打开网易新闻 查看更多图片




【摘要】RISC-V的爆火,恰如当年AndroidiOS带来的新鲜活力,解决开源和生态两大问题的基础上,芯片架构格局将挤进一位新玩家。

而当前飞速发展的AI需求,则是RISC-V铺开局面的重要土壤,基于自身开放、灵活高度可扩展、功耗和效率优势RISC-V正被认为是最适合AI发展的芯片架构。

迎来基于的同时,RISC-V路线生态尚且碎片化,后续要形成的合力仍有很多。

但在需求场景催生工具使用多元化的背景下,RISC-V的出现,无疑意味着选择和格局变迁的机会将陡然增多。

搜索添加芯流微信Aristodemus0403,深入交流更多半导体行业新进展(不建群),市场与项目咨询、人才服务、决策研判。

以下为正文:

2007年,史蒂夫·乔布斯手持初代iPhone,用一块光滑的玻璃和金属板,重新定义了手机,直到17年后的今天,iOS系统依然在全球声名赫赫。

但乔布斯一定没有想到,在初代 iPhone 发布会上因谷歌搜索和谷歌地图应邀上台的谷歌 CEO 施密特,正在私下密谋触屏版安卓手机。

后者产生了一个与iOS缠斗十余年的强大对手——Android系统。

两者在特征上有明显的相异面。iOS强调软硬件高度整合协同,拥有完善乃至严苛的安全性保障,Android则提供多样化的硬件选择、开放源代码的自由度以及广泛的应用和服务。

以致于搭载两款系统的手机问世后十余年,从未真正较出个高下,而受益者则是广大的用户。

历史总是惊人的相似,如今,在芯片架构领域,一个新的玩家正如当年Android冲击iOS一般飞速成长起来。凭借基于开源开放的特点,RISC-V架构在过去十余年中暗自发力,已经一跃成为 x86、ARM 最强有力的挑战者。

值得一提的是,RISC-V并不是唯一开源的指令集架构,此前不少指令集架构也有过短暂的辉煌,但终究未能走到我们眼前。前方面临强大的对手,身边拥有严苛的筛选标准,RISC-V 为何能够杀出重围,尤其在当下的中国市场大放异彩?

01芯片架构两重山:生态和自主

一款芯片架构想要真正站稳市场至少要满足两大门槛:其一要适配足够的生态,解决用户体量问题进而在商业模式上取得更高的灵活度;其二要拥有可靠的自主性,这个是国内厂商一直以来的重要关注点。

以上两个要素分开来看,不少玩家已经有所成果。但如果放在一起考虑,却往往涉及“鱼和熊掌”问题。

国内自主研发的厂商也不在少数,以龙芯和申威为代表,而要做到和市场主流兼容,还有很长一段路,生态暂时较弱。

主流的x86、ARM生态则面临天花板,先要绕过大量专利,靠开源的编译器规避诉讼,然后要长周期进行成果吸收转化,最终还是在这个圈子里转。

在此基础上,RISC-V则可能带来第三种解法。

具体而言,RISC-V是一种指令集架构 (ISA)。ISA 是 CPU 必须能够解释和处理的指令集的模板,以及它们如何运行的规范,可以将其视为 CPU 的编程语言。

与其他常见ISA相比,RISC-V的一个关键商业区别是,开源许可,公司可以自由使用它并从中获利,而无需向许可证所有者支付许可费。

目前,包括Arm和Intel都在收取修改 ISA 的费用,这意味着一旦有自主设计,成本变得更加昂贵,而这部分成本,往往还作为制造产品成本的一部分间接转嫁给消费者和企业。

以上是从本征上解决进入门槛问题,而生态问题则伴随这些年发展逐步达到了临界点。

过去,RISC-V架构主要应用于物联网领域。最近两年则向 AI 计算、车载、多媒体计算等领域渗透明显。场景落地的同时,RISC-V 核规格在不断升级,从 A5 提升到A7,甚至更高,其性能和功能也在不断提升。与此同时,超过 10 核的 RISC-V 版本也越来越多。

随着处理器能力不断升级,RISC-V开始登陆 PC、笔记本和服务器,越来越多软件跑在上面,生态问题才真正被解决。

今年8月21日开幕的2024年RISC-V中国峰会上,中国工程院院士、RISC-V工委会战略委员会主任倪光南透露:“根据2023年年底的数据,在芯片领域RISC-V IP核出货量达到130亿颗,完成了ARM经过30年才走过的历程。”这意味着RISC-V应用已经走到破晓前夜。

更重要的是,对中国政企研各界来说,这是一个摆脱地缘政治环境影响的关键机遇,在已有足够能力和市场体量的情况下,既然美国不遗余力构筑壁垒,我们不如重新回归到“科学无国界”的RISC-V上。

既然谁也控制不了谁,这个生态才真正回到你中有我、我中有你的共荣局面。

02AI正提供爆发土壤

AI概念本来意味着百花齐放、新意频出,但在已经发展几年后的今天,市场却意识到一个重要问题:AI不仅没有如想象中一样实现应用裂变,反而逐渐趋于同质化。

一个很重要的原因在于,算力使用对市场仍有门槛。厂商想要做AI建设之前,先要问问自己有没有足够的技术支持、有没有充足的资本支撑产品从建设到落地的全周期,如果没有,那只能先交由大厂来做,而对头部来说,这个AI建设的项目,可以烧钱,但至少不能比友商烧的多太多。

在这一痛点下,RISC-V提供了铺开局面的可能,甚至被部分业内人士认为是最适合AI的指令集架构。

具体而言,RISC-V AI芯片有两种主要模式:

其一,紧耦合模式(integrated),适合低功耗领域(RISC-V+AI)。以 CPU主干为骨架,集成在CPU内部,共享 PC(program counter)、寄存器堆等流水线单元;只是在执行单元部分增加了矩阵或向量单元。

其二,松耦合模式(attached),适合大算力领域(AI+RISC-V)。外挂在 CPU上,有自己独立的流水线、寄存器堆、缓存等,是“协处理器”,可以接收来自一个或多个CPU的指令;异步地执行不同CPU提交过来的任务。

这为当前国内AI发展提供了更多可能。正如当年的Android问世一样,并不一定要与谁争高下,而是根据本身的特点,在市场已有选择之外,提供一个更加低门槛、多样化的解决方案。

基于RISC-V构建AI算力的优势在于其开放性、灵活性,高度可扩展性、功耗和效率优势,在过往建立的丰富生态系统下,RISC-V能加快AI算力的发展并容纳更多玩家。

更重要的是,在这一领域,中美差距并不大。脱离了架构限制,站在同一起跑线竞速的情况下,中国厂商还拥有更丰富的市场体量,变数更大,也更加普惠用户。

目前,国内厂商在RISC-V IP和芯片领域已经有不少布局。

其中,RISC-V IP方向,代表厂商有芯原股份、平头哥、奕斯伟计算、芯来科技等。

国内IP大厂芯原股份已经推出了基于单核、双核和四核RV64CPU 集群的 RISC V 开放硬件平台,用以支持开源软件的开发和推广。这一平台集成了芯原在市场上已经大获成功的NPU 、GPU和ISP等,并提供相关 Linux 软件 SDK ,可帮助企业加快芯片软硬件设计和验证工作,将产品快速推出市场。公司也已有多个以RISC-V核为架构的客户项目正在进行。

平头哥RISC-V则以玄铁9系列为代表,2019即发布高性能处理器玄铁C910,支持16核,单核性能达到7.1 Coremark/MHz,主频达到2.5GHz,比当时业界最好的RISC-V处理器性能高40%以上。

不过,一位从业者反馈,平头哥的CPU IP不一定适用一些规模较大、有较高定制需求的服务器端的企业用户,一些企业还是会自己定制研发RISC-V的CPU。而在RISC-V领域,IP又是最成熟的商业模式,因此,不排除市面上会出现越来越多的CPU IP竞品。

2021年,平头哥完成了安卓10对RISC-V的移植,这是RISC-V处理器首次运行安卓系统,标志着RISC-V处理器真正迈入了高性能时代。2022年4月,C910上成功运行了安卓12.0系统,集成了多方关键组件,证明RISC-V完全可以兼容不断更新的安卓系统。

另一边,奕斯伟智能计算事业部目前也已经推出了多款基于RISC-V架构高性能AI SoC。

其中EIC7700X是全球首款搭载64位RISC-V乱序执行CPU及自研高性能NPU的AI SoC,基于四核的SiFive P550 RISC-V CPU内核,支持64位乱序执行能力, DMIPS跑分可以达到8.57分,超过竞品A76的指标,并且其还集成了NPU内核,AI算力约20TOPS,能够支持在端侧加速生成式AI大模型。

打开网易新闻 查看更多图片

RISC-V芯片方向,各家已经在物联网、智能穿戴、安防领域布局较多,逐渐向AI、通用领域迅速扩张。

目前,兆易创新的RISC-V芯片产品结合了存储和计算的优势,已经广泛应用于工业自动化和智能家居领域。同时,兆易创新也是首家推出RISC-V架构MCU的通用MCU厂商。

华米科技布局物联网产品,2019年推出了首款自研芯片黄山1号,成为全球首个应用RISC-V架构的可穿戴处理器,推出了新一代双核RISC-V架构的可穿戴芯片黄山2号。目前在可穿戴设备和健康云领域持续布局。

泰凌微在自研MCU内核取得成功的基础上,更进一步在业内率先推出采用RISC-V指令集架构的低功耗物联网芯片TLSR9系列。该系列芯片凭借强大的性能和丰富的特性,迅速进入各类物联网、消费电子和无线音频产品。

打开网易新闻 查看更多图片

03从1到N,挑战与希望均在

不过,开源、生态本身还只是一个必要条件,一个开源架构生态完全构建起来,软件、应用、人才、资金都将成为重要问题。目前 RISC-V 在中国发展如火如荼的同时,解决衍生性基础问题已经列入日程。

其一,目前 RISC-V 路线生态尚且碎片化。目前已有的商业化普遍大部分是过去布局的物联网和智能穿戴市场,市场表现中规中矩,各厂商依旧在半导体周期的起伏过程中。

兆易创新MCU产品2023年实现营收13.17亿,较2022年出现腰斩,毛利率从64%下降至43%;华米科技2023年实现营业收入24.95亿元,同比下滑39.77%;实现净亏损2.12亿元;泰凌微2023年营收6.36亿元,同比略增4.40%。其中,IOT芯片营收5.81亿元,音频芯片营收4672.81万元。

前述市场之后,如今顺势入局AI领域,各家实际还是单打独斗,市场整体暂时没有太多明确的技术主线和主导力量,国内外路线技术方案各不相同的情况下,想要弯道超车加速发展,乃至实现商业化,仍需要先让一部分力量汇聚起来。

其二,RISC-V架构的安全问题仍需更加重视。相比较ARM发展比较完备的安全架构拓展,RISC-V架构的主要安全关注点还是相对常规的内存保护,如PMP/MMU(物理内存保护/内存管理),但比较深入的安全架构描述并不多。各家厂商都在自己定义安全标准,但各厂商之间还有差异,尚未形成统一的标准。

对于RISC-V的CPU设计厂商而言,除了需要避免硬件BUG而产生能被利用的漏洞外,对RISC-V拓展更加可靠的安全机制也非常重要,而对于CPU设计厂商而言,具备软硬件的领军人物同样显得至关重要。

其三,目前已经有一部分自发形成的联盟力量,后续形成合力仍需相关科研院校、龙头企业的发力。这方面,已经有中国工程院院士倪光南、北京开源芯片研究院首席科学家谢涛、达摩院玄铁团队、奕斯伟、沁恒微、算能、芯来科技等持续布局。

政策端的支持正逐渐明朗。

“十四五”规划中,政府明确提出了加快芯片自主创新的战略目标,同时也给予了芯片产业各方面的政策支持和资金投入。同时,各级政府和领导也都在关注国内RISC-V产业发展。

工信部RISC-V工委会已经和雄安、北京、西安、成都、厦门、香港等地达成协议,将在这些地区率先开展RISC-V的应用推广倾斜性支持,雄安和北京亦庄专门建设了RISC-V应用展示中心。

今年RISC-V中国峰会上,峰会主席孟建熠则指出了下一阶段的发展方向,“打造具有市场竞争力的标杆产品,吸引更多的软件生态合作伙伴扩大投入,进而推动 RISC-V 大规模商业化应用”,商业化对一个新兴且具有广阔强劲架构来说,留待探索的路还有很多。

04尾声

iOS与Android的鏖战,不在乎孰强孰弱,而为厂商和用户使用甚至开发提供了不一样的体验,时代变迁至今,一款手机的系统使用开发场景已经能够根据需求而灵魂变化,甚至于iOS和Android也在相互吸收经验。

与此同时,市场还期待看到更多如纯血鸿蒙之类的新兴面孔。

需求场景催生工具使用的多元化,RISC-V的出现,选择和格局变迁的机会将陡然增多。

搜索添加芯流微信Aristodemus0403,深入交流更多半导体行业新进展(不建群),市场与项目咨询、人才服务、决策研判。

- XINLIU -

喜欢就奖励新流一个“”和“在看”呗~