更多學(xué)校可以開(kāi)設(shè)相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)，引入海外優(yōu)秀教育資源。

最后，周杰認(rèn)為，國(guó)家應(yīng)當(dāng)鼓勵(lì)信創(chuàng)或教育行業(yè)的試點(diǎn)項(xiàng)目采購(gòu)含有RISC-V芯片的產(chǎn)品或方案，以應(yīng)用需求帶動(dòng)產(chǎn)品迭代和發(fā)展。