RISC-V 12年出貨量累計超100億顆,中國公司占據半壁江山

時間:

2019-07-23

瀏覽量:

來源:

國際電子商情

RISC-V 12年出貨量累計超100億顆,中國公司占據半壁江山

在RISC-V出現之前,歷史上已經出現過多種指令集架構(ISA),比如DEC(PDP-11、VAX、Alpha)、英特爾(i960、i860、Itanium)、IBM?360、MIPS、SPARC、Arm等,各自命運跌宕起伏。其中,IBM?360指令集架構擁有超過50年的歷史,是現存最老的指令集架構,得益于良好的軟件生態,IBM目前仍能夠銷售大型機;MIPS先后被賣給了Imagination和Wave?Computing公司,現在也走上了開源的道路;Sun公司將SPARC開源后又被Oracle公司并購,如今已消失無影蹤...

2010年,RISC-V項目創始人David Patterson、Andrew Waterman、Yunsup Lee和Krste Asanovic開始思考,既然在互聯網、操作系統、數據庫、編譯器、圖像等行業都有開放的標準、免費及開放的實現方式和私有化的實現方式,那么有沒有可能在處理器IC領域也打造一個真正開源的、免許可、免授權費用指令集架構?未來,能否用模塊化IC或者是用軟件定義硬件的理念,輔之以社區的方式,去設計和維護相關標準?在這一背景下,RISC-V項目應運而生。

“總的來看,RISC-V技術完善度越來越高,生態多樣性越來越體現,參與者越來越多”。 2022 RISC-V中國峰會主席、平頭哥半導體副總裁孟建熠提供的數據顯示,目前,RISC-V國際基金會已經布局70多個技術小組開展技術標準制定;超過160個面向各領域處理器核,各行業滲透率越來越深;SPECint性能首次超過10分,進入高性能計算的行列;會員超過3100家,比2021年增加130%。Semico Research則預計,到2025年全球將有624億顆RISC-V架構的處理器內核。

RISC-V 12年出貨量累計超100億顆,中國公司占據半壁江山

2022 RISC-V中國峰會主席、平頭哥半導體副總裁孟建熠

一些標志性的事件也令人印象深刻,包括:

  • RISC-V處理器在IoT的應用規模超100億,用12年的時間完成了走出校園到量產100億顆初級階段。更為重要的是,中國公司的出貨量占50%,在技術和應用上的貢獻度越來越高。

  • Clockwork發布首臺基于RISC-V的便攜式計算機,盡管性能還比較弱,但或許10年后來看,它的一小步可能是RISC-V架構的一大步;

  • Intel設立10億美元創新基金,全面支持RISC-V生態發展;

  • SiFive估值超25億美元,賽道熱度快速提升。

孟建熠預測稱,隨著RISC-V技術和應用的繼續演進,以下3個趨勢將成為必然:首先,RISC-V將繼續向高主頻、高性能演進,2022年將成為RISC-V生態性能從1GHz走向2GHz之年;其次,隨著穩定硬件的出現,RISC-V架構軟硬件全棧成為必然趨勢,從IP到SOC、到開發板、SOM、操作系統和應用軟件等方面將得到全面的優化;最后,RISC-V架構將走向更廣的生態合作,在商業合作上將會有更多的新模式、軟件持續豐富,應用不斷多樣化。

商業ISA的浮沉

其實在RISC-V出現之前,歷史上已經出現過多種指令集架構(ISA),比如DEC(PDP-11、VAX、Alpha)、英特爾(i960、i860、Itanium)、IBM 360、MIPS、SPARC、Arm等,各自命運跌宕起伏。其中,IBM 360指令集架構擁有超過50年的歷史,是現存最老的指令集架構,得益于良好的軟件生態,IBM目前仍能夠銷售大型機;MIPS先后被賣給了Imagination和Wave Computing公司,現在也走上了開源的道路;Sun公司將SPARC開源后又被Oracle公司并購,如今已消失無影蹤。

最終,經過時間和市場的檢驗,超過99%的筆記本/臺式機/服務器芯片都是基于AMD64指令,超過99%的手機及平板的芯片都是基于Arm v7/v8指令架構。之所以會出現這樣的情況,業內人士分析稱主要原因在于這些指令集架構的生命力往往與核心公司的經營狀況、股權結構、商業目標、戰略規劃息息相關,“一榮俱榮,一損俱損”,存在著很大的風險。

和歷代指令集架構相比,RISC-V主要有五點區別:

(1)簡潔:較其他商用指令集小很多。

(2)全新設計:吸取了前輩的經驗教訓,用戶和特權指令集明確分離,和微架構/工藝技術脫鉤。

(3)模塊化ISA:提供短小精干的基本指令集+標準擴展(1+N),為將來預留足夠空間。

(4)穩定性:基本及標準擴展ISA不會再改變,通過可選擴展而非更新ISA的方式來增加指令。

(5)通過社區進行設計:由行業或學術專家及軟件開發者組成的社區進行設計,可以共享RISC-V軟件生態系統。

可以將傳統CPU增量ISA和RISC-V ISA分別比喻為“大而全的自助餐”和“想吃什么點什么的菜單”。簡單來說,就是傳統CPU ISA猶如大而全的自助餐,各種應用所需指令應有盡有,不管想不想要,人均消費300元;而RISC-V ISA的設計理念更像是為用戶提供了“必選菜+可選菜”的菜單組合,基礎指令是必選菜,可擴展指令是可選菜,用戶可以根據自己的需要,自主選擇不同的菜品組合,消費金額大幅下降。

當然,菜單中“菜品”的增加與否,會由RISC-V基金會決定何時在菜單中添加一個新菜(擴展指令),并在硬件和軟件技術委員會(IG)進行擴展指令集的公開討論后,只會就技術來討論增加的重要性。即使菜單上出現了新菜,它們仍然是可選的,而不是所有未來實現的必須要求。這樣,硬件是否需要實現完全取決于應用程序的需要,模塊化組合方式實現了更小的面積和更低的功率,這對嵌入式IoT應用至關重要。

時機成熟了嗎?

對于任何新技術,特別是一項開放標準,人們總是會問“時機已經成熟了嗎?”這樣的問題。那么,RISC-V目前處于什么階段呢?包括生態系統、芯片/系統開發人員的平臺選擇、安全性、軟件、投資等在內問題是否得到了很好的解決?

中國科學院軟件研究所總工程師武延軍研究員對此回應稱,Arm指令集經過了30多年的發展才達到目前的狀態,而RISC-V指令集到現在只有短短12年的時間,但2021年的出貨量就超過100億顆,軟硬件生態也得到了極大的豐富,從他個人的角度來看,“RISC-V的商用時機已經到來,雖然目前可能還是局限于一些對算力和軟件生態豐富程度要求并不太高的領域。”

如果從生態繁榮程度進行對比,RISC-V目前可能處在Arm在2000-2005年的階段——市場上關于Arm的資料、書籍、培訓班大量出現,企業對Arm開發者需求爆增,在嵌入式領域與X86、MIPS展開了非常激烈的競爭。RISC-V現在的情形與那時非常相似,教育科研、文檔材料、人才培訓、商用場景、出貨量…整個生態系統處于發力的階段,無論是個人還是企業,都已經走出了觀望的階段。

RISC-V 12年出貨量累計超100億顆,中國公司占據半壁江山

中國科學院軟件研究所總工程師武延軍研究員

“RISC-V跟其它主流架構相比,最大區別在于它是開源的,這就可以調動全球生態的力量去改進升級,這樣就會讓它更易并行去完善技術、率先響應新的需求,這跟傳統上一家公司維護一個架構是完全不同的模式。”孟建熠強調稱,從產業的角度來看,RISC-V是在以開源的方式推動一種新的體系結構,就像Linux這種全球開源的操作系統一樣,大家都可廣泛參與,都有機會,“那些在體系結構上尋求創新和突破的公司可以持續進來了。“

RISC-V在中國更加“普惠”

“中國芯”一直是一個很熱的話題,政府、產業、基金、市場都非常有興趣想去了解RISC-V指令集會給他們的產品和商業模式帶來哪些影響;另一方面,芯片產業涉及的領域極廣,從傳感器、圖像/音視頻處理,到5G通信、GPU、人工智能,再到最頂層的CPU,然而從國內的實際情況來看,國內在CPU方面投資巨大,但投資效率不高,甚至事倍功半,所以當開源免費的RISC-V指令集出來之后,中國產業界自然對其抱有極大的期望。

巨量的市場、大規模的計算機工程師團隊和專業人才、足夠豐富的應用場景,是中國相對于世界上其它國家而言具備的獨特優勢,被認為最能充分發揮RISC-V的多樣性特點。

RISC-V國際基金會CTO Mark Himelstein指出,“RISC-V是人類第一次以開源開放模式,由全世界參與構建的計算生態體系。“在武延軍看來,這也是中國從發展初期就可以深度參與、發揮核心貢獻的新指令集架構和新生態,是難得的歷史機遇。另一方面,中國沒有國外老牌廠商和機構的歷史包袱,沒有已經存在的商業利益,使中國有機會在一個全新的視角、一個全新的架構下面進行一些開創性工作。但相應的劣勢也比較明顯,就是中國目前在一些技術領域,尤其是在處理器IP核與核心基礎軟件(編譯工具鏈、操作系統)方面,沒有國外巨頭在歷史上積累的豐富經驗,在高端核心人才和知識產權方面的儲備也存在一定差距。

例如,從軟件的角度來看,目前還是有很多核心基礎軟件沒能很好的運行在RISC-V平臺上,這里既有指令集規范不成熟的問題,但更多的是這些基礎軟件包之前都運行在X86和Arm架構上,維護者和社區還沒有把RISC-V當成Tier-1去對待,這其中涉及理念、投入和商業利益回報等多個問題。

孟建熠則提醒產業界說,接下來,RISC-V硬件架構還需要變得更加穩定和可靠,這樣才能確保上層軟件的適配更加容易,更加豐富,為各領域今后向縱深方向發展奠定基礎。道理其實也不復雜,因為上層軟件棧越豐富,就愈加看不到底層的硬件架構,所以硬件的穩定性是軟件無縫移植的基礎。

因此,在剛剛結束的2022 RISC-V中國峰會上,幾家本土頭部企業也都帶來了自己最新的RISC-V芯片平臺:

阿里平頭哥發布首個高性能RISC-V芯片平臺“無劍600”及SoC原型“曳影1520”,首次兼容龍蜥Linux操作系統并成功運行LibreOffice,刷新全球RISC-V一系列紀錄。基于無劍600軟硬件全棧平臺,開發者和廠商可快速開發RISC-V芯片,推動邁向2GHz高性能RISC-V邊、云應用新時代。

賽昉科技則發布了全球首款量產高性能RISC-V多媒體處理器——昉·驚鴻7110(JH7110),和全球性能最高的量產RISC-V單板計算機——昉·星光2(VisionFive 2),推動RISC-V在高性能應用領域漸入佳境。

中科院計算所、北京開源芯片研究院、騰訊、阿里、中興通訊、中科創達、奕斯偉、算能等形成的聯合研發團隊,開始開展第三代香山(昆明湖架構)的聯合開發。中國科學院計算技術研究所研究員包云崗在博文中寫道:香山聯合團隊的形成,標志著得到了香山及其開源模式得到了產業界的初步認可,為跨越“從原型到產品”這個死亡之谷邁出了關鍵一步。

RISC-V 12年出貨量累計超100億顆,中國公司占據半壁江山

中國科學院計算技術研究所研究員包云崗

“今后,如果開源軟件與RISC-V的開源架構能夠很好地實現整合,提供非常好的軟硬一體解決方案,那么在Total Solution上就會非常好的呈現出它的普惠特點。”孟建熠說。

結語

盡管RISC-V相關軟硬件技術和生態未完全成熟,高性能芯片的商用落地尚需繼續尋求突破。但中國工程院院士倪光南表示,要實現芯片產業自主可控的目標,就必須要打破主流CPU架構壟斷的格局,RISC-V的出現為推動中國芯片產業發展提供了新的機遇。而生態發展是決定RISC-V從物聯網邁向高性能應用領域的關鍵,需要社會各界的共同努力。