日前举行的“2022 RISC-V中国峰会”上,中国科学院软件研究所总工程师武延军、平头哥半导体副总裁孟建熠、中国科学院计算技术研究所副所长包云岗,接受了<与非网>等媒体的深度采访。


一些重大进展

 

2022年,RISC-V出现了三大标志性事件:第一,Clockwork发布首台基于RISC-V的便携式计算机,十年以后回顾的话,可能是RISC-V架构的一大步;第二,Intel设立10亿美元创新基金,全面支持RISC-V生态发展;第三,SiFive估值超25亿美元,赛道热度快速提升。

 

生态方面,RISC-V全球会员超过3100家,比2021年增加130%。并且,RISC-V国际基金会已经布局70多个技术小组开展技术标准制定;超过160个面向各领域处理器核,各行业渗透率越来越深;SPECint性能首次超过10分,进入了高性能计算的行列。

 

应用方面,也有一个极具标志性的成果:RISC-V处理器在IoT领域的应用规模超过100亿,12年的时间完成了量产100亿颗的初级阶段;更为重要的是,中国公司的出货量占据50%,RISC-V中国生态伙伴在技术和应用上的贡献度越来越高。

 

不论是生态规模还是技术本身,RISC-V都已呈现出加速发展的态势。那么,发展RISC-V时机确实成熟了吗?在向高性能拓展的过程中,还面临哪些挑战?如何继续增加产业吸引力、提升成长潜力?……这些仍是发展RISC-V的焦点问题。


RISC-V商用时机已到?

 

RISC-V指令集从2010年发布到现在经历了12年的发展,武延军指出,Arm大约在1991年开始提供对外授权,几乎经历了30多年达到目前的状态。从生态繁荣程度进行对比,RISC-V目前大约处在Arm 2000年-2005年这样一个阶段。

 

武延军补充,这个时期也是他本人开始接触Arm的阶段,当时各种培训资料、书籍、培训班大量出现,市场对Arm开发者的需求突然爆增,在嵌入式领域已经跟x86、MIPS展开了非常激烈的竞争。


 
中国科学院软件研究所总工程师 武延军

 

他认为,RISC-V目前就处于这个阶段,而且以一个更高的加速度在增长。因为不光是体现在教育科研、各种文档材料、人才培训方面,而且已经有了良好的商用场景、可观的出货量。“所以这个阶段,我觉得也是整个生态上下游都可以发力了”,武延军表示,“尽管目前还是局限于一些对算力和软件丰富程度要求并不太高的领域,但RISC-V的商用时机已经到了。”

 

孟建熠也赞同这一判断,他认为RISC-V现在正在初步证明商业化可用的道路上。RISC-V虽然从发布到现在已经12年,但是,在国际上开始推行是在2015年之后,约在2016年正式引入中国市场,真正开始市场化也就是6、7年的时间,并且中国公司已经走在了前列。

 

就像Arm架构在嵌入式领域的发展经历一样,早期先打开一个环节,基本证明可用;接下来,再往更高性能、更加纵深的方向去发展。对于未来的发展前景,孟建熠认为,RISC-V跟其它主流架构相比,最大区别在于它是开源的,这就可以调动全球生态的力量去改进升级,这样就会让它更易并行去完善技术、率先响应新的需求,这跟传统上一家公司维护一个架构是完全不同的模式。

 

“从产业角度来看,RISC-V是在以开源的方式推动一种新的体系结构,就像Linux这种全球开源的操作系统一样,大家都可广泛参与,都有机会”, 孟建熠强调,“那些在体系结构上寻求创新和突破的公司可以持续进来了。”


攻坚高端,RISC-V还差什么?

 

无论是产业需求,还是本身的发展路径,RISC-V向高性能发展是必然趋势,但这给处理器设计和软件生态都会带来相应的挑战。

 

关于软件生态方面的挑战,武延军表示,中科院软件研究所在国际上游开源社区、以及国内开源欧拉社区、平头哥等企业都做了大量的RISC-V基础软件适配工作。目前看来,还是有很多核心的基础软件没有跑在RISC-V平台上,这其中有指令集规范尚未成熟的因素,但更多是因为这些基础软件包之前都是在x86和Arm平台上运行的,从维护者、社区的角度,还没有把RISC-V当成Tier-1或者是First-Class-Citizen去对待,这其中包括理念问题、投入问题,也有商业利益回报问题。

 

武延军强调,对于中科院软件研究所来说,作为一个国立科研机构,有责任把更多支撑高性能的、引领未来生态发展的基础软件,率先移植到RISC-V架构上,为商业发展铺平道路,让大量的商业公司可以快速参与进来,短期内实现商用场景的部署。

 

孟建熠认为,处理器要在性能上进一步突破,需要投入大量研发精力、也必然会演进到先进制程,进一步提高性能去适配各种各样的软件。

 

他同时强调了处理器的稳定性。因为软件栈越多越丰富,越是需要底层的硬件稳定。从安卓到龙蜥Linux、到一些大型操作系统和应用,平头哥和业界一道,都在进一步提升RISC-V处理器的稳定性,这也是未来向高性能发展过程中必须要解决的问题。

 

对于业界推崇的通过“异构多核”的方式去实现更高性能,武延军认为,RISC-V在这方面带来了更大的可能性。因为通常所说的异构多核,实际上还是要依赖处理器厂商、指令集厂商的规范,像Arm大核小核、x86的扩展指令集等。

 

而RISC-V可以在“核”的层面,实现更多的异构选择:比如专门针对AI计算的核,甚至在AI计算中可以根据不同的神经网络模型定制不同的核,同时还有低功耗的核,做通用处理的核等等。未来,当RISC-V生态达到一定的丰富度,对某一个计算平台的描述可能不仅仅包括主频、算力、功耗等,还可能有:包括多少种不同类型的核、每种核都有什么样的定制能力等等,以及集成后所能实现的处理能力、对不同场景的需求等。


RISC-V向高性能进阶的“分水岭”

 

此次峰会上,阿里平头哥发布了高性能RISC-V芯片平台“无剑600”及SoC原型“曳影1520”,首次兼容龙蜥Linux操作系统并成功运行LibreOffice,刷新了全球RISC-V一系列纪录——无剑600平台是当前全球RISC-V性能最高的可量产SoC芯片设计平台:支持4核高性能RISC-V处理器,最高主频可达2.5GHz,实现了CPU+XPU异构架构的全面优化;支持64位LPDDR4X,最高吞吐率4266MT;整合4TOPs的Int8 AI算力;全流程满足GP TEE国际安全标准。

 

从性能上说,此次RISC-V从1GHz到2GHz的商用落地,是一个重要的分水岭。“为了更快、更好地孵化出更多高性能的RISC-V芯片,满足更多不同行业的需求,丰富RISC-V上层应用,平头哥以‘平台+SoC原型’的方式推出无剑600,希望推动RISC-V硬件及软件的齐头并进”,孟建熠表示。

 

武延军认为,RISC-V在验证平台方面还存在一定限制,特别是调试过程,如果在模拟器环境下进行调试,效率非常低。而平头哥这类高性能RISC-V平台的推出,将会为基础软件的高性能迁移提供加速。

 


平头哥半导体副总裁孟建熠,发布无剑600芯片平台


RISC-V在AI领域的优势?

 

与基于其他指令集的处理器相比,RISC-V在AI方面是否有一定的优势?

 

孟建熠认为,RISC-V有全栈优化的优势。他解释说,整个软件是一层一层堆栈的,当处理器架构设计完,盖到最顶楼、涉及AI的时候,上层的工程师已经不太了解底层硬件的情况了,难以进一步提高软硬协同的效率。但RISC-V给了这个机会,因为它是一个新兴的架构,可以从应用需求、从AI需求,去反推RISC-V架构在AI方面的能力。并且,从处理器、编译工具到库、再到上层应用整体来看,因为它是全球生态协同推进的,在制定标准之初,就是全栈各个领域和方向的公司都在参与,天生就具备了全栈优化的能力。

 

此外,他认为AI应用需要一定的可编程性,这是RISC-V的优势。随着算法的不断演进,RISC-V的灵活性以及对未来的扩展性,将会越来越多地体现出优势。

 

在支持AI计算的软件方面,武延军表示,这是中科院软件研究所在RISC-V平台上布局的一个领域。他指出,在其他平台上,软件的一些优化设计未必能够在硬件上得到体现和支持。但在AI方面,中科院软件研究所深度参与了RISC-V的“V(向量)扩展”、“P(Packed SIMD)扩展”等重要标准的制定和参考实现,最近也发起了一个“Buddy Compiler”的项目,能够把LLVM/MLIR这些已有的编译框架,进一步扩展到软硬件全栈协同。


跨越“死亡之谷”的努力

 

去年举办的首届RISC-V中国峰会上, 中科院计算所的香山开源高性能RISC-V处理器首次亮相。日前,一篇关于香山敏捷开发方法的论文被第55届 IEEE/ACM 国际微架构研讨会(MICRO 2022)接收。

 

据中科院计算所副所长包云岗介绍,这篇关于香山敏捷开发的总结性论文从去年10月份就开始撰写了,其实第一版投稿于ISCA,但当时由于“雁栖湖”流片还未返回,“南湖”也还在开发中,最终被拒。经过修改后投稿于MICRO 2022,此时已有雁栖湖芯片测试数据,南湖前端设计也已完成,论文最终被接收。可以说,香山开发过程中所形成的这套芯片敏捷开发方法的先进性,得到了国际学术同行的认可。

 

 
中科院计算所副所长  包云岗

 

对于RISC-V学术界和产业界的深度融合,包云岗认为,美国学术界的很多创新成果之所以能够很快就应用到产业界,背后一个很重要的原因是:学术界与工业界共享一些科研基础设施,这起到了桥梁作用。

 

据他观察,美国一些科技企业内部会构建一套和学术界总体打通的科研基础设施(有开源共享的、有内部自研的)。通过将业务需求和内部数据导入到企业的科研基础设施中,就能很容易“消化”学术界产生的新想法,并集成到企业的产品中。“打通基础设施+人才流通,让美国学术和产业界形成了‘创新想法—得到应用—收集反馈—新的创新想法—得到新的应用’这个闭环”,包云岗指出。

 

目前,中国的学术界和产业界之间尚未形成这种高效闭环。对于中国的学术界来说,包云岗认为,更需要参与科研基础设施的建设,尤其是和企业一起来补科研基础设施的课。“香山”项目就是希望能成为打通产业界和学术界的底层科研基础设施。

 

香山近来还迎来了一个新的里程碑——由中科院计算所、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,开始开展第三代香山(昆明湖架构)的联合开发。

 

包云岗在博文中写道:香山联合团队的形成,标志着得到了香山及其开源模式得到了产业界的初步认可,为跨越“从原型到产品”这个死亡之谷迈出了关键一步。


写在最后

 

据调研机构Semico Research预测,到2025年,全球RISC-V处理器出货量将增至624亿颗,广泛应用于工业、PC、消费电子、物联网等领域。

 

尽管发展潜力巨大,但一个客观事实仍是:RISC-V相关软硬件技术和生态未完全成熟,应用主要集中在中低端IoT领域,高性能芯片的商用落地尚需继续寻求突破。

 

正如此次“2022 RISC-V中国峰会”上所传来的进展和突破,以及多位专业人士对产业的分析和预测,RISC-V将继续向高性能演进,高主频、高性能是必然发展趋势,今年,RISC-V生态会将性能从1GHz推向2GHz。

 

此外,随着稳定硬件的出现,RISC-V架构软硬件全栈成为必然趋势,从IP到SoC、到开发板、SOM、操作系统和应用软件等方面将得到全面的优化。RISC-V架构将走向更广的生态合作,在商业上将会有更多的新模式,软件也将持续丰富,应用继续走向多样化。