飞跃RISC-V

鸣涧

飞跃RISC-V


前几年，在芯片领域中谈到架构无外乎是x86、ARM两大架构。这两大架构分工明确，x86占据了PC市场95%以上的市场，ARM则垄断手机市场。看似二者分境而治，实则业界对于二者谁主宰未来的市场的讨论一直进行着。谁也没想到，RISC-V直接闯进两大架构之争，并且势如破竹。今年7月，RISC-V内核出货量已达100亿颗，而ARM实现这一目标花费了17年，RISC-V仅仅用了12年。并且预计到2025年，RISC-V架构内核的出货量将达到800亿颗。RISC-V的成长正在加速。

01 RISC-V极速成长

RISC-V的迅速发展超出了很多人的预料，开源指令集的魅力使得不少企业从ARM阵营转向RISC-V，RISC-V的包容性与安全性也让越来越多的公司选择这一架构。2022年，RISC-V的发展可谓欣欣向荣。

RISC-V中国阵营

倪光南院士在RISC-V的致辞中说到：“新兴的开源指令集RISC-V将为我国芯片产业发展提供新机遇，如果抓住机会，就有可能在CPU核心技术上掌握主动权。”这句话也透露出RISC-V会在中国蓬勃发展的原因，离不开国内希望掌握对芯片自主技术。一些国内芯片公司从一开始就选择RISC-V架构，从源头上摆脱对ARM架构的依赖，一方面避免了高昂的授权费用，另一方面也获得了自由定制的空间。此前国际RISC-V基金会80%以上最高会员均为中国企业，包括华为、阿里巴巴、紫光展锐、中兴通讯、中科院、成为资本、北京开源芯片研究院、希姆计算等，就足以看出国内企业对RISC-V的支持。最近，腾讯也宣布加入RISC-V国际基金会，并且是以高级会员的身份加入，这让中国企业在高级会员中的比例进一步上升。实际上，腾讯也是最早支持“香山”开源高性能RISC-处理器的企业之一。国内企业对RISC-V的布局很早。阿里旗下平头哥发展势头强劲，已相继发布多款基于RISC-V架构的处理器IP“玄铁系列”；华为已成为RISC-V基金会成员，出于供应链安全性考虑，也在进行相关芯片产品的研发；小米生态链公司华米科技已于2018年发布了全球首款基于RISC-V架构的可穿戴处理器。无论是无论是IP、设计还是终端应用都涌现诸多企业，中国RISC-V产业联盟目前也有了超过120家联盟会员。在今年，国内RISC-V生态链条参与者正逐渐多元化。芯片IP设计开发公司方面，睿思芯科发布其高性能RISC-V V系列DSP IP，面向高端音视频、AI市场需求，可用于处理复杂数字信号，解决AR/VR、AI等领域的复合音频任务挑战。

平头哥也发布了高性能RISC-V芯片设计平台无剑600。它一方面帮助芯片公司降低开发芯片成本和风险，另一方面向第三方IP和基础软件公司开放，让更多资源接入到RISC-V生态。芯片设计方面，跃昉科技、赛昉科技相继发布CPU主频超过1.5GHz的基于RISC-V的高端应用处理器，赛昉科技发布惊鸿8100芯片，是面向于高性能运算的智能视觉处理SoC平台。并且赛昉科技在今年8月发布的JH7110芯片已经正式量产，预计明年会有十万片以上的销量。跃昉科技在2月推出的RISC-V SoC产品，面向边缘计算、深度学习等高阶边缘侧系统应用。RISC-V芯片香山“雁栖湖”也在今年1月份回片并成功点亮，实测数据达到预期目标——SPEC CPU 2006分值达到7分/GHz。而且，今年迎来的发展一个里程碑，中科院计算所、北京开源芯片研究院、腾讯、阿里、中兴通讯、中科创达、奕斯伟、算能等形成了联合研发团队，开展第三代香山（昆明湖架构）的联合开发。2022年，RISC-V初创企业的融资数量也不在少数，自研RISC-V DSP主控芯片的中科昊芯获近亿元人民币A+轮融资；RISC-V处理器IP及整体解决方案提供商芯来科技，获君联资本领投数亿元新一轮融资。

RISC-V国际阵营

很多国际大厂也在拥抱RISC-V架构。IP厂商Imagination在今年夏季，推出了其首款商用RISC-V内核，用于片上系统(SoC)设计。IMG RTXM-2200是一款可授权的32位嵌入式实时处理器，具有高达128KB的紧密耦合存储器，用于指令和数据。这确保了确定性响应和高达128KB的1级缓存大小以实现稳健的性能。英特尔是今年2月宣布加入正式加入RISC-V International标准组织，成为其Premire高级会员。自加入后，英特尔也开始了大动作，宣布与西班牙超算中心联合,掏出4亿欧元(约合28．5亿元),在10年内开发出基于RISC-V的超算CPU。尽管高通一直在使用ARM指令集，但高通也正准备转向RISC-V阵营。高通产品管理总监Manju Varma表示，高通已经基于RISC-V打造了许多产品，截至2022年，采用RISC-V架构的高通芯片出货量已经超过6.5亿颗。在今年高通与ARM之间的专利战爆发后，高通对于RISC-V的布局更加积极。实际上，从2019年的骁龙865处理器时期开始，高通的CPU战略和路线图就开始转向RISC-V。目前，高通的PC、移动设备、可穿戴设备、联网汽车以及AR/VR头显的SoC中都使用了RISC-V微控制器。谷歌也宣布为RISC-V芯片推出新的开源操作系统，并且为其数据中心，用于“AI计算主机”，以加速机器学习工作的MXU模块选择SiFive RISC-V内核。

02 RISC-V生根发芽

RISC-V在全世界生根发芽，根据RISC-V International的数据，还有70个国家的3180多个RISC-V成员。碎片化是物联网天性，在IoT应用领域，成本重于一切。由于RISC-V拥有架构简单、易于移植，设计成本低的特点，并且还有功耗低、体积小等优势，满足了物联网时代对芯片的需求。RISC-V开源开放的特性和其轻量化的架构可以帮助研发人员从授权、功耗等多个角度降低芯片的研发成本和应用成本。从目前RISC-V的应用来看，尽管RISC-V的应用落地相对丰富，但仍然处在积累期。RISC-V在“无线连接芯片”部分的落地会相对完整，因为其中包括蓝牙、WiFi、NB在内，已经有诸多RISC-V芯片实现量产。目前，紫光展锐的TWS真无线蓝牙耳机芯片—春藤5882采用RISC-V处理器，中科蓝讯的蓝牙音频SoC——“讯龙二代”BT8922E内置32位高性能RISC-V CPU。中国移动旗下芯片公司芯昇科技在近日也发布了两款RISC-V内核物联网通信芯片，一颗为40nm工艺的NB-IoT芯片，另一颗为22nm工艺的Cat.1bis芯片。

03 RISC-V冲向高端

跻身高性能领域，是芯片架构走向主流的重要标志。许多业内人士分析，未来RISC-V必然会向服务器、PC等主战场发展。平头哥的孟建熠认为，高性能、软硬件全栈、更广的生态合作是未来RISC-V的三个必然趋势。也有人预测：“RISC-V最快两三年就可以达到ARM最强IP的性能水平，特别是在桌面级和服务器端RISC-V的CPU内核领域。”可以看出，面向高性能发展将成为RISC-V未来的发展方向之一。为了让RISC-V追求高性能计算，成立了RISC-V高性能计算特别兴趣小组(SIG-HPC)。RISC-V国际基金把推动RISC-V在高性能计算、深度学习等领域的应用作为下阶段突破的重点之一。

目前，国际方面已经有厂商计划将RISC-V引入HPC领域。Ventana Micro Systems公司宣布推出其Veyron V1芯片，称该芯片可提供与基于x86和Arm架构的芯片相当的性能。该芯片最多有16个内核，可以与集群中最多12个其他芯片配对，总共有192个内核。每个内核的运行频率高达3.6GHz，芯片将采用台积电的5nm工艺制造。该芯片具有48MB的共享L3缓存，并支持CXL2.0互连。需要注意的是，向高性能发展的RISC-V，会面临来自处理器和软件多方面的挑战，一方面RISC-V处理器本身需要在性能方面取得突破的同时保持稳定性，另一方面基础软件适配也有一些难题未解。芯片性能越高，设计的门槛也就越高。2Ghz以上的芯片架构设计，与中低端领域的MCU架构不同，涉及先进工艺，还要综合考虑内存、算力、功耗、成本的均衡性，在有限的功耗条件下跑更复杂的IP核。同时，芯片的性能要足以承接高性能计算厚重的软件生态。

04 总结

RISC-V在中国的发展非常迅速，英国机构Global Data甚至认为：“中国大陆在大力发展RISC－V架构，以摆脱对ARM的依赖，5年后将会见到显著的成果，那时候说不定ARM就可有可无了。”此语实在有些危言耸听，但不可否认的是，RISC-V的潮流正在迅速席卷而来。但就目前来说，RISC-V不可能太快取代现有的芯片架构，一些使用ARM的企业转向RISC-V仍要经历漫长的过程。Gartner芯片行业分析师也表示：“RISC-V这类芯片架构的市场需要培养5-10年才有机会与ARM竞争，现在的问题不仅仅是生态没有建立起来，产品的性能也还有待提升。”RISC-V的集成并不简单，需要更多的应用来管理核心质量和验证。随着RISC-V的生态系统的发展，未来肯定会展现出新的优势和挑战。