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RISC-V渐入佳境,平头哥持续贡献开放生态

2023-03-07
作者:王洁
来源:电子技术应用

RISC-V是一种开放式指令集架构(ISA),起源于伯克利大学并行计算实验室的研究项目,当时他们需要选一种计算机架构,在分析了 ARM、MIPS、SPARC、x86 等多个指令集之后,发现它们不仅设计越来越复杂,而且还存在知识产权问题。于是他们在2010年5月开始规划自己做一个新的、开源的指令集,就是RISC-V。

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RISC-V的优势(图源:ChinaAET)

RISC-V诞生后在众多高校的科研项目中得到广泛应用。为进一步推动商业化进程,2015年,3名RISC-V发明者创办SiFive公司,SiFive联合以google为首的公司作为创始会员创立RISC-V基金会。目前,RISC-V国际基金会的会员数量已经超过3000,会员来自70个不同国家。

如今,RISC-V已经成为了计算机科学领域的热门话题,越来越多的公司和组织开始采用RISC-V来实现他们的计算需求。中国机构在RISC-V开源架构生态中建立了巨大影响力。基金会22位高级会员中有12名来自中国,其中包括阿里巴巴平头哥、华为、中兴通讯、腾讯、希姆计算、中科院等多家企业和机构。

3月2日,由阿里巴巴平头哥举办的首届玄铁RISC-V生态大会在上海举行。大会以“开放、连接”为主题,英特尔、谷歌、Canonical、Imagination、海尔、支付宝、网易有道、创维酷开等全球数百家企业及机构代表齐聚一堂,成为中国RISC-V发展史上规模最大的一次会议。

中国的巨大市场将成为支撑RISC-V的重要基地

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中国工程院院士倪光南(图源:平头哥)

经过约5年时间建设,中国RISC-V生态已初具规模。中国工程院院士倪光南在会上表示:“RISC-V为全球芯片领域打破垄断,降低芯片开发门槛,促进芯片人才培养,推进芯片业创新,开创了一个新局面,也为中国芯片业发展提供了新机遇。开源RISC-V自发布以来,已经有越来越多的国家、企业、高校、科研院所拥抱RISC-V架构,成为推动新一代信息技术发展的新引擎。 ”

如今,RISC-V的生态正在茁壮成长,主要展现在软件生态、应用生态和开发者生态三个方面。

在软件生态方面:现在中国产学研各界正在迅速推进高性能RISC-V芯片研发,为此,芯片设计需要与基础软件和应用软件全方位适配,经过社区的共同努力,目前RISC-V与国际主流的RTOS、Linux、安卓等操作系统有了良好的适配,在中国,各家操作系统厂商也都在全力支持。

在应用生态方面:RISC-V最早应用于IoT领域,现正逐步走向更广阔的应用领域。RISC-V不仅可以在工业控制、物联网、智能家居等对算力要求不高的领域得到推广,现在也正在向对算力有更高需求的桌面应用、边缘计算等领域发展。智能网联汽车领域被认为是未来芯片的巨大市场,据估计,一辆智能网联汽车就可能要用上百颗CPU,目前中国该领域主要产业联盟正在积极推进基于RISC-V的解决方案。随着服务器和超算、AI训练和推断、包括ChatGPT之类应用的发展,对强大算力的需求越来越迫切,鉴于RISC-V具有模块化、可扩展、易定制的优势,以及不受垄断制约、供应链安全容易保障的优势,中国有关厂商正在全力推进提供强大算力的RISC-V方案。

“可以毫不夸张地说,今天RISC-V是中国CPU领域最受欢迎的架构,中国芯片产业和整个芯片生态将会越来越多地聚焦于RISC-V架构,中国的巨大市场将成为支撑RISC-V的重要基地。”倪光南表示。

在开发者生态方面:中国已经有数百家企业加入RISC-V国际基金会,在RVI的组织下,RVI中国成员在RISC-V社区中作出了巨大的贡献,推动着RISC-V生态的发展。此外,中国许多大学已为研究生和本科学生开设了RISC-V课程,大力开展RISC-V人才培养,积极参与RISC-V基础软件开源社区,参与许多RISC-V设计和应用项目。

RISC-V已跑出新赛道

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平头哥半导体有限公司副总裁孟建熠(图源:平头哥)

“回想七年前首次参与RISC-V交流讨论会议,当时更多是学术讨论,而今现在已经从学术层面走向了产品、商业”。平头哥半导体有限公司副总裁孟建熠总结道,“RISC-V势头已经非常清晰了,赛道已经慢慢跑出来了。”

孟建熠认为,“生态”包括两层含义:

第一,在RISC-V技术链条上有很多从事着不同工作的人,有做芯片、CPU、工具、基础软件、应用的,开放来做才能让大家看到更多技术上存在的问题,进而快速迭代。

第二,RISC-V也需要与现有已经存在的生态连接在一起,如GNU、Android、Linux等各种开源生态,还有如Intel生态、统信、openKylin、有道、海尔等一些公司自己主导的生态。

RISC-V基金会预测,到2025年采用RISC-V架构的处理器将突破800亿颗,在IoT领域,2025年RISC-V的市场占有率将达到28%。而在RISC-V最有机会发力的AI和机器学习领域,RISC-V的市场复合增长率将超过70%,2027年左右将会有250亿设备在生态中。

RISC-V在全球的格局

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全球协同的技术演进正在持续加速(图源:ChinaAET)

孟建熠指出,北美依然是RISC-V创新高地,从处理器IP到软件,到data center都在全面探索;欧洲的很多老牌公司都在逐步从原有架构转到RISC-V架构;亚洲的发展速度非常快,以晶心科技、StarFive、香山、芯来和平头哥为代表的的公司都在努力推动处理器的发展,大部分芯片公司也正在考虑如何使用RISC-V开发自己的生态产品,还有很多基础软件公司也在逐步进入到RISC-V生态中。

RISC-V是全球协同的标准,作为架构要把如何工作、如何运行、如何标准化的原理告诉大家,不是通过产品,而是通过竞争前标准化的技术,今天国内已经有机会去参与了。

标准化的发展非常快,所有的RISC-V处理器会在架构兼容性上有些要求,但在标准化的长期维护下非常不容易,有很多工程师参加到基金会标准制定中,拿下标准难度非常大。日前,平头哥已经拿到了第一张架构兼容性测试证书。

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平头哥获得全球首张架构兼容性证书(图源:平头哥)

平头哥全力推动RISC-V生态发展

平头哥从2018年开始踏入RISC-V,2019年在上海发布了第一款性能最好的RISC-V处理器——玄铁910。从2019年到2023年,已经收获了多媒体、网络、边缘计算、存储、服务器领域的芯片。经过几年的发展,已推出3大系列8款RISC-V处理器,覆盖高性能、高能效、实时可靠等场景需求,是RISC-V量产芯片采用最广泛的处理器。

孟建熠透露,平头哥还瞄准更多领域,在AI推理计算、工业、5G计算、服务器周边布局了更多芯片,近期将逐步推出。

平头哥始终保持每年推出一款新产品的节奏,去年云栖大会发布了玄铁908处理器,产品主频可以到2.0GHz,能效和标准兼容性都非常好。

如今,平头哥拥有面向计算增强的C系列、面向成本功耗优化的E系列和面向可靠性实时性的R系列,可以在这三个赛道上给产业提供非常标准、稳定、可靠的产品。

技术软件方面,通过与国内创新型公司的合作,平头哥还推出了玄铁开发工具三剑客(基础软件三件套)——编译器TAC、编译环境CDK、部署工具集HHB,大大提升RISC-V开发环境及工具栈效率。编译器过去一年性能提升了20%左右;编译环境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网络支持。

安全是RISC-V有机会走在架构领先道路上的重要因素,平头哥过去一年已经把安全标准具体落实到应用和产品中。2022年4月份发布的是基于虚拟化隔离的TEE安全技术,兼容了Global. platform的标准;2023年完成了基于多个物理核隔离的TEE安全技术,现在得到了应用,在金融类应用产品场景已经在芯片内置,已经在使用中。

RISC-V生态的蓬勃发展,呼唤指令集标准的统一,中国企业在推动RISC-V国际标准建设中发挥了关键作用。RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond会上介绍,基金会22位高级会员中有12名来自中国。在国际标准建设中,平头哥领导了其中的11个主要技术小组,推动了29个技术方向的标准制定,是公认的投入力量最大的中国机构。平头哥也已经拿到了全球首张架构兼容性测试证书。此外,平头哥还在持续推动RVV1.0架构标准、面向人工智能的全新Matrix矩阵标准以及RISC-V安全技术标准等。

同时孟建熠也表示,平头哥会持续把Vector0.7在性能稳定性上维护做得足够到位。

AI方面,只有Vector远远不够,还有面向新的人工智能计算的Matrix,在基金会还没有形成标准,但是平头哥已经做完了,现在把工具、model、编译器都已经开放在GitHub上了。

RISC-V芯片生态与操作系统等基础软件生态正加速融合。平头哥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、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龙蜥、统信、openKylin、创维酷开系统、RTT等操作系统。

谷歌安卓工程总监Lars Bergstrom会上表示,他见过的第一个让安卓系统真正在RISC-V硬件上跑通的工作来自平头哥,亚太地区的贡献有力推动了开源项目的发展。

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龙蜥操作系统适配与优化(图源:ChinaAET)

龙蜥拥有300万装机量,有300多家合作伙伴,是由阿里云主导的服务器端操作系统,平头哥在去年完成了跟龙蜥操作系统的适配,得到了新增3500多个基础软件对架构的支持。

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统信操作系统适配与优化(图源:ChinaAET)

桌面操作系统统信方面,从2022年7月开始,平头哥完成了6500多个应用软件包的适配和移植,也完成了DDE桌面、Firefox、Node.JS、OpenJDK、LibreOffice等桌面软件的应用,得到了操作系统、基础软件、第三方库的支持。

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openKylin操作系统适配与优化(图源:ChinaAET)

openKylin是国内最大桌面操作系统的供应商,涵盖桌面到数据中心,有76万用户,平头哥与openKylin进行了深度适配,重点在图形化上做优化,openKylin上所有开源软件包都已经完全适配好了。

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与钉钉的合作(图源:ChinaAET)

基于适配的openKylin操作系统,RISC-V首次跑通大规模商用IM(即时通讯)工具钉钉。钉钉发出了第一个的“Hello RISC-V”的消息,标志着从RISC-V到操作系统,再到应用软件,真正具备了交互的能力。

此外,创维酷开在RISC-V架构上运行业界首个电视端WebOS,让亿级规模的智能终端有了新选择;网易有道与平头哥的紧密合作,让技术创新突破了软硬件的壁垒,在词典笔等智能硬件上开垦出新的融合生态;海尔与平头哥在智能家电领域探索RISC-V应用落地。

在玄铁RISC-V生态大会上,阿里巴巴平头哥公布了生态计划。面向芯片开放社区的15万开发者,平头哥首度推出在线学习平台“RISC-V学院计划”,鼓励参与全球RVFA认证。针对行业伙伴,平头哥推出“玄铁优选芯片”计划,推动生态芯片落地;同时设置“玄铁优选伙伴”,首批授予给全志科技、爱普特、算能、博流智能、清微智能、云知声、匠芯创、AFP物联等8家公司,肯定他们对RISC-V生态作出的突出贡献。

“开源开放是RISC-V生态建设的核心,阿里平头哥也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。”孟建熠总结道,“RISC-V就像日出的太阳,尽管还温润如玉,但已经初步照亮了东方,我们也看到了一些赛道,我们一起等待他骄阳似火的那天。”

RISC-V之父、图灵奖得主David Patterson见证了RISC-V生态的蓬勃发展,他在会上表示:“我认为,3到5年后,RISC-V将无处不在!”

如果说 x86 处理器芯片极大地推进了 PC 和服务器的普及和繁荣,ARM商用处理器架构授权+IP 授权奠定了嵌入式和移动手持设备井喷的基础,随着万物互联的智能时代来临,开放、简洁、模块化的RISC-V架构崛起,并从终端走向云端,极有希望发展成为第三大架构生态。而中国也将有机会在这一浪潮中打破一直以来在处理器发展中的被动地位,推动整个行业的发展繁荣。


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