“芯”破局者RISC-V，风好正是扬帆时
不仅限于我国，各国都陆续将RISC-V架构列为国家级发展规划。作为一种开源开放、模块化的架构，RISC-V提供了自主创新和打造差异化的空间，在激烈的市场竞争中脱颖而出，被视作芯片架构领域的“破局者”。那么，RISC-V对中国半导体来说有哪些意义？呼啸而至的AI时代，RISC-V又有哪些潜力？我们有理由相信RISC-V会在高端市场做大做强吗？
<与非网>对话Imagination计算产品部副总裁Shreyas Derashri，Andes晶心科技董事长暨执行长林志明，赛昉科技资深销售总监周杰，来探讨这些答案。
“至少未来十年中国仍是最大市场”
RISC－V国际基金会去年披露，截至2022年，市场上量产的RISC－V处理器已经达到100亿颗，而其中50％来自中国。Imagination计算产品部副总裁Shreyas Derashri认为，预计至少未来十年内，中国仍将是 RISC-V的最大市场，领先于亚太其他地区和美洲。作为一种开放架构，RISC-V不仅仅是满足日益增长的计算需求的有效替代方案，而且在许多方面还将更胜一筹。
他看到全球正在出现一些公司，为目标用例设计精确定制的RISC-V解决方案，这些CPU无需支持传统代码，就能带来显著的性能和面积优势。这更是带动了一股竞争和创新热潮——以功能性、高性能和协作性架构为支撑，正在为计算市场带来更多选择，减少对传统CPU的依赖。赛昉科技资深销售总监周杰告诉<与非网>，赛昉科技作为国内RISC-V处理器IP供应商的一员，之所以对RISC-V抱有如此高的热情与期待，是因为看到了一个市场变化：半导体产业中的创新变得更加民主化，同时，RISC-V的开放性和可定制性也使我国能够独立开发、部署满足特定安全需求的芯片产品。
周杰认为，越来越多的中国企业和机构采用RISC-V，其生态系统已经初具规模。随着各行业不断推出全新解决方案，将继续推动加速RISC-V商业化进程。参照近两年RISC-V在中国的发展进程，RISC-V将会持续促进我国半导体产业实现长期增长。
开源的RISC-V，崛起之谜
开源指令集并不是什么新鲜事物，不过，像Sparc、Power、MIPS等开源架构都是在热闹了一阵之后就趋于沉寂，为什么只有RISC-V短短几年就得到了迅速发展？长期来看，如何才能吸取“前车之鉴”？晶心科技董事长暨执行长林志明指出了区别所在，“RISC-V技术上的优点在于精简及模块化，允许工程师快速实现新功能并创新。指令集的灵活性使得创新成为可能，例如工程师可自行添加客制指令，这与之前提到的其他开源架构有所不同。”
“RISC-V 在正确的时间出现在正确的地点，它的出现与人工智能时代的到来相吻合。人工智能刺激了所有设备类型对计算性能的需求，从而鼓励SoC设计师创造传统计算的替代方法，无论是GPU、NPU 还是 RISC-V CPU。而RISC-V的快速发展是由于人们希望以更低的成本获得更多的选择和更好的性能”，Shreyas Derashri认为这是RISC-V得以迅速繁荣的一个原因。此外，生态也是RISC-V得以持续发展的关键。周杰认为RISC-V的兴起恰逢半导体行业对开源、低成本和可定制解决方案需求不断增长的时候，得到了一系列领先半导体公司、研究机构和开源社区的支持，“众人拾柴”是其短期内迅速发展的关键。相比之下，Sparc、Power、MIPS等开源架构由单家厂商推广，缺乏广泛的行业支持，生态系统较小，也因为可定制性较低，在其他市场上的采用十分有限。Shreyas Derashri谈到，正是因为SoC 设计人员看到了开放性处理器的短期和长期市场效益，再加上RISC-V国际组织的有效管理，以及通过 RISE等倡议团结RISC-V周围软件生态系统的共同努力，才促成了该架构的成功。林志明也认为，正是在全球热心人士和专家大量投入及RVI的领导下，有秩序而有效率地组成大量的团队，才能迅速开发和贡献更多的开源指令集，这在条件上也是优于其他开源架构的。总结以往开源架构的经验：一方面，要推动生态系统与ISA一起走向成熟，将确保其发展与应用市场保持一致；另一方面，对于过去曾经热门的架构开源化，持续推广并坚持初衷是很重要的，RISC-V社群应该持续观察情况，制定对策。
AI是RISC-V进阶的阶梯
AI正在变得无处不在，从智能手表到数据中心计算，每一台设备都有望实现一定程度的智能化。从这个意义上说，RISC-V 要想成为未来计算的可靠架构，就必须实现人工智能。这同时也是一个巨大的挑战，因为单一的指令集如何既能满足云计算对人工智能的高性能需求，又能满足消费类设备对人工智能的低功耗、小面积需求？Shreyas Derashri谈到，得益于RISC-V简化的架构，与传统CPU架构相比，它具有更高的性能和更低的功耗，这是支持AI革命的一个良好起点。RISC-V作为一种模块化、可扩展的架构，能够实现32位和64位地址空间，设计人员可从一系列扩展中进行选择，以支持高性能AI，包括从矢量操作到低精度浮点数格式；此外，该架构的设计可使其根据需要随时添加新的扩展和地址空间，以支持不断变化的应用需求。林志明强调，AI是RISC-V的强项之一。由于AI应用本身架构尚未归于一统，各种架构仍在发展中，形成了一种百花齐放的现象。在这种情况下，RISC-V架构允许使用者进行创新，同时引入了Domain-Specific Architecture (DSA) 的概念。
因此，许多AI领域的专家和公司都选择采用RISC-V架构来发展AI系统。确实，随着应用领域日趋细化，一些厂商纷纷投身于针对应用领域做优化的DSA，并以此形成核心技术，垂直领域的芯片定制化被认为是未来的趋势。那么，RISC-V厂商如何通过差异化定制获得竞争优势？周杰表示，根据特定应用设计芯片，能极大提升芯片能效比并降低通用芯片中软件开发成本。不过挑战也有，一方面在于厂商需要具备强大RISC-V软硬件研发实力，另一方面在特定领域尚未形成规模化的商业闭环。Shreyas Derashri认为，传统架构往往因为通用性牺牲了特殊性，而定制芯片可以为特定应用提供更高的性能、更低的功耗和更小的面积，由于RISC-V的特性，任何公司都可以比以往任何时候都更快地开发出这些芯片。
不过需要注意的是，设计人员要注意软件兼容性。软件社区是根据RISC-V规范而不是个别实施方案进行调整的，因此，不加考虑的定制可能会导致开发环境面临挑战并影响销售。
RISC-V能否在高端市场做大做强？
“商业上具备开放的标准，技术上拥有灵活的架构，让厂商可以按照应用去设计最合适的芯片。而高性能应用定义芯片，更能释放垂直整合的价值，也是RISC-V带来的最大的机会，可以说高端市场是RISC-V发展的必然” ，周杰认为。在他看来，随着人工智能技术的广泛应用和发展，中国算力规模急剧增长，数据中心作为算力底座，汇聚了各方资源，各架构处理器也正在向高性能、低功耗方向升级。数据中心是RISC-V最具前景的应用场景之一，RISC-V将有望在数据中心实现率先落地。从技术趋势看，数据中心将延续非传统架构服务器的发展趋势。为提高处理大规模并行任务的能力，下一代高性能计算芯片已呈现出以“多核”和“众核”为主的趋势，并逐步进入“众核时代”。众核处理器可以支持更多的并行任务和更大的数据集，而基于RISC-V的众核处理器设计路线将为高性能算力芯片提供更大的想象空间。根据周杰的说法，在数据中心场景，2024年会有多款RISC-V芯片落地。林志明也认为，RISC-V有机会在更多市场中取得更大份额，包括HPC、超算、汽车和数据中心，RISC-V将能够在这些应用领域提供更广泛的支持。“RISC-V 在高性能市场将大有可为，目前已经有一些公司在该领域进行产品开发甚至实现落地”，Shreyas Derashri谈到，在圣克拉拉举行的RISC-V峰会上，阿里巴巴、算能科技以及山东大学，就联合展示了RISC-V在云计算领域的首次商业应用。
此外，他认为汽车CPU是一个值得进入的市场，因为除了性能要求外，还要求功能安全。国际公认的ISO 26262 标准已经对此做出规定，该标准根据处理的功能或车辆的情况，对故障处理和故障管理提出了要求。目前，功能安全 RISC-V CPU 的开发已列入Imagination Catapult 系列产品路线图中。
碎片化——真风险还是伪命题？
理性看待RISC-V的AB面，其开放性其实也在一定程度上催生了各种扩展和变体的开发，从而满足特定应用程序和市场的需求。那么，该如何看待RISC-V的“碎片化”？它是必经过程，还是要尽力避免的重大挑战？“对于RISC-V的碎片化风险，这既是一种不可避免的现象，又是一个需要管理的重大挑战”，周杰认为。Shreyas Derashri表示，RISC-V向任何想要为任何市场设计CPU解决方案的公司开放计算创新，这种创新和创造力必须得到培养和鼓励；但是，只有当各个公司的创新所基于的基础架构是一致的、可信赖的，这种创新和创造力才会成功。产业界目前已有相关机构来进行规范管理，例如RISC-V 国际基金会，包括4000多家合作方成员，始终强调遵守监管框架的重要性，组织开发和维护指令集架构，运营RISC-V国际认证，以确保任何基于RISC-V的实现符合规范。此外，国内在2023年成立了RISC-V工委会，鼓励联盟内的协作和沟通，以解决生态碎片化问题，引导国内RISC-V产业从无序竞争走向协同创新，促进架构的持续发展。“在我看来，‘碎片化’是RISC-V所面临的一个假议题，或者说，所谓的碎片化程度并未达到所声称的严重程度。同时需要澄清的是，RISC-V的指令集是无法任意更改的，可随意修改和扩充的说法并不正确”，林志明强调。他认为，在RISC-V模块化的基础上，使用者可以添加特定的指令。然而，必须要注意的是，这些模块化指令集的掌控权在RISC-V国际基金会的技术委员会中，由多个工作组负责。这些指令集，如浮点运算、矢量和所有的RISC-V指令集等等，是不可修改的，使用者在使用时必须完全遵守RVI所定义的指令集，才能被视为兼容。
那么，用户如何添加指令呢？RISC-V制定了一个接口规格，允许用户在严格的规范下添加指令。这种方式确保了用户自行开发的指令不会被他人使用，同时在整体RVI所制定的模块化指令集上保持兼容性。
与x86、Arm三分天下，生态是制胜关键
除了寻求高端市场发展、规避过度碎片化的潜在风险，RISC-V与x86、Arm三分天下的关键最终还是有赖于生态的搭建。从历史经验来看，下游用户对于具体使用哪种内核可能不会特别在意，他们看重的往往是生态系统的丰富程度、易用性、安全性、设计门槛的高低，这其实也是RISC-V需要持续成长的方向。当前，在快速的崛起过程中，RISC-V软件生态也呈现出勃勃生机，正在从可用向好用、易用进步，软件生态不断丰富，安全性不断提升，应用门槛不断降低。“发展RISC-V软件，前提是要有能稳定量产交付的芯片硬件产品，不断适配应用场景的软件需求；其次，芯片厂商要发挥垂直整合的优势，参与到芯片生态系统的构建中，例如操作系统、开发环境、中间件、应用软件等，都需要芯片原厂发挥力量”，周杰表示，他以赛昉高性能RISC-V多媒体处理器昉·惊鸿-7110（JH-7110）的落地为例介绍说，通过软件的优化进一步提升了性能和稳定性，促进了在客户项目中的落地。此外，在应用实现过程中，通过强大的系统和工具适时解决用户问题、优化用户体验，也是得以持续推进的关键。以Andes晶心科技为例，已经推出了20多套RISC-V处理器IP和上百件对应资源的软件，包括各种软件库、驱动程序、以及完整的软件开发系统和工具环境。能够为不同的应用提供不同的生态系统支持。
再比如Imagination，Catapult CPU产品线在上市前都经过了全面优化和广泛测试。随着 RISC-V ISA 的发展，还设计了符合 RISC-V ISA 的解决方案。其CPU 在交付时都配备了功能齐全的SDK，其中包括基于LLVM的编译器和C运行时库。
写在最后
在半导体全行业对开源、差异化、可定制解决方案需求不断增长的时候，在AI迫切需要算力芯片加速创新的时候，RISC-V迅速崛起。正如春雨初生、春林初盛，正如风好时扬帆竞逐，RISC-V呈现出蓬勃的态势。随着技术的发展和生态系统的不断完善，RISC-V有望在中国乃至全球芯片产业中发挥更加重要的作用，推动全球半导体创新发展。
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