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走入更高算力应用,生态繁荣前夜的RISC-V未来可期

来源:证券之星    时间:2024/03/17 06:38   阅读量:11161   

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PC、移动互联网、物联网、人工智能……一轮又一轮技术应用热潮的背后,是一代又一代计算芯片架构的此兴彼落。其中,开源的RISC-V架构正以其逐渐繁荣的开放生态,进入更广泛的应用领域,成为CPU架构的“第三极”。而其中,中国企业正成为RISC-V生态中不可忽视的重要“玩家”。

在此背景下,3月14日,由阿里达摩院举办的2024玄铁RISC-V生态大会在深圳举行,汇聚业内精英,共同探索RISC-V在技术创新、应用拓展、生态合作等多层次多领域融合发展的有效路径。

RISC-V,打造CPU领域“第三极”

在CPU领域,产业格局曾经历了这样的发展历程:在PC时代,依托Intel等少数巨头的强大技术实力,完全封闭的x86架构成为了PC和服务器的主流架构。而进入移动互联网时代后,更丰富的应用场景让生态的概念愈发重要,采用IP授权模式、“半开放”的Arm架构成功“上位”。

移动互联网之后,随着物联网、人工智能等技术应用热潮此起彼伏,业界正期待一种完全开源、依托开放生态的全新选择,而拥有开源、精简、模块化等诸多优势的RISC-V,正由此开始备受行业追捧,成为搭建计算生态的“第三极”。

对芯片设计企业而言,相较于完全封闭的x86架构和需要不菲授权费用的Arm架构,RISC-V的开源模式能够大幅降低芯片设计的周期和成本,并依托越来越繁荣的生态,迅速覆盖更多的应用。这些优势让RISC-V从最初的被观望状态,很快便成为半导体产业的新宠,发展速度远超预期。

据RISC-V International统计,2022年全球采用RISC-V架构的处理器出货量超过100亿颗,仅用12年就走完了传统架构30年的发展历程,预计未来几年RISC-V采用率将以40%年复合增长率增长,2030年RISC-V架构芯片更有望突破160亿颗

在技术创新和市场需求的双轮驱动下,RISC-V发展潜力尽显。这个肩负着打破芯片架构“双寡头格局”使命的后来者,被寄予与英特尔x86和Arm架构三分天下的厚望。

在此趋势下,RISC-V不断强势扩张自己的“朋友圈”。

苹果积极转向RISC-V阵营,Intel业务也延伸至此,高通联手英飞凌、恩智浦、博世、Nordic等多家芯片巨头成立新公司,旨在推广RISC-V架构芯片。

此外,包括新思科技、Meta、Imagination、瑞萨电子等国际厂商都在围绕RISC-V生态积极布局。以及“硅仙人”Jim Keller的加入,给RISC-V阵营增添了不少底气。

行业巨头入局RISC-V,已成为全球技术及市场演进发展的风向标之一。

谁在引领中国RISC-V潮流?

在RISC-V掀起的潮流中,中国企业毫无疑问已经成为了生态的中坚力量。上文提到的100亿颗出货中,有近一半来自中国,中国的巨大市场将成为支撑RISC-V的重要基地。

中国工程院院士倪光南多次公开表示:“近年来,RISC-V已成为中国CPU领域最受欢迎的架构,为我国掌握芯片产业发展主动权提供了新机遇。中国芯片产业要大力发展壮大RISC-V产业生态,争取在万物互联的新时代中,使得RISC-V发展成为世界主流,形成x86、Arm和RISC-V三分天下的格局。”

多重因素驱动下,国内涌现出一批RISC-V玩家,包括阿里达摩院、芯来科技、赛昉科技、全志科技、博流智能、中科蓝讯等产业链上下游企业,相继推出了软硬件产品和解决方案。

据不完全统计,中国目前拥有上百家公司在关注RISC-V赛道,从IP、芯片到开发板,从工具、编译器、中间件、程序库到解决方案,都已有越来越多的企业参与进来,在生态层面全面发力。

中国RISC-V在经历了从0到1之后,正在进入从1到N的阶段。其中,以阿里巴巴为代表的芯片企业率先抢占了先机,是国内最早涉足RISC-V的技术团队之一。

2015年,阿里宣布与当时大陆唯一拥有自主嵌入式CPU IP core的中天微合作研发云芯片架构,这是阿里成立16年以来首次踏进半导体领域,也为后续入局RISC-V埋下了伏笔。

2017年10月,阿里成立达摩院,以芯片作为核心研究方向之一。此后,阿里芯片布局版图不断扩大。

  • 2018年4月,阿里全资收购中天微,之后很快就交出了亮眼成绩单,快速研发出的轻量级处理器玄铁E902,证明了RISC-V的可行性;

  • 2019年7月,阿里发布当时业界性能最强的RISC-V处理器玄铁910,打破了RISC-V性能天花板,让基于RISC-V架构的高性能芯片成为可能;

  • 2022年11月,阿里发布高能效处理器玄铁C908,推动RISC-V进入了高能效计算的蓝海领域;

  • 2023年11月,阿里发布三款玄铁RISC-V处理器:首次实现AI矩阵扩展的C907、满足Vector1.0标准的C920,以及高性能实时处理器R910,大幅提升了加速计算能力、安全性及实时性,加速推动RISC-V在自动驾驶、AI、企业级SSD、网络通信等场景的大规模商用落地。

成立6年多以来,阿里达摩院打造出了丰富的玄铁RISC-V处理器家族,目前已拥有从低功耗、低成本到高性能、高能效的C、E、R系列的9款RISC-V处理器产品家族,广泛应用于边缘计算、无线通讯、工业控制、通用MCU等30多个领域及应用场景。玄铁处理器已成为当前国内RISC-V领域影响力和市场占有率最大的处理器产品系列,出货量已达40亿。

在不断丰富处理器IP产品家族的同时,达摩院还推出了一系列芯片设计平台和开发板。

例如,2021年5月,阿里推出RVB-ICE、RVB-D1、RVB2601三款开发板,并公布端云一体软件平台,进一步为开发者和企业提供了体验RISC-V技术的桥梁;2022年8月,阿里发布首个高性能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,刷新全球RISC-V一系列纪录。基于无剑600软硬件全栈平台,开发者可快速开发RISC-V芯片,推动迈向2GHz高性能RISC-V边、云应用新时代。

可见,在为各行业提供高性能RISC-V产品,推进RISC-V软件生态建设方面,阿里达摩院都占据了先发优势。

RISC-V生态,崭露头角

从目前出货情况来看,RISC-V芯片早些年更多是集中在低算力的MCU市场以及生态依赖性低的物联网领域。但随着人工智能的崛起,以及RISC-V架构本身的迭代、深度开发与生态适配,RISC-V已经能够进入更多的高算力应用场景。

无论是x86还是Arm架构,都是在新兴市场和新兴应用中成长起来的。RISC-V也要率先找到突破口,形成规模化应用的示范效应,再逐渐向更多领域扩展,然后形成一个“滚雪球”似的生态循环。

随着RISC-V生态完备度及市场需求进一步增长,从IoT市场走向高性能领域是RISC-V近年来的发展主线,也是芯片架构走向主流的重要标志。

在此次生态大会上,生态伙伴展现了RISC-V架构的全方位突破,中国科学院软件研究所发布基于RISC-V的开源笔记本电脑“如意BOOK”,搭载玄铁C910处理器,在openEuler操作系统上流畅运行钉钉、Libre Office等大型办公软件,首次打通了从底层芯片到操作系统到商用软件的RISC-V全链路。这款产品的发布,加速桌面级软件应用生态的完善,助力RISC-V迈向通用计算生态。

在电力行业,国网智芯公司基于玄铁处理器研发面向工业应用的高能效、高安全、高可靠的AI芯片,可用于变电智能巡视、源网荷储协同调度等场景,全面赋能数智化电网建设;在ICT领域,中国电信研究院采用玄铁RISC-V研发云桌面、AI边缘盒子等新硬件,助力打造“端-边-云”全面应用;在机器人方向,亚博智能推动RISC-V首次进入ROS机器人领域,基于玄铁处理器的Mlik-V Meles开发板研发SLAM建图与避障导航小车;润开鸿联合达摩院在玄铁RISC-V上更好地发挥了OpenHarmony分布式技术应用优势,落地金融、交通等行业。

在2024年玄铁RISC-V生态大会上,达摩院宣布玄铁处理器家族全新迭代升级:玄铁C907首次实现矩阵运算扩展,为未来AI加速计算提供更多选择,并将集成到其他玄铁处理器中;下一代旗舰处理器C930也将将持续向更高性能演进,显著提升AI计算处理能力,预计将于年内推出。

一系列动态和成果,呈现出RISC-V性能不断突破边界,以及行业上下游产业链的发展速度和全面布局态势。在行业厂商的共同努力下,RISC-V处理器的可用性及覆盖面大大提升,助力其从一个象牙塔的基础架构,真正走向市场化发展。

在创新应用层面,RISC-V市场正在给人一种遍地开花的感觉,每个领域几乎都有很多新的尝试。2023年,达摩院提出“所有芯片,都值得用RISC-V做一次“的号召。

另外,达摩院针对行业伙伴还推出了“玄铁优选伙伴”、“玄铁优选芯片”以及“社区开源贡献奖”三个重要奖项,以感谢在RISC-V技术推广、生态建设中有着卓越表现的机构、企业和社区开发者。这些奖项不仅是对获奖者技术创新的认可,更是对整个RISC-V生态发展的重要推动。

RISC-V的蓬勃发展,需要全球创新协同。从芯片生态,到基础软件生态,再到应用和终端生态,达摩院正在连接各大生态体系,让开发者和合作伙伴都能更好地使用和发展RISC-V技术。

繁荣生态支持商业化落地

此次生态大会上,还值得关注的是达摩院牵头发起的“无剑联盟”。对于一个开源生态而言,商业化落地能力至关重要。通常,我们评价一个生态是否繁荣,生态中的企业能否更好、更快地实现产品商业化落地是关键的评价标准之一。

此次成立的“无剑联盟”正是为了帮助RISC-V生态企业实现更快、更好的商业化落地,旨在构建开放、协同、普惠的RISC-V芯片商业服务体系,帮助芯片公司加速技术转化过程,降低开发成本与风险,取得更大的成功。

为此,达摩院联合Imagination、电信研究院、新思科技、Arteries、中移芯昇等产业链上多家核心企业,面向应用领域,围绕玄铁CPU实现更深度的软硬件协同,为企业提供从芯片设计到制造的全链路商业能力,实现高效解决方案,全加速进RISC-V产业化进程,探索RISC-V商业合作新范式。

针对构建产业新范式的无剑联盟,Arteris表示 :“RISC-V 对未来半导体所需的应用定制化提供了无限的可能性。Arteris提供片上网络互连 IP 和 IP 部署技术,加速基于玄铁CPU的SoC开发和集成,从而帮助客户实现快速的高性能和高能效SoC设计流程,降低成本。”

Imagination也指出,通过提供成熟领先的GPU和NNA解决方案,与玄铁CPU处理器之间实现更高效的协作,从系统层面提升效率。与玄铁构建从SoC原型设计到解决方案的全链路合作,推动RISC-V桌面级应用成为现实。

联盟成员将通过全链路的开放合作,互惠共赢的商业机制,紧密推进IP协同、工具链优化、操作系统适配、解决方案拓展、应用推广等工作。

不难理解,对于正在上升期的RISC-V架构技术而言,只有更多的开发者、企业使用和参与进来,才能共同推进生态进步,让这一技术在芯片和操作系统等软硬件层面发展起来。

“无剑联盟”作为RISC-V产业化的加速器,旨在帮助每一家芯片公司取得更大的成功。

玄铁正引领RISC-V步入生态繁荣前夜

回溯发展历程,RISC-V在证明其商业化价值的路上不可谓不快。在IoT市场站稳脚跟后,快速向更高性能、更加纵深的方向去发展。

当前,RISC-V的出货量已经足以证明其具有良好的商用场景,并且已经完成了从IoT单点突破向各领域多点开花的生态跨越,RISC-V步入生态大繁荣的前夜。

在RISC-V生态“拼图”上,一些玩家正在积极参与,工具链逐渐成熟,软件功能也越来越完善。同时,也看到了很多知名开源社区,开源操作系统发行版等都开始支持RISC-V,把其当作Tier1的指令集来支持。

在这一系列生态成果背后,阿里达摩院功不可没。

除了上述硬件产品的丰富布局和性能突破之外,软件生态是达摩院的又一勋章,持续改善RISC-V在多应用市场的生态匮乏问题。

主导RISC-V与安卓融合,全面适配主流操作系统

在软件生态上,阿里作为先行者做出了前无古人的尝试。

从2020年开始,阿里内部启动了玄铁C910处理器兼容安卓系统的项目,并在2021年初完成了安卓系统的Linux内核、运行时库、JAVA虚拟机、软件模拟器、编译工具等主要技术栈的支持,在全球范围内首次流畅运行安卓系统的基础功能。

这一成果已成为RISC-V历史上的标杆事件之一,也极大地提振了行业信心。

2022年,谷歌与阿里达成贡献者许可协议,双方就安卓系统支持RISC-V架构等工作进行技术合作和分享,玄铁RISC-V移植安卓的代码还被安卓AOSP社区收录进系统源代码,这是安卓官方首次对RISC-V架构的原生支持。2023年10月,谷歌正式官宣安卓全面支持RISC- V架构。

在适配安卓过程中,阿里累计进行了12万余行代码的修改,对73万余个testcase作了测试,在推动RISC-V正式接入安卓开源生态的过程中发挥核心作用,谷歌安卓官方接受的首批RISC-V补丁就来自阿里巴巴。首款基于RISC-V的安卓设备也将于2024年大规模商业化落地。

与此同时,阿里还大力推动RISC-V软硬件生态的发展,目前已基本完成国际及国内主流操作系统与RISC-V的全适配,包括安卓、Linux、OpenHarmony、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龙蜥、统信、openKylin、openEuler、创维酷开系统、RTT等操作系统,并在百余款量产芯片中得到了应用,真正放大了RISC-V的应用想象力。

据了解,基于玄铁处理器,RISC-V已跑通钉钉、福昕PDF、搜狗输入法等商业应用,持续扩大RISC-V的软件应用生态。2023年,在openKylin操作系统的支持下,玄铁与钉钉合作完成了对钉钉2.7万个文件、17个第三方库的编译,同时突破了Qt、CEF等关键软件框架的兼容性问题,使得钉钉成为第一个在RISC-V上跑通的商用IM产品。

阿里在全面适配主流操作系统中取得的成果,意味着RISC-V已经完全有能力通过云、边、端等不同操作系统承接软件应用,上层应用开发者0代码即可顺滑实现架构兼容。

总的来看,RISC-V芯片生态与操作系统等基础软件生态正加速融合。

坚持开源开放,推进普惠算力

另一方面,为加速生态开放与协同创新效率,阿里在2021年云栖大会上将玄铁RISC-V系列处理器与基础软件面向全球开源。

截至目前,阿里达摩院以玄铁处理器为中心,初步构建起一个开放的、活跃的RISC-V生态网络。阿里坚持开源开放,玄铁C910一面世就对外开放,MCU芯片设计平台“无剑100 Open”也已开源,2021年阿里还宣布包括玄铁E902、E906、C906、C910等4款量产处理器IP开源,以及基于OpenXuantie的多操作系统的全栈软件及工具。

阿里是RISC-V领域第一家全栈化开源的公司,通过全面“交钥匙”的方案,加速了软硬件技术的协同发展,有利于更快触达应用层面,进一步推动RISC-V架构走向成熟。

未来,阿里将继续连接生态内的开发者和不同伙伴,推进RISC-V生态与更广泛的生态体系融合,与各界共享普惠算力技术的红利,持续贡献开放生态及社区。

玄铁RISC-V进展不断

在刚刚过去的2023年,达摩院玄铁RISC-V生态进一步发展:

  • 2023年3月,阿里首次完整推出基础软件三件套——编译器TAC、编译环境CDK、部署工具集HHB,在软件工具及应用层面大大提升RISC-V开发环境及工具栈效率。

  • 5月,阿里联合谷歌、英特尔、高通等全球13家企业共同发起全球RISC-V软件生态计划“RISE”。与跨行业伙伴加强协同合作,旨在加速RISC-V软件生态建设及应用商业化进程,推进RISC-V软件生态的繁荣发展。

  • 8月,阿里玄铁联合38家企事业单位共同发起RISC-V工委会,并当选首届轮值会长,共同推动软硬件标准和行业应用体系构建。

  • 8月,阿里发布了首个面向多媒体AI增强场景的RISC-V全栈软硬件平台。

所谓“时势造英雄”,回顾指令集发展历程不难发现,无论是Wintel,还是AA联盟(Android +Arm),以及那些早已凋零的MIPS、PowerPC等芯片架构,决定竞争终局的或许从来不是技术本身,还离不开丰富的上层应用、高效的软硬协同以及爆发的市场需求等在内的生态考验。

RISC-V同样如此。

以阿里为例,基于玄铁处理器,达摩院持续发展RISC-V全栈技术,已完成了从处理器IP到芯片平台、编译器、工具链等软硬件技术的软硬件深度融合。

此外,达摩院在深化产业生态方面持续发力,一方面将RISC-V技术链条上从事芯片、工具、基础软件、应用等各个环节的从业者连接起来,构建开放的生态,实现高效的技术迭代;另一方面,则将RISC-V与已有生态连接在一起,包括安卓、Linux等开源生态,以及企业主导的生态等。

生态成绩的背后,是达摩院玄铁多年来围绕产品技术研发、软件生态及标准化建设等多方面的投入,降低各行业拥抱RISC-V的门槛,通过提供芯片落地的全链条服务,帮助合作伙伴缩减芯片研发成本及时间,帮助厂商一起进行下游应用推广,加速量产落地。

可以说,阿里在构建RISC-V芯片生态上迈出了重要一步,给行业打造了一个成功的范本,引领了芯片行业的新趋势,进而吸引国内外科技企业和机构纷纷涌进RISC-V赛道。

生态的壁垒在于“双边规模效应”,即采用RISC-V架构的芯片越多,围绕在RISC-V架构的软件开发者和用户也就越多,反过来新的芯片公司和开发者也就更倾向于RISC-V架构。这也是RISC-V软硬件生态齐头并进的主要因素。

RISC-V渐入佳境,走向生态“深水区”

在RISC-V良好的发展势头下,各国政府的关注力度更是把该技术的研发推向了高潮:

  • 印度政府资助的相关项目开始向RISC-V 靠拢,让RISC-V成了事实上的国家级指令集;

  • 巴基斯坦政府也宣布将RISC-V列为国家级preferred architecture;

  • 2022年6月,俄罗斯数字发展部宣布将大力扶持RISC-V处理器的发展;

  • 欧盟在2022年9月发布《关于建立欧洲开源硬件、软件和RISC-V技术主权的建议和路线图》报告,声称支持RISC-V与开源硬件;

  • 2023年底,巴塞罗那国家超级计算中心 展示了基于RSIC-V架构的新型Sargantana芯片,巩固了BSC在欧洲RISC-V开源计算技术研究领先地位的关键一步。

无论是各地兴起的RISC-V热潮,还是从全球芯片巨头的态度和布局中都能看到,RISC-V必然是一个重要选择。

RISC-V之父、图灵奖得主David Patterson也表示:“RISC-V是一个全球现象,有超过60个国家的开发者们在研究它,几年后RISC-V将无处不在!”他甚至断言,到本世纪末,未来产品开发的主导ISA将是开放的RISC-V架构。

这不仅是一个趋势,更像是一场技术革命的爆发。

SHD Group预计,2030年基于RISC-V的SoC营收更是预计高达920亿美元,复合年增长率高达47%。

展望未来,我们有理由相信,RISC-V与Arm和x86将会在竞争过程中逐渐找到适合自己的定位,不断融合、互相借鉴、长期共存,形成“三分天下”的局面,在各自擅长的领域发挥优势。

至少,从目前来看,RISC-V已经成为Arm和x86架构之外的“第三极”。

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