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飞跃RISC-V

2023/01/02
2209
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作者:九林

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。

 01RISC-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。

 02RISC-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。

 03RISC-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。

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