本文作者： 李晨光

本文來源： 半導(dǎo)體行業(yè)觀察

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　　“三分天下有其一”是業(yè)界對RISC-V架構(gòu)的定位和期許，開源帶來的開放生態(tài),、靈活性和高度可定制性,，讓RISC-V成為搭建計算生態(tài)的一種新選擇。

　　今年7月,，RISC-V International首席執(zhí)行官Calista Redmond就指出RISC-V架構(gòu)芯片出貨量已突破百億顆,，僅用12年就走完了傳統(tǒng)架構(gòu)30年的發(fā)展歷程,，預(yù)計2025年RISC-V架構(gòu)芯片更有望突破800億顆,。

　　不難看到，RISC-V生態(tài)發(fā)展正在顯著加速,。

　　但是,，RISC-V應(yīng)用此前更多集中在低算力的MCU市場以及生態(tài)依賴性低的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

　　對于RISC-V來說,，高性能領(lǐng)域是一個高價值的市場,，有利于RISC-V產(chǎn)業(yè)的商業(yè)化發(fā)展，躋身高性能領(lǐng)域,，是芯片架構(gòu)走向主流的重要標(biāo)志,。

　　隨著RISC-V生態(tài)完備度及市場需求的進一步增長，以服務(wù)器,、數(shù)據(jù)中心為代表的高性能領(lǐng)域成為RISC-V產(chǎn)業(yè)下一步的落子方向,。

　　Arm攻城拔寨，RISC-V苗頭漸起

　　在目前的CPU市場,，x86架構(gòu)及Arm架構(gòu)仍然是全球最為主流的指令集架構(gòu),。其中，x86架構(gòu)統(tǒng)治著PC及服務(wù)器市場,。

　　據(jù)IDC 2021年發(fā)布的《全球服務(wù)器季度跟蹤報告》顯示,，x86服務(wù)器收入占全球服務(wù)器收入的90.3%，非x86（包括Arm,、RISC-V等）服務(wù)器收入僅占全球服務(wù)器收入的9.7%,。

　　然而，面對這樣的市場格局,，自2008年開始,，壟斷移動市場的Arm便計劃進入服務(wù)器芯片市場，但由于當(dāng)時在服務(wù)器生態(tài)上的孱弱,，不少芯片廠商投入數(shù)年后便紛紛放棄該賽道,。

　　如今,，隨著云計算需求變革以及Arm體系性能和生態(tài)環(huán)境提升，一眾高手紛紛加盟,，企業(yè)開始逐漸轉(zhuǎn)向采用Arm架構(gòu),，帶動了云端采用Arm架構(gòu)服務(wù)器比例的增加，基于Arm架構(gòu)的服務(wù)器芯片陣營掀起了新一輪的“突圍”,。

　　Arm推出的Neoverse平臺也成為了向服務(wù)器領(lǐng)域滲透的關(guān)鍵驅(qū)動力之一,。

　　近年來，云服務(wù)商也在圍繞Arm架構(gòu)頻頻發(fā)力,，AWS自研服務(wù)器芯片Graviton的成功也引發(fā)了行業(yè)的潮流,，其他主要的云服務(wù)提供商也在積極布局Arm服務(wù)器項目。

　　除上云廠商外,，包括富士通,、Marvell、飛騰,、英偉達(dá)等廠商也均推出了Arm架構(gòu)服務(wù)器芯片,，Arm架構(gòu)服務(wù)器芯片正在取得快速的進展。

　　據(jù)TrendForce數(shù)據(jù)預(yù)測,，預(yù)計到2025年,，Arm架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心服務(wù)器滲透率將達(dá)到22%，數(shù)據(jù)中心處理器格局正在悄然發(fā)生改變,。

　　在Arm攻城拔寨的同時,，RISC-V也對數(shù)據(jù)中心市場產(chǎn)生了興趣。RISC-V架構(gòu)則憑借著于開源,、指令精簡,、可擴展、模塊化等優(yōu)勢,，在注重能效比的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域大受追捧,。但是，這并不意味著RISC-V無法進入更高性能要求的PC和服務(wù)器市場,。

　　在這個過程中,，涌現(xiàn)出一大批瞄準(zhǔn)高性能RISC-V的國內(nèi)外廠商，將該架構(gòu)應(yīng)用從低端微處理器逐漸探入高性能計算領(lǐng)域,。

　　此前,，RISC-V最顯著的標(biāo)簽是低功耗，平頭哥半導(dǎo)體在2019年率先推出最高主頻達(dá)2.5GHz的玄鐵C910,，突破了業(yè)界對RISC-V的性能想象,；今年11月底，國產(chǎn)RISC-V芯片廠商賽昉科技推出了全球首款面向PC應(yīng)用的高性能RISC-V芯片——昉·驚鴻8100；而后,，據(jù)福布斯12月12日報道,，芯片初創(chuàng)企業(yè)Ventana Microsystems公司在RISC-V峰會上發(fā)布了全球首款面向服務(wù)器的CPU——Veyron V1。

　　1. Ventana：首款面向服務(wù)器的CPU—Veyron V1

　　據(jù)介紹,，Veyron V1采用先進的5nm制程工藝,，基于Ventana自研的高性能RISC-V內(nèi)核，8流水線設(shè)計,，支持亂序執(zhí)行,，主頻高達(dá)3.6GHz，每個集群最多16個內(nèi)核,，多集群最多可擴展至192核,，擁有48MB共享三級緩存，擁有高級側(cè)信道攻擊緩解措施,、IOMMU和高級中斷架構(gòu)（AIA）,、支持全面的RAS功能、自上而下的軟件性能調(diào)整方法,，可以滿足數(shù)據(jù)中心的各種需求,。

　　據(jù)悉,，Veyron VT1每核性能可與Arm的Neoverse V系列（Amazon Graviton 3中的V1和Nvidia Grace中的V2）相媲美,，但時鐘更高。

　　值得一提的是,，Veyron V1采用了類似AMD EPYC處理器那樣的Chiplet設(shè)計,，允許客戶從Vnetana購買CPU、IO模塊,，然后跟自己的加速器IP進行集成,，最后成為一個完整的芯片。

　　按照計劃,，Veyron V1已經(jīng)流片成功,，預(yù)計將會在2023年年中正式推出，并在2023年下半年成功部署于數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施,。

　　2. 進迭時空RISC-V高性能核研發(fā)取得重大進展

　　進迭時空的第一代RISC-V融合計算處理器核X100在通用計算能力和面向應(yīng)用的融合計算能力上,，均取得了重大突破。X100的通用計算性能超過Arm A75,，在AI應(yīng)用,、視覺應(yīng)用、機器人應(yīng)用等方面則大幅領(lǐng)先Arm A76,。

　　鑒于上述在通用計算能力和融合計算能力上的突破,，X100非常適合用于邊緣服務(wù)器、高端智能機器人、自動駕駛等場景,。雖然市面上不乏RISC-V的計算核心,，但能落地和商用的國產(chǎn)高性能RISC-V核仍十分稀缺，X100 無論在規(guī)格,、性能,、融合算力上均達(dá)到了國內(nèi)的新高度。

　　目前搭載X100處理核,，由進迭時空自主研發(fā)的高性能SoC也在同步開發(fā)中,，并與多個合作伙伴展開深度的技術(shù)合作。進迭時空將為行業(yè)提供算力更強大,，性能更優(yōu)越的RISC-V計算芯片,。

　　3. 睿思芯科：RiVAI P600邊緣計算處理器發(fā)布，瞄準(zhǔn)差異化市場

　　ICCAD 2022活動上,，國內(nèi)RISC-V廠商睿思芯科發(fā)布了新一代邊緣計算處理器RiVAI P600,。據(jù)悉，RiVAI P600 采用多核多線程的先進設(shè)計架構(gòu),，擁有高效的數(shù)據(jù)并行處理能力,，特別適用于通用計算兼具數(shù)字信號處理需求的應(yīng)用，如數(shù)據(jù)中心,、存儲,、WiFi6/7、DPU,、5G通訊等場景,，為更高計算需求提供算力。

　　此外,，RiVAI P600在架構(gòu)設(shè)計上兼容自研Mesh互聯(lián)架構(gòu),，通過簡單升級即可支持16-32處理器核心，并支持DDR5和PCIe Gen5,，廣泛面向數(shù)據(jù)中心新型存儲和智能網(wǎng)絡(luò)等應(yīng)用,。

　　如今，P600已經(jīng)與中茵微電子等數(shù)家行業(yè)頭部合作伙伴聯(lián)合打造在數(shù)據(jù)中心應(yīng)用領(lǐng)域的產(chǎn)品落地,，采用先進工藝制程完成流片和硅驗證,，預(yù)計將于今年年底正式開始市場應(yīng)用。

　　今年以來,，睿思芯科產(chǎn)品發(fā)布步履不停：6月,，睿思芯科發(fā)布首個高性能RISC-V向量處理器DSP IP：RiVAI V7，首次將向量處理器引入專業(yè)音頻DSP領(lǐng)域,，瞄準(zhǔn)高品質(zhì)音視頻領(lǐng)域,，滿足蓬勃發(fā)展的AR/VR,、游戲及機器學(xué)習(xí)領(lǐng)域?qū)?fù)雜數(shù)字信號的算力需求。目前RiVAI V7已經(jīng)落地,，在國際知名頭部客戶中完成芯片集成與驗證,，進入量產(chǎn)階段。

　　7月,，睿思芯科亮相DAC大會進行專題演講,，展示發(fā)布其針對視頻圖像處理與機器學(xué)習(xí)的新產(chǎn)品RiVAI V9+。而本次發(fā)布的RiVAI P600邊緣計算處理器,，再次瞄準(zhǔn)差異化市場,。

　　隨著產(chǎn)品線拓展，睿思芯科旗下基于RISC-V的差異化IP產(chǎn)品將產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),，進一步拓展RISC-V芯片的能力池,，從技術(shù)儲備、開發(fā)生態(tài)到硅驗證,，提供優(yōu)秀的PPA性能,，保證合作芯片量產(chǎn)落地。

　　4. 賽昉科技：RISC-V在高性能計算領(lǐng)域大有可為

　　賽昉科技也在ICCAD 2022 期間表示：“隨著RISC-V基礎(chǔ)指令集的完備,、RISC-V IP核的性能突破,、高性能RISC-V芯片的相繼推出以及軟件生態(tài)的日趨完善，RISC-V架構(gòu)適合所有的計算場景,，除物聯(lián)網(wǎng)外,，在高性能計算領(lǐng)域亦大有可為?！?/p>

　　據(jù)介紹,，賽昉科技自研的高性能RISC-V處理器內(nèi)核——昉·天樞已被諸多芯片客戶使用，被應(yīng)用于HPC,、數(shù)據(jù)中心、PC等場景,。昉·天樞是當(dāng)前可交付的最高性能的RISC-V處理器內(nèi)核,，性能對標(biāo)Arm Cortex A76，采用12級流水線設(shè)計,，可實現(xiàn)超標(biāo)量,、深度亂序執(zhí)行等。

　　中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所研究員包云崗也指出,，中科院RISC-V處理器香山定位于開源,、高性能的公版IP核。如果有Arm A76以上算力的需求,，香山是一個可以考慮的選擇,。

　　前不久，騰訊宣布加入RISC-V陣營或許也是為了研發(fā)服務(wù)器芯片；SiFive,、英特爾與谷歌等國際廠商也開始為RISC-V進軍數(shù)據(jù)中心鋪路...

　　業(yè)界正在用行動證明,，高性能不再是RISC-V的禁忌之地，向高性能發(fā)展是RISC-V發(fā)展的必然趨勢,。

　　與此同時,，Arm近期又宣布禁止把性能先進的Neoverse V系列授權(quán)給中國芯片企業(yè)，Neoverse V系列正是為服務(wù)器芯片而研發(fā),。如此一來,，中國芯片企業(yè)勢必迅速轉(zhuǎn)向RISC-V架構(gòu)，促使中國加快推動RISC-V進入服務(wù)器芯片等高性能領(lǐng)域,。

　　一個新架構(gòu)要深入到原有市場,，往往都是遵循“從低到高”滲透，比如IoT-智能機-PC-服務(wù)器這種路線,。

　　只不過RISC-V可能會略有區(qū)別,。嘉楠捷思副總裁湯煒偉表示，由于C端的用戶數(shù)量龐大,，對于軟件完備度要求很高,，因此需要體驗足夠好才能實現(xiàn)。但服務(wù)器市場則由于應(yīng)用相對少,，相對會比C端更具進入機會價值,，也更具可替代性。

　　其次是由于服務(wù)器的相對軟件棧寬度要略窄一些,，解決幾個軟件問題就可以突破市場,。因此， RISC-V會更先滲透到服務(wù)器領(lǐng)域,，但能走多遠(yuǎn)很大程度上取決于生態(tài)里合作伙伴的能力和努力,。

　　進軍數(shù)據(jù)中心，RISC-V挑戰(zhàn)尚在

　　RISC-V在初步證明其商業(yè)化可用的路上,，發(fā)展速度非?？臁Ｔ贗oT市場站穩(wěn)腳跟后,，正在往更高性能,、更加縱深的方向去發(fā)展。

　　RISC-V基金會CTO Mark Himelstein透露,，RISC-V在未來幾年將會發(fā)力汽車,、數(shù)據(jù)中心和安全等多個應(yīng)用領(lǐng)域，包括最近備受關(guān)注的加速器和智能網(wǎng)卡也是RISC-V未來幾年的關(guān)注重點,。

　　如果說穩(wěn)定性是RISC-V的安身之本,，開放性是RISC-V的生命力,，那么，向高性能領(lǐng)域邁進就是RISC-V的競爭力所在,。

　　然而,，RISC-V要想成功登陸數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、個人電腦等高性能市場,，還有很大的距離,，面臨諸多挑戰(zhàn)。

　　平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠此前在接受筆者采訪時表示：“數(shù)據(jù)中心肯定是RISC-V要往這個方向走的非常重要的一個方向,，基金會現(xiàn)在其實是把數(shù)據(jù)中心作為一個很重要的方向在推進,。但要往高性能發(fā)展，處理器首先本身要在性能上有突破,，需要投入大量的研發(fā)精力和資金投入,；其次，往高性能走,，處理器的穩(wěn)定性也非常重要,。上層軟件棧越厚，軟件與硬件的協(xié)同優(yōu)化就越困難,，必須要求足夠的硬件穩(wěn)定性來適配更復(fù)雜的應(yīng)用場景,。”

　　而對于RISC-V向高性能領(lǐng)域發(fā)展在軟件上的挑戰(zhàn),，中國科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍指出,，目前有很多核心的基礎(chǔ)軟件沒有很好的跑在RISC-V平臺上。這里可能會有指令集規(guī)范還不成熟的問題,，但更多的是這些基礎(chǔ)軟件包之前都是在X86和Arm上面去跑,，從維護者、社區(qū)的角度,，還沒有把RISC-V當(dāng)成Tier-1或者First-Class-Citizen度去對待,。這里面有理念問題，有投入問題,，也有商業(yè)利益回報問題,。

　　基礎(chǔ)軟件的意義是避免生態(tài)碎片化，避免大家在同樣的指令集架構(gòu)下還去“造輪子”,。因此在一些基礎(chǔ)的編譯工具鏈、操作系統(tǒng),，比如GCC/LLVM,，Linux等，希望整個行業(yè)能夠合力去共同打造,，而不是說每個RISC-V處理器廠家都要自己做一套,，這其實是一個很大的浪費,。

　　另外，開發(fā)者關(guān)心的外設(shè)IP授權(quán)問題依然在短期內(nèi)難以突破,，也是高性能RISC-V發(fā)展道路上的一大攔路虎,。

　　不過武延軍表示，RISC-V基金會理事會正在嘗試探索開源軟件曾經(jīng)走過的路,。開源軟件在初期發(fā)展階段也遇到過專利訴訟,，當(dāng)時為了解決這一問題，IBM,、英特爾,、Linux基金會以及自由軟件基金會發(fā)起了名為“Open Invention Network（OIN）”的組織，組建專利池,，凡是加入OIN組織的機構(gòu)都需要簽署相應(yīng)協(xié)議放棄對相關(guān)專利的主張,，共同抵御外部的專利訴訟。

　　“如果未來RISC-V也能形成這樣的模式,，對于外設(shè)IP專利上的障礙可能會逐掃清,。但畢竟基礎(chǔ)軟件和半導(dǎo)體兩個行業(yè)不同，半導(dǎo)體行業(yè)的專利布局和獲利的歷史更久一些,，形成的障礙,、壁壘會更多一些，可能比軟件的難度要大很多,?！蔽溲榆娬f道。

　　寫在最后

　　RISC-V于2010年誕生,，發(fā)展至今,，野心初露。

　　回過頭看,，無論是Windows+Intel,，還是Android +Arm，以及那些早已凋零的MIPS,、PowerPC等芯片架構(gòu),，決定競爭終局的或許從來不是技術(shù)本身，而是豐富的上層應(yīng)用,、高效的軟硬協(xié)同以及爆發(fā)的市場需求,。

　　總結(jié)起來就是兩個字：生態(tài)。

　　對于RISC-V未來的生態(tài)發(fā)展趨勢,，無論是IoT市場的規(guī)?；瘧?yīng)用，還是高性能領(lǐng)域的未來潛力,，RISC-V這個新興架構(gòu)正吸引著全球眾多參與者躬身其中,。當(dāng)前,，國內(nèi)外各大科技公司正在大力布局RISC-V架構(gòu)，通過這款開源,、精簡的架構(gòu)平臺,，設(shè)計出所需的芯片產(chǎn)品，或者通過RISC-V延伸出其它的生態(tài)系統(tǒng),。不管是軟件還是硬件,，RISC-V的適配能力正逐步擴大。

　　展望未來,，RISC-V與Arm和X86將會在競爭過程中逐漸找到自己的定位,，不斷融合、互相借鑒,、長期共存,，形成“三分天下”的局面，在各自擅長的領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢,。