走入更高算力应用，生态繁荣前夜的RISC-V未来可期
发布时间：2024-3-15 15:59
发布者：eechina
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来源：半导体行业观察 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（Matrix）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（NoC）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（Windows+Intel），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 (BSC-CNS) 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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