前幾年提到RISC-V和X86、Arm三分天下，指的是X86占據(jù)了PC、服務(wù)器市場(chǎng)、Arm占據(jù)了移動(dòng)計(jì)算的市場(chǎng)，而RISC-V在碎片化的IoT領(lǐng)域大有可為。這里的“三分天下”要打個(gè)引號(hào)，因?yàn)樵贗oT領(lǐng)域，Arm架構(gòu)仍占據(jù)龐大的市場(chǎng)份額，只是說RISC-V靈活的指令集模塊化，對(duì)應(yīng)著物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)碎片化的需求是天然的優(yōu)勢(shì)，有著能夠占據(jù)一方的潛力和趨勢(shì)，并且在一些追求垂直整合增量市場(chǎng)更合適。

然而RISC-V的計(jì)算能力的拓展性極強(qiáng)，并不會(huì)止步在IoT市場(chǎng)?，F(xiàn)在RISC-V的發(fā)展已經(jīng)邁入了第二個(gè)階段，走向高性能計(jì)算。近兩年，不少RISC-V CPU主頻已經(jīng)達(dá)到甚至超過2GHz，對(duì)于矢量指令集的補(bǔ)充已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，服務(wù)器CPU、桌面CPU也開始出現(xiàn)。

那么從“三分天下”的IoT翹楚到“深入腹地”的高性能計(jì)算的攪局者，RISC-V還有多長(zhǎng)的進(jìn)擊之路要走？

我們?cè)?023年第三屆RISC-V中國(guó)峰會(huì)上，采訪了RISC-V國(guó)際基金會(huì)CEO Calista Redmond女士、本屆峰會(huì)主席和中國(guó)科學(xué)院軟件研究所副所長(zhǎng)武延軍老師、北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗老師，三位進(jìn)行了展望和分享。

左至右依次：RISC-V國(guó)際基金會(huì)CEO Calista Redmond女士、中國(guó)科學(xué)院軟件研究所副所長(zhǎng)武延軍、北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗

高性能計(jì)算場(chǎng)景，RISC-V CPU嶄露頭角

早在去年的峰會(huì)上，平頭哥就發(fā)布了無劍600系列，基于該平臺(tái)打造的SoC原型“曳影1520”，主頻最高達(dá)到了2.5GHz，RISC-V進(jìn)入到了2GHz高性能應(yīng)用。而算能也隨即在今年3月推出了國(guó)內(nèi)首款64核玄鐵RISC-V服務(wù)器芯片SOPHON SG2042及服務(wù)器樣機(jī)。隨著Vector1.0已經(jīng)正式量產(chǎn)，而平頭哥也已經(jīng)進(jìn)一步開始了在RISC-V上進(jìn)行獨(dú)立矩陣指令集的研發(fā)。

另一個(gè)矚目的高性能CPU IP來自中科院，第一代香山（雁棲湖架構(gòu)）核已經(jīng)成功流片，實(shí)測(cè)達(dá)到預(yù)期性能；第二代香山（南湖架構(gòu)）高性能RISC-V 核心正在持續(xù)的產(chǎn)品化改造中，預(yù)計(jì)下半年會(huì)看到企業(yè)的流片；而據(jù)包老師介紹，第三代香山（昆明湖架構(gòu)）內(nèi)部的最新評(píng)估數(shù)據(jù)，SPEC 2006每GHz能達(dá)到接近14分。和Arm Neoverse 2代分?jǐn)?shù)幾乎一致。

SiFive的P600系列高性能CPU也已經(jīng)于今年年初推出，實(shí)現(xiàn)了單位面積上比Arm A78更好的表現(xiàn)；而SiFive的X280作為TPU的矢量協(xié)處理器，提供了更直接的VCIX的接口技術(shù)，已經(jīng)被谷歌等諸多客戶采用。

在此次峰會(huì)上，賽昉科技推出了big-LITTLE的架構(gòu)和互聯(lián)IPStarLink 500，并借此實(shí)現(xiàn)了完整的大小核IP子系統(tǒng)。驚鴻8100系列采用12nm工藝，提供2TOPS的算力，也將會(huì)在明年正式發(fā)布。

RISC-V走向高性能、大算力應(yīng)用已經(jīng)是趨勢(shì)，而且這種趨勢(shì)正在加速。武延軍分享到，Arm早期在MCU領(lǐng)域做起來，目前已經(jīng)在移動(dòng)計(jì)算領(lǐng)域取得了成功，現(xiàn)在又努力沖擊服務(wù)器領(lǐng)域。而RISC-V也會(huì)按照這樣的路線去走。目前RISC-V在MCU領(lǐng)域?qū)τ贏rm的平行替代已經(jīng)沒有問題，現(xiàn)在正在逐漸向上走。

圖：香山處理器內(nèi)核

正如武老師所言，在此次峰會(huì)的展區(qū)上，我們看到了除了MCU之外的更多高性能計(jì)算場(chǎng)景的Demo。例如RISC-V的筆記本，RISC-V的服務(wù)器、萬兆交換機(jī)等。隨著處理器能力增強(qiáng)，RISC-V的天花板正在不斷突破，向上的趨勢(shì)變得更加勢(shì)不可擋。

然而在當(dāng)下階段，要走向高性能計(jì)算的應(yīng)用領(lǐng)域，生態(tài)的價(jià)值、尤其是軟件生態(tài)的價(jià)值就會(huì)變得更為重要。硬件性能做上去了，生態(tài)的遷移是否能夠跟得上，將會(huì)決定RISC-V能否在高性能計(jì)算領(lǐng)域站得住腳的關(guān)鍵。

走向高性能計(jì)算后，生態(tài)的價(jià)值至關(guān)重要

“早期沒有太多人去談生態(tài)，這是因?yàn)樵缙赗ISC-V主要集中在MCU這個(gè)層次。對(duì)于MCU以及嵌入式領(lǐng)域的一些應(yīng)用來說，它的生態(tài)非常小?！蔽溲榆姺窒淼?，“隨著處理器能力不斷地升級(jí)，就像今天我們所看到的，有面向PC的、筆記本的，甚至有面向服務(wù)器的，這樣的處理器出來以后，我們發(fā)現(xiàn)有越來越多的應(yīng)用可以跑在RISC-V上，這時(shí)候的生態(tài)才會(huì)真正顯現(xiàn)出來?！?

首先是硬件的生態(tài)，這里面包含著諸多的工作要做。例如賽昉科技推出的IP子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大小核和總線互連。而在服務(wù)器領(lǐng)域，CPU與其他IP的高效互連、對(duì)于最新高速連接協(xié)議的支持等，也都非常重要。據(jù)包老師分享，服務(wù)器級(jí)的RiSC-V CPU芯片已經(jīng)出來了，如果要在未來要做得更好，在硬件層面上還有很多工作要做。比如除了RISC-V CPU的core以外，還有外圍互聯(lián)的芯片，怎么把這些Core更好地連接起來等。現(xiàn)在全世界做得最好的可能還是在Arm公司。如果在RISC-V整個(gè)大的硬件生態(tài)領(lǐng)域里缺少這種高質(zhì)量的IP，那么就有可能會(huì)制約數(shù)據(jù)中心服務(wù)器級(jí)芯片的進(jìn)一步提升。

而除了硬件的生態(tài)外，軟件的生態(tài)同樣至關(guān)重要。在2020年左右，大家開始意識(shí)到軟件在生態(tài)中的重要價(jià)值。RISC-V第一發(fā)明人Krste Asanovic教授曾提到，2020年開始，軟件的優(yōu)先級(jí)就變得很重要了，RISC-V開始變成軟件驅(qū)動(dòng)的發(fā)展模式。

據(jù)武老師介紹，從2019年開始，中國(guó)科學(xué)院就開始致力于打造RISC-V“原生操作系統(tǒng)”，從操作系統(tǒng)的角度出發(fā)，看現(xiàn)有軟件適配RISC-V指令集需要做出哪些改動(dòng)，怎么樣才能構(gòu)建出一套比較完整的軟件棧來支持RISC-V生態(tài)。

對(duì)于整個(gè)軟件棧的構(gòu)建，從2022年起，中國(guó)科學(xué)院軟件研究所將從兩個(gè)方面開展。首當(dāng)其中的當(dāng)然是開發(fā)工具鏈，發(fā)起一個(gè)叫做“如意SDK”（RuyiSDK）的項(xiàng)目。武老師表示希望能夠給軟件開發(fā)者提供“一站式”、“全家桶式”的開發(fā)工具集。有了如意SDK，開發(fā)者就不需要再浪費(fèi)大量的時(shí)間在開發(fā)環(huán)境的搭建上，不需要自己去解決上下游軟件包和工具之間的適配問題?！昂退拿忠粯樱缫釹DK希望讓RISC-V的開發(fā)者能稱心如意。”武老師介紹到。

另一方面，就是在操作系統(tǒng)層面，中國(guó)科學(xué)院軟件研究所啟動(dòng)了一個(gè)叫做“PolyOS”（聚元操作系統(tǒng)）的項(xiàng)目。據(jù)悉，PolyOS不是傳統(tǒng)意義上的操作系統(tǒng)，而是操作系統(tǒng)+開發(fā)板（或SoC）的適配器，當(dāng)有新的RISC-V SoC出來以后，PolyOS能夠很快地和SoC或開發(fā)板進(jìn)行對(duì)接。90%以上操作系統(tǒng)的公共部分都已經(jīng)做好，剩下只有不到10%私有工具鏈或補(bǔ)丁可以納入到PolyOS里。這樣就可以讓開發(fā)板或SoC廠商在非常短時(shí)間內(nèi)完成軟硬件的適配，縮短整個(gè)交付周期。

圖：聚元PolyOS編譯構(gòu)建架構(gòu)

而除了中國(guó)科學(xué)院的努力之外，生態(tài)內(nèi)也出現(xiàn)了更多的好消息。例如，9月份openEuler版本將會(huì)發(fā)布， RISC-V成為了繼X86和Arm之后又一官方支持的架構(gòu)。不久前，國(guó)際知名開源社區(qū)Debian首次把RISC-V作為Tier-1級(jí)的指令集標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來支持。Google的Android開源版本AOSP也把RISC-V當(dāng)成官方要支持的指令集架構(gòu)。在桌面PC和服務(wù)器等應(yīng)用上，RISC-V軟件生態(tài)的建設(shè)正在加速。

RISC-V的玩家們，要探索增量市場(chǎng)，找到適合自己的商業(yè)模式

X86和Arm都在把握住了各自的時(shí)代機(jī)遇，很好地支持并滿足了其所處時(shí)代的計(jì)算能力需求。而在這個(gè)新的時(shí)代，一個(gè)指令集架構(gòu)是否能夠變得成熟豐富，Calista Redmond認(rèn)為有三方面的要素。一方面取決于生態(tài)的建立，二是商業(yè)模式的問題，三是架構(gòu)本身的問題，這都構(gòu)成了指令集架構(gòu)的成功變量?！遍_放性“和”合作“，在現(xiàn)在新的指令集架構(gòu)發(fā)展過程中至關(guān)重要。

Calista Redmond表示，一開始大家更多是從降低能效、減少尺寸的角度出發(fā)來?yè)肀ISC-V，而現(xiàn)在更多客戶是從增加性能的角度來選擇RISC-V，比如數(shù)據(jù)中心、無人駕駛等。在這些高性能計(jì)算方面，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的建立是非常重要的。

不論是初創(chuàng)企業(yè)還是大公司，對(duì)于RISC-V都呈現(xiàn)出擁抱的態(tài)勢(shì)。Calista Redmond進(jìn)一步分享到，小的企業(yè)、新的企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)因?yàn)橐郧皼]有其他指令集架構(gòu)的負(fù)累，更容易擁抱新的架構(gòu)帶來新的機(jī)會(huì)，為自己帶來“綠地”項(xiàng)目。大的跨國(guó)公司雖然在現(xiàn)有架構(gòu)里有很大的投資，但他們又想通過AI，通過加速器能夠?yàn)樽约含F(xiàn)有競(jìng)爭(zhēng)力方面增添“翅膀”。所以，不同的利益相關(guān)方投資驅(qū)動(dòng)力是有所不同的。

對(duì)于存量市場(chǎng)應(yīng)用，已經(jīng)構(gòu)建了成熟的X86和Arm的生態(tài)，那么整個(gè)生態(tài)遷移需要時(shí)間，并且要去的來自上下游的各方支持，而在新的增量應(yīng)用方向上，RISC-V和Arm、X86都站在同一起跑線上。得益于著開放的指令集，RISC-V支持玩家們選擇多種不同的商業(yè)模式，在垂直的生態(tài)鏈上，可以只做一部分（例如只做IP等），也可以全部覆蓋自己實(shí)現(xiàn)垂直整合（從指令集到到芯片、終端產(chǎn)品）。但不管選擇何種商業(yè)模式，都需要找到適合自己的增長(zhǎng)切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品持續(xù)迭代和市場(chǎng)需求的相互驅(qū)動(dòng)。

包老師表示，過去國(guó)內(nèi)芯片公司可以直接選擇臺(tái)積電和Arm提供的“快餐”，在其上直接簡(jiǎn)單改動(dòng)就可以快速實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)，并沒有花很多的心思做研發(fā)。但其實(shí)芯片架構(gòu)和工藝制程之間的結(jié)合，還是有非常多的空間可以挖掘。

而對(duì)于RISC-V的生態(tài)發(fā)展，最好是找到新的增量的應(yīng)用場(chǎng)景。RISC-V憑借著開放的優(yōu)勢(shì)，可以快速聯(lián)合市場(chǎng)上更多的伙伴把生態(tài)底層快速構(gòu)建出來。智能汽車的自動(dòng)駕駛或許是一個(gè)方向，或者XR的設(shè)備會(huì)是一個(gè)方向？讓我們拭目以待。