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      當前位置:首頁 > 原創 > 劉巖軒
      [導讀]接下來的5年、10年,RISC-V的生長軌跡和方向會是什么樣的?在第三屆RSIC-V中國峰會上,我們采訪到了9家具有代表性的RISC-V領軍企業,并試圖從他們的回答中描繪出未來RISC-V的成長。

      在看RISC-V的未來生長之前,先來回顧下RISC-V的過去十年。RISC-V作為一種開放標準指令集架構(ISA),于2010年在伯克利大學啟動,隨后在2011年首次流片。在2015年基金會成立,初始成員36名。

      RISC-V基金會的目標是“建立一個基于RISC-V ISA的軟件和硬件創新者的開放協作社區”。作為一家非營利性公司,RISC-V基金會由其成員管理,共同尋求推動RISC-V ISA的采用。

      而后幾年內,憑借著模塊化、精簡的指令數目和全面開源的優勢,RISC-V在碎片化和IoT應用上驗證了自己的閃光點,基于RISC-V的嵌入式MCU和處理器得到了廣泛的應用。

      而在近兩年,RISC-V架構的CPU開始邁向高性能。2GHz及以上的主頻的SoC不斷出現,操作系統(RTOS 和 Linux)、開發工具、仿真/仿真以及嵌入式開發人員的其他關鍵組件對 RISC-V 的支持也不斷增加。高性能計算的玩家們,也開始了RISC-V架構的CPU在服務器應用、車載應用、邊緣計算的AP等,也開始逐漸探索。今年RISE的出現,也進一步標志著RISC-V的發展邁入了軟硬件協同的新階段。

      而接下來的5年、10年,RISC-V的生長軌跡和方向會是什么樣的?在第三屆RSIC-V中國峰會上,我們采訪到了9家具有代表性的RISC-V領軍企業,并試圖從他們的回答中描繪出未來RISC-V的成長。


      RISC-V的滲透:隨風潛入夜,潤物細無聲

      在去年12月,RISC-V國際基金會表示RISC-V處理器在IoT的應用規模超100億顆,而在今年7月份,RISC–V指令集架構主要發明人KrsteAsanovi?教授則大膽預測,到2025年RISC-V內核數出貨量將增至800億顆。

      很多人可能對800億出貨前景心存疑惑,是否能夠達到如此大的出貨量?但其實從現在RISC-V的發展來看,這個預測非常有依據。據奕斯偉計算高級副總裁、首席技術官何寧分享,RISC-V的800億出貨量將主要還會在IoT領域,但隨著內核的成熟和性價比的提交,客戶在第一代產品中選用了之后,自然而然也會在第二代、第三代產品中采用。800億顆是指的內核的出貨量,一個芯片里面可能有好多顆內核都已經換成RISC-V了。這也就是內核采用數會呈現出指數級增長的原因。

      其實在當前,很多復雜系統中,RISC-V已經占有一席之地,但對于公眾而言感知度較低?!氨热缦裼行┐蠊驹谔貏e強生態的場景里面,除了那顆主控芯片還是Arm之外,其它各種微控制器或處理器基本上全部換成RISC-V了,無法估計到底有多少都已經發生了變化?!焙螌幏窒淼?。

      可能大家并沒有意識到,今天用的很多終端產品中,例如某些智能電視、手機,或者其他IoT設備中,已經有了RISC-V的內核存在;包括在使用的一些云服務中,其實背后也有RISC-V的身影。平頭哥半導體生態副總裁楊靜表示,RISC-V已廣泛落地各種應用場景,有一種“隨風潛入夜,潤物細無聲”的感覺。

      左至右:算能科技產品總監陸吉年;平頭哥半導體生態副總裁楊靜;奕斯偉計算高級副總裁、首席技術官何寧;沁恒微電子技術總監、瑞斯科研究院院長楊勇;芯來科技市場戰略副總裁李玨


      也許消費者對于RISC-V當前在IoT領域的滲透的感知并不強,但站在沁恒的角度,已經明顯感知到了MCU客戶的需求變化?!霸缦茸鯮ISC-V芯片的時候,其實沁恒也有Arm內核的芯片,包括現在也是并行出貨的。明顯感覺到,前兩年來找我們直接要ARM核的MCU,最近天平慢慢在轉化?!鼻吆阄㈦娮蛹夹g總監、瑞斯科研究院院長楊勇分享到。

      而RISC-V的好處在于,可以進行指令集的拓展,進行更高程度的定制來滿足客戶的需求。楊勇表示,有的客戶需要高速接口實現更快的傳輸速度,那么沁恒在青稞RISC-V處理器的中斷處理中增加硬件壓棧和免表中斷,減少中斷響應延遲,進而實現對USB3.0類應用更高的傳輸效率。而有些客戶對于無線連接功耗更為敏感,那么沁恒在青稞處理器中增加WFE喚醒指令。有些客戶對于代碼密度有著更高的要求,而RISC-V標準的壓縮指令擴展中,僅支持字操作的壓縮指令,但是在嵌入式領域中字節和半字操作均比較常見,為此青稞處理器增加了半字和字節操作壓縮指令,從而提高代碼密度。有的客戶需要一些定制化的調試方式,或者更少的接口,更高的效率,沁恒就提出單線調試接口的設計?!扒囡齊ISC-V核,USB/藍牙/以太網等接口的IP我們都已經研發完成,客戶有什么需要,我們通過橫向整合就可以推出符合市場或客戶需求的產品,這也是RISC-V具備高靈活性的亮點之一?!睏钣驴偨Y到。

      那么在IoT領域,乃至是未來的高性能計算領域,能夠推動產業化落地的關鍵因素是什么?何寧總結了三大體會:

      一是內核能力要強。如果某個公司是垂直整合的產品,從內核做出來到產業化落地,在同一個公司里面這個周期是非常短的。因為路徑很短,所以產品端直接提出一些要求,內核團隊可以馬上做調整,去適配需求,這種適配能給產品帶來很強的競爭力?!白约航ㄔO內核研發能力,并把它迅速轉化成產品的競爭力,這個路徑短的話,其實特別有利于產品落地。產品落地反過來就會帶動RISC-V的架構落地?!?

      二是產品本身要在行業內有影響力。一個行業的頭部產品的落地和帶來的示范效應,一定是強于一些已經殺成一片紅海的產品的。行業里面的首發產品具有一定的示范效應,反過來能夠帶動RISC-V架構落地。

      三是生態的規?;茝V,應用的產品數量一定要多。奕斯偉計算的原則是:凡是能采用RISC-V架構的都采用。這樣每年很多顆同時產業化落地,采用RISC-V架構的比例越來越高,這種規?;蜁浅?。

      Semidynamics創始人兼CEO Roger Espasa表示,預測未來的RISC-V的需求量將會很大,因為包括IoT、PC和數據中心等不同領域中,對于架構的需求會是很大的而且多元化的?!拔覀兛梢钥吹絉ISC-V是從底部開始做起的,到了中端、高端,包括服務器,當然需要一定的時間。最終會進入到HPC,也會進入到GPU,以至于全覆蓋?!盧oger Espasa分享到。


      RISC-V的進階:進入車載和服務器領域

      那么從IoT滲透之后,進入全場景的RISC-V,會在哪些應用方向上發力?楊靜表示,將來從邊緣側的算力迭代,到工業界智能化的升級,甚至到車載系統、數據中心等對特別算力要求更高的場景,都會有RISC-V能夠發揮潛能的地方。

      而何寧的感觸頗深,他表示在過去,RISC-V架構確實以物聯網的應用為主。但是往前走,尤其最近兩年時間里,在一些中強生態的場景里面,RISC-V的應用已經開始起來了。例如AI計算、車載、多媒體計算領域(如TV和機頂盒),還有一些對于算力有要求,但是又不太涉及生態軟件的,比如DPU等,都是非常好的落地場景。

      賽昉科技董事長兼CEO徐滔也持相同的觀點,他表示,RISC-V的誕生就是為了全方位的計算平臺,這兩年RISC-V走向高端的趨勢是非常明顯的。

      而在眼下,汽車和服務器是大家都關注的RISC-V邁向高性能計算的兩個重要應用場景,可以看到的是,在當前消費低迷的市場環境中,這兩大應用方向也仍保持了較好的增長勢頭。

      左至右:Semidynamics創始人兼CEO Roger Espasa;Andes晶心科技董事長暨執行長林志明;賽昉科技董事長兼CEO徐滔;SiFive產品營銷高級經理林宗民


      “車載芯片是RISC-V新的爆發點”

      首先在汽車應用上,RISC-V在當下有著很好的切入點。汽車正在經歷電子電器架構的變革,對于計算有了更多新的需求,而且對于這些新的需求而言,Arm和X86并沒有占據很強的生態地位;RISC-V又具有從指令集開始定制的優勢,更適合車廠來針對當下功能特色進行垂直整合。

      芯來科技市場戰略副總裁李玨表示,以前做車載芯片用到CPU普遍采用Arm、Arc或私有架構,國內目前在車載芯片領域還沒有統一的CPU架構事實標準,RISC-V開放架構出現以后,如果能出現基于RISC-V開放架構的車規級IP,其實能很大地拓寬應用領域的范疇。目前在車端還沒有統一的操作系統,或統一的AUTOSAR架構。目前軟件和工具鏈在車輛上還是碎片化的,包括地圖在內的APP也不是通用的,就像以前山寨機時代一樣,一款APP要適配各家車型系統。如果業界都從底層的指令集上選擇RISC-V開放架構開始支持上層應用,那么軟件廠商,操作系統廠商,就可以以一個標準來支持多家的內核、CPU芯片和SoC芯片,這樣上層開發軟件就可以利用RISC-V的標準化來實現統一。

      “RISC-V出現以后,很多車載的工具鏈廠商和軟件廠商可以基于RISC-V標準,而不是基于某一家的哪個核做移植,這樣就不會綁定到單獨的一家IP提供商、芯片廠商,而是以后用于任何一家的RISC-V架構的芯片都能適配,這樣的話就能加速應用軟件生態在車載上RISC-V移植工作?!崩瞰k分享了RISC-V在車載上發展的另一大好處,那就是不會產生讓汽車應用像手機應用一樣,產生綁定某一特定架構擁有者的壟斷局面。

      芯來從2年前開始布局車規RISC-V CPU IP,并在近期拿到了車規認證??蛻羧绻x擇了芯來的車規的IP產品,那么在整個芯片、系統的車規認證里,CPU的部分就不用再進行功能安全等級驗證,可以直接當成一個黑盒使用,客戶只需要證明CPU的外圍、工具鏈以及最后的軟件是符合車規級要求的即可。此舉可以幫助國內公司加快進行車規級芯片研發和驗證流程,縮短上市時間。


      “數據中心的機會更明顯”

      而相比車載芯片領域,在數據中心/云服務器的應用上,RISC-V的優勢和切入點何在?可以從生態壁壘和行業現狀兩方面一起來看。

      RISC-V指令集的優勢在于其模塊化的特點,擴展指令的定義可以與軟框架和軟件指令是要匹配去進行適配,實現更緊密的軟硬協同一體設計,發揮通用框架適配時候帶來新的能力上的提升。而這種能力的提升,顯然是對于服務器應用而言最為關鍵的。

      首先在生態上,何寧認為在RISCV在數據中心上相比PC更易落地。這是因為數據中心的應用數量并不像手機、PC上那么多,因此很難要求應用開發者們反向來適配架構做移植。但在數據中心方向上,是有這種可能的。尤其是私有云在中國越來越普遍的情況下,對軟件的所有權、數量等各個方面,可控度要比開放的軟件強很多。在服務器領域,會有如案件廠商主動擁抱RISC-V,進行移植和適配,從而跟隨RISC-V進入更大更廣闊的市場。所以在數據中心應用中推廣RISC-V的軟件的移植和適配,反而更容易比PC、平板更快落地。

      算能也看好數據中心應用,并且已經找準了一個切入點。算能產品總監陸吉年表示,GPGPU價格昂貴,而且經過了30年的技術迭代和發展之后,現在仍然是很貴。而通過RISC-V+TPU集成在一起的方案,可以實現對于GPGPU的替代。而且當下算能SG2042已經支持Vector1.0,能夠更高效地實現TPU和RISC-V處理器之間的數據搬運。針對未來的產品計劃,陸吉年表示還將是采用64核的架構設計,重點解決Vector1.0的生態依賴問題。


      RISC-V生態之路:從指令集特色出發,帶來商業模式突破

      不論是走向手機、PC,還是車載和服務器領域,高性能計算的算力提升,也意味著更多的應用軟件的承載。對于RISC-V軟件生態之路而言,任重道長。

      楊靜表示,RISC-V現在已經進入到一個高性能發展的階段,主要指的是主頻在2GHz以上的高性能,很多應用都可以用RISC- V實現了。她進一步表示,除了看到RISC-V在CPU性能上的提高之外,還需關注兩個方向:一是在高性能之上有多少軟件配套?楊靜解釋,從應用落到硬件有一個非常漫長的過程,需要產業鏈所有伙伴一起合作,才能補齊軟件能力,真正幫助RISC-V承接住豐富的應用需求,實現落地;二是任何一個新的架構都要找準自己生長的點,找到一個“殺手級應用”共同爆發。她舉例,ARM當年爆發與智能手機市場的蓬勃是一致的,如今,AIGC的興起,恰好有機會把“AI原生”的RISC-V架構帶出圈?!叭绻裉炷軌蛲耆尫臨ISC-V高靈活性和可拓展的能力,那么RISC-V就一定能打入AI領域?!睏铎o說。

      RISC-V的彈性,其實給予了商業模式更大的靈活度,允許企業可以實現真正的從芯片到應用的垂直整合。SiFive產品營銷高級經理林宗民表示,很多中高階的應用中,過往有一些軟硬件綁定的狀況,但從去年12月加州的RISC-V峰會上其實已經出現了一個徹底改變的契機。SiFive認為RISC-V能夠帶來一個重大的商業模式的變化,那就是“垂直半導體”。也就是說最終應用/產品商可以通過RISC-V來擁有自己的芯片、定義自己的芯片功能、將產品/應用上的特色整合在芯片端,從而讓產品在終端給消費者更好的體驗?!皠偤肦ISC-V有不同的IP供應商,軟硬件的解決方案,終端廠商可以找到跟自己最適配的合作廠商,不會被某一家芯片/IP供應商所綁定,這是最大的差異?!绷肿诿穹窒淼?,“這也決定了芯片上面大家不用照著原本運作的方式,因為這個浪潮的方式有點改變了。大家可以照著更靈活、更適合現在市場上需要的方法,把自己的方案實現出來?!?

      而晶心科技(Andes)正是利用了RISC-V指令集的可拓展性,為客戶提供的標準IP產品上添加了“客戶自定義指令集”的功能,提供了一種全硬件和全軟件之間的均衡。Andes晶心科技董事長暨執行長林志明表示,過去數十年,在電子產業很早就有加速器,很多加速器是用全硬件來做成的,也有一些加速器是全軟件做成的。它們的優缺點就是:全硬件效率比較高,效能比較好,但是成本最高。全軟件的做法可能幾乎沒有什么成本,但是它的成效可能是最差的。RISC-V給予工程師加指令的本質其實就是一個協同處理器的概念,也就是一個加速器的概念。而且這種自定義指令集,還有一個好處那就是可以避免被抄襲和逆向,即使是芯片被盜賣也不存在自定義指令集被竊取的風險。

      而當RISC-V的芯片邁向高性能,要追求性能和功耗的平衡,必然要采用大小核的設計。賽昉科技就在此次峰會上,率先推出了首個RISC-V大小核IP子系統方案,包含賽昉科技Dubhe系列CPU IP和StarLink互連總線IP。徐滔表示,RISC-V大小核的設計方案體現了RISC-V本身在CPU和SoC設計上的進步,RISC-V如果想在客戶端上和ARM競爭,一定或多或少會涉及到大小核設計的理念和方式。

      但RISC-V具有一個Arm所不具備的優勢,那就是靈活的可拓展性。Arm為各種應用做了大量的優化,整個指令集達到了1600多條。而RISC-V一開始只有50條基本指令,然后根據不同的應用方向來進行性拓展?!癛ISC-V往前走,一定會走到像ARM一樣;從指令數量來講,會達到ARM一樣數量的指令集,這個是一定會達到的,甚至會超過。但是它不一樣的地方在于,它是模塊化的,是有擴展的。擴展可以一個一個往外擴,不同的擴展對應不同的應用,包括高性能??蛻粼谟玫臅r候,不需要把所有的擴展都用起來,客戶可以選擇與自己應用相對應的比較有利的擴展,甚至可以有一些私有的擴展?!毙焯戏窒淼?。


      結語

      其實綜合多家之言,不難看出RISC-V的優勢以及其未來成為主流的必然原因。一方面,彈性、模塊化的可拓展指令集特色,使其芯片能夠實現更緊密的軟硬件耦合,比如AI領域算子和架構的緊密耦合,從而實現更快加速和針對特定領域的更高能效。另一方面,這種開放的指令集架構讓整個生態的開放程度進一步下探,任何一家企業或任何一個應用都不會單獨綁定在某一家IP/芯片供應商上:對于新的增量應用而言,可以走的更快;對于存量應用而言,提供了第二選擇的更好解決方案。

      邁向高性能,找準應用發力點,快速構建完備的生態是當下RISC-V發展的關鍵。楊靜表示,“生態發展非一日之功,也不是一家企業能夠完成,它需要所有人持續的深入合作。我們相信,將來在這個生態真正建立起來的時候,每一個生態環節里面的伙伴都會從里面受益?!?

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