芯耀
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作者 | 包永剛
編輯 | 王川
建安十二年，劉備只擁兵士數(shù)千，孤城一座。一紀過后，劉于西川進位漢中王，麾下盡聚荊、益豪杰?？酌骺谥械娜龂α⒅畡荩酱_立。從新野走到西川，劉備花了整整十二年。
從指令集到芯片，從無人問津到在IoT市場攻城略地，再到如今成功躍級高性能計算領域，RISC-V也整整走了十二年。
PC和移動互聯(lián)網(wǎng)格局未定的年代，計算架構領域也曾刀光劍影，最終只留下了x86和Arm，大量計算架構閃耀一時，然后被世人遺忘。面對正在到來的萬物互聯(lián)時代，一場x86、Arm、RISC-V三分天下的競賽又將展開。
為了獲得與x86和Arm正面競爭的入場券，RISC-V陣營在2022年交出量產100億顆IoT處理器成績單后，又迅速拿出了高性能RISC-V處理器。
今天開幕的2022 RISC-V中國峰會上，阿里平頭哥發(fā)布的SoC平臺無劍600，CPU主頻達到2GHz，基于無劍600平臺的首款SoC原型曳影1520的最高主頻更是達到了2.5GHz，將RISC-V量產處理器的主頻從1GHz時代帶入2GHz時代。
2GHz主頻的RISC-V CPU與Arm的性能核Cortex-A73和能效核Cortex-A55相當。
與平頭哥同陣營的躍昉科技和賽昉科技，也在近期推出了CPU主頻超過1.5GHz的高端應用處理器。填補RISC-V高性能處理器空白的同時，RISC-V也實現(xiàn)了從IoT領域向邊緣計算領域的跨越，2022年成為RISC-V高性能計算的元年。
CPU主流架構三分天下的雛形才剛剛出現(xiàn)。面對這場漫長而艱苦的競賽，RISC-V首先需要打消業(yè)界疑慮，然后，領導者們就可以描繪一張藍圖。
蓄力12年，RISC-V躍入高性能計算元年
羅馬不是一日建成，RISC-V能邁入高性能計算領域也并非一日之功。從指令集的開發(fā)，到產品的設計，再到商用量產，RISC-V蓄力十多年，硬件的設計才能邁上新的臺階。
RISC-V指令集從走出校園到量產100億顆IoT處理器，耗時12年。不過，RISC-V處理器在IoT市場快速攻城略地實際上也就是過去的三四年間，憑借免授權和更靈活的優(yōu)勢，上百款基于RISC-V的MCU迅速占領市場。
RISC-V從MCU切入的主要原因是對生態(tài)依賴較小，能夠更快速應用，但性價比更高、靈活開放的RISC-V一定會走向高性能計算市場。今年RISC-V 國際基金會主導的工作從技術完善到推動RISC-V進入云計算、邊緣計算和車載等領域。于是，僅僅在今年8月，躍昉科技、賽昉科技、平頭哥就相繼發(fā)布了高性能RISC-V SoC。
“RISC-V的商用落地從1GHz走向2GHz，性能是一個重要的分水嶺。”平頭哥副總裁孟建熠表示，“但要實現(xiàn)RISC-V處理器性能的提升需要解決眾多挑戰(zhàn)，包括架構設計的改變，性能、功耗的平衡。另外，高性能的RISC-V芯片需要采用更先進的工藝，設計的難度也更大。還有，更高性能的系統(tǒng)也更加復雜，要能達到量產的水平需要投入大量資源。”
雷峰網(wǎng)注意到，與另外兩家直接發(fā)布SoC芯片產品不同，平頭哥發(fā)布的無劍600是一個CPU+XPU的軟硬件全棧平臺。
無劍600平臺集成了平頭哥自研的玄鐵C910 CPU，最高主頻可達2.5GHz，同時集成適配了GPU、NPU、VPU、DSP等眾多第三方IP，還集成了豐富的高速接口，并進行了全面優(yōu)化，是一個高性能、高內存帶寬、異構計算和人工智能加持的軟硬件平臺，主要面向平板、智慧大屏、智能NVR、AR/VR和低速UGV等高性能旗艦級的產品。
孟建熠指出，“無劍600平臺與單純買賣芯片的生意不同，與授權標準的、幾乎不可改的處理器IP也不一樣，它的目標在于幫助更多的人設計滿足需求的高性能RISC-V芯片，共同推動RISC-V生態(tài)繁榮。”
也就是說，與直接購買芯片相比，無劍600可以有更高的定制化，可以在無劍600平臺上增加定制化的IP，實現(xiàn)差異化的功能，而這種差異化的實現(xiàn)，讓芯片設計公司可以直接進入系統(tǒng)級、體系化的框架，能夠更高效地開發(fā)芯片。
與直接購買授權IP相比，無劍600有更明顯的開放性優(yōu)勢，不會被限制只能采用某一家的IP。顯然，與此前推出并已經被大量應用的無劍100平臺一樣，平頭哥推出無劍600也是要將RISC-V高性能處理器推向各行各業(yè)。
“很長一段時間，許多人選擇觀望RISC-V的原因還是對RISC-V處理器的可靠性、穩(wěn)定性有疑慮。”平頭哥生態(tài)副總裁楊靜表示，“經過平頭哥過去幾年的努力，讓RISC-V處理器在很多行業(yè)實現(xiàn)了量產，有些客戶量產的芯片達到了千萬級，證明了RISC-V是一個可量產、穩(wěn)定可靠的選項。”
但是，剛剛邁入高性能計算領域的RISC-V處理器，需要再次面對潛在用戶對于技術可靠性、產品穩(wěn)定性以及軟件生態(tài)的疑慮。
首次適配國產云操作系統(tǒng)，RISC-V進入桌面軟件生態(tài)
要消除外界對新事物的疑慮，最好的方法就是給出一個完整、具體啟發(fā)性的“使用指南”。放到RISC-V高性能計算芯片中，就可以選擇幾個明確的合作伙伴，在有代表性的實際應用中量產落地，給業(yè)界傳遞信心，邁出堅實一步。
基于無劍600平臺，平頭哥先“打樣”了SoC原型芯片曳影1520。
曳影出自“古有神劍曳影，置匣中如龍虎之吟”，命名曳影，取其內含巨大威力，輕巧、但鋒芒初露之意。曳影1520集成4核高性能玄鐵RISC-V處理器C910，最高主頻達2.5GHz，最高吞吐率4266MT，AI算力達4TOPs，支持全鏈路安全防護，具有4K視頻處理能力，包含豐富的異構計算和高速IO資源。
硬件能力只是曳影1520成功的一半，另一半是軟件。
平頭哥選擇與龍蜥開源社區(qū)、中科院軟件所PLCT實驗室合作，打通了從曳影1520底層核心硬件到操作系統(tǒng)再到上層應用軟件的全鏈路，實現(xiàn)了RISC-V高性能處理器首次兼容龍蜥Linux操作系統(tǒng)，能夠運行大型桌面級軟件，足以覆蓋邊緣計算、人工智能、圖像識別、多媒體等多種場景，已在阿里展開應用，接下來將以芯片、開發(fā)板等多種形式對外供給開發(fā)者。
孟建熠表示，“曳影1520，讓大家能夠對RISC-V的能力看得見、摸得著、可評估。對于那些在等待定制化芯片到來的開發(fā)者，可以提前在曳影1520芯片上開發(fā)自己的系統(tǒng)，縮短產品的上市時間。”
實際上，曳影1520更重要的意義是推動RISC-V生態(tài)的繁榮。
RISC-V從對軟件生態(tài)依賴不強的MCU走向對性能要求更高的邊緣計算市場，運行在硬件上的軟件棧越來越厚重，所以RISC-V高性能處理器首先要解決的是可用的問題。
解決可用性的問題，可以選擇從對生態(tài)需求相對小一點的垂直應用，比如工業(yè)、軌道交通等市場切入，先選擇少量合作伙伴深度合作，共同打造全棧解決方案，再向行業(yè)推廣。
“細分行業(yè)的生態(tài)建設相對簡單一點，但平頭哥要引領RISC-V生態(tài)往前走，所以要打造最開放的生態(tài)，與各個行業(yè)的合作伙伴合作，將RISC-V帶到最熱的地方，推動不同細分行業(yè)軟件生態(tài)的發(fā)展。”孟建熠表示。
平頭哥適配基于Linux的龍蜥操作系統(tǒng)，就是要引領RISC-V與Linux的技術融合，希望將RISC-V推往桌面端乃至云端。此前，RISC-V可以運行基于Linux的Ubuntu桌面應用操作系統(tǒng)，但曳影1520與龍蜥操作系統(tǒng)的適配，是RISC-V首次適配國產云操作系統(tǒng)。
既然是首次，適配的挑戰(zhàn)可想而知。
平頭哥與龍蜥開源社區(qū)、中科院軟件所的聯(lián)合優(yōu)化，適配了龍蜥系統(tǒng)的3000多個基礎包，在曳影1520上首次運行FireFox瀏覽器、LibreOffice等大型桌面級軟件，運行龍蜥社區(qū)的 Alibaba Dragonwell、Alibaba Node 等云上應用，OpenJDK、NodeJS、Python 等上游社區(qū)常見應用，以及NCNN等AI 應用。
“在適配過程中，我們針對特定領域、特定應用實現(xiàn)了從處理器到上層軟件的聯(lián)合優(yōu)化，讓用戶獲得更好體驗。”孟建熠透露。
如此多大量而具有挑戰(zhàn)性的工作，能夠加速基于NodeJS和JAVA的應用與RISC-V芯片的適配和融合，增加想要用RISC-V高性能芯片開發(fā)應用開發(fā)者信心的同時，也極大擴展了RISC-V應用的想象力。
對此，RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond評價稱，“基于玄鐵RISC-V處理器的平臺支持Linux和Android，進一步豐富和加強了RISC-V 軟件生態(tài)系統(tǒng)，也印證了RISC-V社區(qū)技術融合與蓬勃發(fā)展的巨大潛力。”
中科院計算機所研究員包云崗也表示，“無劍600平臺的發(fā)布及曳影1520量產芯片，證明了RISC-V架構完全能夠勝任更高性能的商用場景，今后在這個平臺必定會涌現(xiàn)出更多高性能RISC-V芯片。RISC-V正從IoT終端走向邊緣側和云端，未來在數(shù)據(jù)中心場景的潛力同樣巨大。”
“想要構建繁榮的RISC-V生態(tài)，一定要有標準化的穩(wěn)定可靠的硬件平臺，這樣才能有源源不斷的軟件會進行適配，應用才能不斷豐富，開發(fā)的門檻越來越低，生態(tài)也會在這個過程中慢慢形成。” 孟建熠強調，“平頭哥在提供穩(wěn)定可靠的軟硬件平臺方面具有優(yōu)勢，一方面是因為我們的技術能力很強；另一方面，依托阿里的應用和生態(tài)，我們也會投入大量的資源來提升產品的可靠性和穩(wěn)定性。”
一個實際的例子是，為了提升RISC-V芯片的可用性和易用性，編譯器至關重要。平頭哥在編譯器上投入了大量精力，GCC和LLVM編譯器已經達到了商用產品的性能。
走入高性能計算元年之后，RISC-V領導者們接下來需要考慮的就是如何發(fā)揮RISC-V的優(yōu)勢，在市場上占有一席之地。
想要三分天下，RISC-V需要領頭羊
圖靈獎得主John L. Hennessy和David A. Patterson在2019年發(fā)布長篇報告闡述，未來十年將是計算機系統(tǒng)架構領域 “新的黃金十年”。David A. Patterson作為RISC-V的發(fā)明者，在兩年前與雷峰網(wǎng)對話時也明確表示，希望開放的RISC-V架構在未來五年內成為專有架構的非常強大的競爭對手。
過去的兩年間，RISC-V發(fā)展確實在飛速發(fā)展，國際基金會已經布局70多個技術小組開展技術標準制定，有超過160個面向各領域處理器核，會員數(shù)量超過3100家。2022年，Clockwork發(fā)布首臺基于RISC-V的便攜式計算機，芯片產業(yè)領軍企業(yè)英特爾設立10億美元創(chuàng)新基金，全面支持RISC-V生態(tài)發(fā)展。
這些數(shù)據(jù)和標志性事件，都表明RISC-V技術完善度越來越高，生態(tài)多樣性越來越體現(xiàn)，參與者越來越多。在RISC-V處于生態(tài)繁榮前夜，應用的深度和廣度都向前延展的時，業(yè)界更需要領導者，帶領RISC-V成為業(yè)界的主流架構。
中科院軟件所PLCT實驗室項目總監(jiān)吳偉表示，PLCT實驗室相信在未來五到十年之內，RISC-V會和X86、Arm一起成為三大CPU主流架構。這個過程并非自然發(fā)生，而是需要全球軟件及硬件開發(fā)者的共同努力，有一個漫長艱苦的爬坡期。
實際上，在新的應用爆發(fā)時，總會出現(xiàn)各種處理器架構，然而最終每個時代只能留下一種架構和系統(tǒng)組合，典型的就是PC時代的x86+Windows，移動互聯(lián)網(wǎng)時代的Arm+Android。正在到來的物聯(lián)網(wǎng)時代，無疑是RISC-V的巨大機遇。
“每個架構都有自身的特點，無論是arm與x86的競爭，還是RISC-V與arm和x86，很難談顛覆。RISC-V更開放，能讓對系統(tǒng)有掌控力的公司，從處理器架構去定義，滿足自身需求。我認為，RISC-V的這種開放性，可以讓它從應用出發(fā)，在多個細分領域都能占有一席之地。”孟建熠表示。
云計算、邊緣計算以及車載等都是RISC-V發(fā)展的好機會。由此看來，率先實現(xiàn)與龍蜥操作系統(tǒng)適配的平頭哥，擁有了先發(fā)優(yōu)勢。
另外，平頭哥的產品路線圖也展示了其作為業(yè)界領頭羊的前瞻性。平頭哥在現(xiàn)有7款處理器產品的基礎上，將繼續(xù)推進3個系列產品持續(xù)演進，包括面向高端復雜計算場景的C系列，面向高能效低成本的應用場景E系列，面向工控車載場景的R系列。
平頭哥基于擁有的技術實力，充分理解并發(fā)揮RISC-V開放靈活的優(yōu)勢，不斷培育生態(tài)，適配了Anolis、AliOSThings、AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等操作系統(tǒng)，在量產芯片中得到了應用，最終能讓產品廣泛應用于MCU、藍牙、無線、語音、視覺等30多個領域，也成就了其領頭羊地位。
作為RISC-V國際基金會的董事會成員，平頭哥也是公認的投入力量最大的中國機構，在未來也將成為RISC-V生態(tài)繁榮重要的推動者，成為RISC-V藍圖中濃墨重彩的一筆。
