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RISC-V漸入佳境,平頭哥持續貢獻開放生態

2023-03-07
作者:王潔
來源:電子技術應用

RISC-V是一種開放式指令集架構(ISA),起源于伯克利大學并行計算實驗室的研究項目,當時他們需要選一種計算機架構,在分析了 ARM、MIPS、SPARC、x86 等多個指令集之后,發現它們不僅設計越來越復雜,而且還存在知識產權問題。于是他們在2010年5月開始規劃自己做一個新的、開源的指令集,就是RISC-V。

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RISC-V的優勢(圖源:ChinaAET)

RISC-V誕生后在眾多高校的科研項目中得到廣泛應用。為進一步推動商業化進程,2015年,3名RISC-V發明者創辦SiFive公司,SiFive聯合以google為首的公司作為創始會員創立RISC-V基金會。目前,RISC-V國際基金會的會員數量已經超過3000,會員來自70個不同國家。

如今,RISC-V已經成為了計算機科學領域的熱門話題,越來越多的公司和組織開始采用RISC-V來實現他們的計算需求。中國機構在RISC-V開源架構生態中建立了巨大影響力?;饡?2位高級會員中有12名來自中國,其中包括阿里巴巴平頭哥、華為、中興通訊、騰訊、希姆計算、中科院等多家企業和機構。

3月2日,由阿里巴巴平頭哥舉辦的首屆玄鐵RISC-V生態大會在上海舉行。大會以“開放、連接”為主題,英特爾、谷歌、Canonical、Imagination、海爾、支付寶、網易有道、創維酷開等全球數百家企業及機構代表齊聚一堂,成為中國RISC-V發展史上規模最大的一次會議。

中國的巨大市場將成為支撐RISC-V的重要基地

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中國工程院院士倪光南(圖源:平頭哥)

經過約5年時間建設,中國RISC-V生態已初具規模。中國工程院院士倪光南在會上表示:“RISC-V為全球芯片領域打破壟斷,降低芯片開發門檻,促進芯片人才培養,推進芯片業創新,開創了一個新局面,也為中國芯片業發展提供了新機遇。開源RISC-V自發布以來,已經有越來越多的國家、企業、高校、科研院所擁抱RISC-V架構,成為推動新一代信息技術發展的新引擎。 ”

如今,RISC-V的生態正在茁壯成長,主要展現在軟件生態、應用生態和開發者生態三個方面。

在軟件生態方面:現在中國產學研各界正在迅速推進高性能RISC-V芯片研發,為此,芯片設計需要與基礎軟件和應用軟件全方位適配,經過社區的共同努力,目前RISC-V與國際主流的RTOS、Linux、安卓等操作系統有了良好的適配,在中國,各家操作系統廠商也都在全力支持。

在應用生態方面:RISC-V最早應用于IoT領域,現正逐步走向更廣闊的應用領域。RISC-V不僅可以在工業控制、物聯網、智能家居等對算力要求不高的領域得到推廣,現在也正在向對算力有更高需求的桌面應用、邊緣計算等領域發展。智能網聯汽車領域被認為是未來芯片的巨大市場,據估計,一輛智能網聯汽車就可能要用上百顆CPU,目前中國該領域主要產業聯盟正在積極推進基于RISC-V的解決方案。隨著服務器和超算、AI訓練和推斷、包括ChatGPT之類應用的發展,對強大算力的需求越來越迫切,鑒于RISC-V具有模塊化、可擴展、易定制的優勢,以及不受壟斷制約、供應鏈安全容易保障的優勢,中國有關廠商正在全力推進提供強大算力的RISC-V方案。

“可以毫不夸張地說,今天RISC-V是中國CPU領域最受歡迎的架構,中國芯片產業和整個芯片生態將會越來越多地聚焦于RISC-V架構,中國的巨大市場將成為支撐RISC-V的重要基地?!蹦吖饽媳硎?。

在開發者生態方面:中國已經有數百家企業加入RISC-V國際基金會,在RVI的組織下,RVI中國成員在RISC-V社區中作出了巨大的貢獻,推動著RISC-V生態的發展。此外,中國許多大學已為研究生和本科學生開設了RISC-V課程,大力開展RISC-V人才培養,積極參與RISC-V基礎軟件開源社區,參與許多RISC-V設計和應用項目。

RISC-V已跑出新賽道

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平頭哥半導體有限公司副總裁孟建熠(圖源:平頭哥)

“回想七年前首次參與RISC-V交流討論會議,當時更多是學術討論,而今現在已經從學術層面走向了產品、商業”。平頭哥半導體有限公司副總裁孟建熠總結道,“RISC-V勢頭已經非常清晰了,賽道已經慢慢跑出來了?!?/p>

孟建熠認為,“生態”包括兩層含義:

第一,在RISC-V技術鏈條上有很多從事著不同工作的人,有做芯片、CPU、工具、基礎軟件、應用的,開放來做才能讓大家看到更多技術上存在的問題,進而快速迭代。

第二,RISC-V也需要與現有已經存在的生態連接在一起,如GNU、Android、Linux等各種開源生態,還有如Intel生態、統信、openKylin、有道、海爾等一些公司自己主導的生態。

RISC-V基金會預測,到2025年采用RISC-V架構的處理器將突破800億顆,在IoT領域,2025年RISC-V的市場占有率將達到28%。而在RISC-V最有機會發力的AI和機器學習領域,RISC-V的市場復合增長率將超過70%,2027年左右將會有250億設備在生態中。

RISC-V在全球的格局

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全球協同的技術演進正在持續加速(圖源:ChinaAET)

孟建熠指出,北美依然是RISC-V創新高地,從處理器IP到軟件,到data center都在全面探索;歐洲的很多老牌公司都在逐步從原有架構轉到RISC-V架構;亞洲的發展速度非???,以晶心科技、StarFive、香山、芯來和平頭哥為代表的的公司都在努力推動處理器的發展,大部分芯片公司也正在考慮如何使用RISC-V開發自己的生態產品,還有很多基礎軟件公司也在逐步進入到RISC-V生態中。

RISC-V是全球協同的標準,作為架構要把如何工作、如何運行、如何標準化的原理告訴大家,不是通過產品,而是通過競爭前標準化的技術,今天國內已經有機會去參與了。

標準化的發展非???,所有的RISC-V處理器會在架構兼容性上有些要求,但在標準化的長期維護下非常不容易,有很多工程師參加到基金會標準制定中,拿下標準難度非常大。日前,平頭哥已經拿到了第一張架構兼容性測試證書。

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平頭哥獲得全球首張架構兼容性證書(圖源:平頭哥)

平頭哥全力推動RISC-V生態發展

平頭哥從2018年開始踏入RISC-V,2019年在上海發布了第一款性能最好的RISC-V處理器——玄鐵910。從2019年到2023年,已經收獲了多媒體、網絡、邊緣計算、存儲、服務器領域的芯片。經過幾年的發展,已推出3大系列8款RISC-V處理器,覆蓋高性能、高能效、實時可靠等場景需求,是RISC-V量產芯片采用最廣泛的處理器。

孟建熠透露,平頭哥還瞄準更多領域,在AI推理計算、工業、5G計算、服務器周邊布局了更多芯片,近期將逐步推出。

平頭哥始終保持每年推出一款新產品的節奏,去年云棲大會發布了玄鐵908處理器,產品主頻可以到2.0GHz,能效和標準兼容性都非常好。

如今,平頭哥擁有面向計算增強的C系列、面向成本功耗優化的E系列和面向可靠性實時性的R系列,可以在這三個賽道上給產業提供非常標準、穩定、可靠的產品。

技術軟件方面,通過與國內創新型公司的合作,平頭哥還推出了玄鐵開發工具三劍客(基礎軟件三件套)——編譯器TAC、編譯環境CDK、部署工具集HHB,大大提升RISC-V開發環境及工具棧效率。編譯器過去一年性能提升了20%左右;編譯環境CDK集成了全新的Language Server;部署工具集HHB是AI部署工具,新增了混合量化功能,新增Transformer網絡支持。

安全是RISC-V有機會走在架構領先道路上的重要因素,平頭哥過去一年已經把安全標準具體落實到應用和產品中。2022年4月份發布的是基于虛擬化隔離的TEE安全技術,兼容了Global. platform的標準;2023年完成了基于多個物理核隔離的TEE安全技術,現在得到了應用,在金融類應用產品場景已經在芯片內置,已經在使用中。

RISC-V生態的蓬勃發展,呼喚指令集標準的統一,中國企業在推動RISC-V國際標準建設中發揮了關鍵作用。RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond會上介紹,基金會22位高級會員中有12名來自中國。在國際標準建設中,平頭哥領導了其中的11個主要技術小組,推動了29個技術方向的標準制定,是公認的投入力量最大的中國機構。平頭哥也已經拿到了全球首張架構兼容性測試證書。此外,平頭哥還在持續推動RVV1.0架構標準、面向人工智能的全新Matrix矩陣標準以及RISC-V安全技術標準等。

同時孟建熠也表示,平頭哥會持續把Vector0.7在性能穩定性上維護做得足夠到位。

AI方面,只有Vector遠遠不夠,還有面向新的人工智能計算的Matrix,在基金會還沒有形成標準,但是平頭哥已經做完了,現在把工具、model、編譯器都已經開放在GitHub上了。

RISC-V芯片生態與操作系統等基礎軟件生態正加速融合。平頭哥已基本完成國際及國內主流操作系統與RISC-V的全適配,包括安卓、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龍蜥、統信、openKylin、創維酷開系統、RTT等操作系統。

谷歌安卓工程總監Lars Bergstrom會上表示,他見過的第一個讓安卓系統真正在RISC-V硬件上跑通的工作來自平頭哥,亞太地區的貢獻有力推動了開源項目的發展。

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龍蜥操作系統適配與優化(圖源:ChinaAET)

龍蜥擁有300萬裝機量,有300多家合作伙伴,是由阿里云主導的服務器端操作系統,平頭哥在去年完成了跟龍蜥操作系統的適配,得到了新增3500多個基礎軟件對架構的支持。

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統信操作系統適配與優化(圖源:ChinaAET)

桌面操作系統統信方面,從2022年7月開始,平頭哥完成了6500多個應用軟件包的適配和移植,也完成了DDE桌面、Firefox、Node.JS、OpenJDK、LibreOffice等桌面軟件的應用,得到了操作系統、基礎軟件、第三方庫的支持。

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openKylin操作系統適配與優化(圖源:ChinaAET)

openKylin是國內最大桌面操作系統的供應商,涵蓋桌面到數據中心,有76萬用戶,平頭哥與openKylin進行了深度適配,重點在圖形化上做優化,openKylin上所有開源軟件包都已經完全適配好了。

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與釘釘的合作(圖源:ChinaAET)

基于適配的openKylin操作系統,RISC-V首次跑通大規模商用IM(即時通訊)工具釘釘。釘釘發出了第一個的“Hello RISC-V”的消息,標志著從RISC-V到操作系統,再到應用軟件,真正具備了交互的能力。

此外,創維酷開在RISC-V架構上運行業界首個電視端WebOS,讓億級規模的智能終端有了新選擇;網易有道與平頭哥的緊密合作,讓技術創新突破了軟硬件的壁壘,在詞典筆等智能硬件上開墾出新的融合生態;海爾與平頭哥在智能家電領域探索RISC-V應用落地。

在玄鐵RISC-V生態大會上,阿里巴巴平頭哥公布了生態計劃。面向芯片開放社區的15萬開發者,平頭哥首度推出在線學習平臺“RISC-V學院計劃”,鼓勵參與全球RVFA認證。針對行業伙伴,平頭哥推出“玄鐵優選芯片”計劃,推動生態芯片落地;同時設置“玄鐵優選伙伴”,首批授予給全志科技、愛普特、算能、博流智能、清微智能、云知聲、匠芯創、AFP物聯等8家公司,肯定他們對RISC-V生態作出的突出貢獻。

“開源開放是RISC-V生態建設的核心,阿里平頭哥也將繼續連接生態內的開發者和不同伙伴,推進RISC-V生態與更廣泛的生態體系融合,與各界共享普惠算力技術的紅利,持續貢獻開放生態及社區?!泵辖诳偨Y道,“RISC-V就像日出的太陽,盡管還溫潤如玉,但已經初步照亮了東方,我們也看到了一些賽道,我們一起等待他驕陽似火的那天?!?/p>

RISC-V之父、圖靈獎得主David Patterson見證了RISC-V生態的蓬勃發展,他在會上表示:“我認為,3到5年后,RISC-V將無處不在!”

如果說 x86 處理器芯片極大地推進了 PC 和服務器的普及和繁榮,ARM商用處理器架構授權+IP 授權奠定了嵌入式和移動手持設備井噴的基礎,隨著萬物互聯的智能時代來臨,開放、簡潔、模塊化的RISC-V架構崛起,并從終端走向云端,極有希望發展成為第三大架構生態。而中國也將有機會在這一浪潮中打破一直以來在處理器發展中的被動地位,推動整個行業的發展繁榮。


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