关于开放源代码:开源的RISCV能否成为中国缺芯的解药

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作者:Decode

起源:PingWest 品玩 & 人民数字 TMT


2020 年 4 月,RISC-V 基金会首席执行官卡利斯塔·雷德蒙德(Calista Redmond)向基金会整体会员收回了一封告诉邮件。邮件上写着,“咱们现已在瑞士正式成立‘RISC-V 国际协会’”。

成立 5 年的 RISC-V 基金会原先总部在美国,因为放心受到政治因素影响,搬迁到了一贯以中立著称、有着反对开源传统的瑞士。

诞生于 2010 年的 RISC-V 是一个指令集架构,负责把软件程序的运行逻辑,翻译成 CPU 可能了解的“语言”。开源、容许任何人自在应用,是 RISC-V 最大的特点。相比之下,x86 和 ARM 指令集架构都是闭源的。前者主导了 PC 和高性能计算市场,但只有英特尔和 AMD 两家厂商能够应用;后者在挪动设施和 IoT 低功耗市场占据统治位置,但受权费非常昂扬。

近三、四年来,中国科技界越来越多人探讨和采纳 RISC-V。随着政治因素对科技行业影响的深入,以及 ARM 被英伟达收买,中国科技公司越发放心,把握在美国实体手里的 x86 和 ARM 架构,可能会在未来某一天被断供。

相对而言,开源的 RISC-V 没有相似担心。“对于国内企业来说,RISC-V 基金会总部正式迁徙至瑞士是重大利好。”国内一家 RISC-V 处理器厂商“赛昉科技”CEO 徐滔通知品玩,“这就意味着,采纳开源 RISC- V 指令集、开源软件和公开规范进行开发,将没有后顾之忧,置信这会给中国处理器 IP 带来自主倒退的契机。”

RISC-V 来到中国

工夫回到 4 年前,中国外乡晓得 RISC-V 的人寥寥无几,直到 RISC-V 基金会第一次来到中国举办研讨会。

2017 年 5 月 8 日,第六届 RISC-V 研讨会在上海交通大学微电子大楼报告厅揭幕,会议主题是“芯片架构的将来是什么”,超过 200 人加入。该研讨会此前曾经举办过五届,但都在美国,2017 年首次来到中国。

“自从 2017 年 RISC-V 在上海交大举办推介会之后,外乡对 RISC-V 才有了根本的认知。”徐滔在承受媒体采访时说。

不过,中国外乡也有多数人更早看到了 RISC-V 的后劲,比方芯来科技创始人胡振波。他曾在 Marvell(美满电子科技)、Synopsys(新思科技)、比特大陆等多家厂商从事芯片设计工作,自 2016 年就开始钻研 RISC-V,并且在 2017 年创立了中国第一个开源的、面向超低功耗畛域的 RISC-V 处理器内核 IP 我的项目“蜂鸟 E203”。

蜂鸟 E203 内核零碎示意图

内核 IP 是处理器外部的组成模块,在指令集根底上开发而来。因其具备可复用的条件,所以在芯片设计环节,逐步分离出来。有公司把内核 IP 做成了一门面向芯片设计者的生意。

RISC-V 指令集架构尽管是开源的,但从指令集开始设计一款芯片,不仅门槛高而且耗时长,因而广泛会采纳现成的内核 IP,包含开源的和付费的。

“ARM 在中国的影响力太微小了,中国因为在芯片处理器内核方面,长期不足自主的通用处理器内核,简直都是购买国外的 ARM 处理器内核外围,这曾经造成了习惯。”2018 年被问到 RISC-V 在国内流传的最大阻力时,胡振波说。

“对于 RISC-V 这样一种新的架构呈现,很长一段时间大家都是持狐疑态度。ARM 在中国还成立了合资公司,所以 ARM 在中国市场尤其显得强势,使得 RISC-V 在中国的流传,相比别的国家显得更加迟缓。”

一个有影响力的开源内核 IP,天然是 RISC-V 在中国外乡遍及的利器。在蜂鸟 E203 之前,开源的 RISC-V 处理器内核根本是国外的,并且文档十分匮乏,用户只能将其当做“黑盒”学习。胡振波认为,中国须要一款外乡简略易上手的、应用 Verilog HDL(一种用于数字逻辑电路设计的语言)编写的开源处理器内核,且需配套相干材料具体解说,将其“白盒化”。因而,除了开发蜂鸟 E203,他还写了一本专业书籍《手把手教你设计 CPU:RISC-V 处理器篇》。

不少爱好者、初学者和高校机构,都是从蜂鸟 E203 和这本书开始,逐步学习和应用 RISC-V 指令集。截至 2019 年 3 月,该我的项目在 Github 上被 Star 了 627 次,Fork 了 258 次。在基金会列举的开源内核我的项目中,被 Fork 数量排名第二,被 Watch 数量排名第三,被 Star 数量排名第四。

RISC-V 在中国提速

2018 年之后,RISC-V 在中国外乡的接受度和采纳度逐步进步。“很多人在前几年对 RISC-V 没有足够的认知,的确很多客户持张望态度。然而在外部环境变动以及 RISC-V 生态倒退趋于欠缺的状况下,很多客户当初思考或者曾经采纳 RISC-V 处理器内核。”徐滔通知品玩。

外部环境变动,标志性事件莫过于中兴和华为相继被断供要害零部件。2018 年 4 月 16 日,美国商务部禁止美国企业向中兴销售零部件、商品、软件和技术,以致后者业务中的芯片供给呈现短缺。2019 年 5 月 16 日,华为被美国列入“实体清单”,芯片危机成为全民探讨的话题,行业端放慢芯片自主化。

事实上,中国外乡对芯片自主化的尝试,始终没有中断过。“但有两条路被证实是走不通的,一条就是关起门来本人做一套货色,比拟典型的就是龙芯。因为芯片还是一个商品,性能再高,没人用就无奈体现出价值,所以必须有相应的生态系统施展价值。第二条路就是跟在他人前面,国内有许多公司做 x86、Arm、IBM Power 的芯片,在某些非凡畛域,用这些指令集架构的确能够做一些事件,然而因为受到 ISA(指令集架构)所属公司知识产权(IP)的管制,很难取得成功。”半导体行业资深人士方之熙在承受雷锋网采访时说。他曾任英特尔副总裁和英特尔中国研究院第一任院长,2018 年被任命为 RISC-V 基金会中国参谋委员会主席。

在特定的大背景下,RISC-V 凭借着开源个性,在中国外乡迎来凋敝发展期。

首先从政策层面来看。2018 年 7 月,间隔“中兴事件”不到 100 天,上海市政府公布了一份支持软件和集成电路的政策,其中明确提到“反对基于 RISC-V 指令集架构、32 位及以上的处理器芯片的研发及产业化”,并且要求“内核需领有自主知识产权”。我的项目施行周期规定在两年内(2018.7.1–2020.6.30)。由此,上海市成为中国外乡首个出台政策,反对 RISC-V 指令集的城市。

其次在行业层面,中国外乡相干的行业联盟逐步造成。RISC-V 生态的倒退,很大水平上是依附行业整体,而不像 x86 和 ARM 一样,系于某一家商业公司。比方,在海内 RISC-V 生态建设中,RISC-V 基金会(现更名为“RISC-V 国际协会”)起到了十分重要的作用。

2018 年 9 月,中国 RISC-V 产业联盟成立,聚焦于 RISC-V 产业落地。11 月,中国凋谢指令生态(RISC-V)联盟在世界互联网大会上成立,中科院计算所倪光南院士任理事长。两个联盟成立的初衷,都是为了推动中国外乡 RISC-V 生态的欠缺,不过中国 RISC-V 产业联盟聚焦于产业落地,中国凋谢指令生态(RISC-V)联盟更凑近学术界。

而在公司层面,2018–2020 年间中国外乡芯片行业波及 RISC-V 的初创成立和资本运作非常沉闷。

2018 年 4 月,阿里巴巴全资收买中天微。9 月,阿里巴巴在云栖大会上发表,将中天微和达摩院芯片业务进行整合,成立“平头哥半导体”。同月,中天微推出了基于 RISC-V 的自主指令架构 C-SKY,以及第一款 RISC-V 低功耗处理器 CK902,并且很快就取得了松果电子和伏达半导体两家客户。

2019 年 7 月,平头哥公布了 RISC-V IP 核玄铁 910。它反对 16 核,主频可达 2.5GHz,单核性能达到 7.1 Coremark/MHz,较业界支流芯片性能进步 40%,较规范指令性能高出 20%。

据电子翻新网报道,玄铁公布后,全志科技第一工夫赶到了平头哥进行测试。一年后,全志科技发表与平头哥合作开发基于玄铁内核的通用算力芯片,利用于工业管制、智能家居和生产电子等畛域,预计 3 年出货 5000 万颗。不过,全志科技采纳的是玄铁系列的 906 和 902,性能不迭 910。成立于 2007 年的全志科技,是国内老牌的芯片设计厂商,年出货量在亿级以上。过来,他们次要应用 ARM 受权,近年来开始采纳 RISC-V 指令集。

胡振波也在 2018 年 6 月 成立了“芯来科技”——一家专门做 RISC-V 内核 IP 的公司。在承受媒体采访时,他如此解释创建公司的初衷:“在我所开发的蜂鸟 E203 面世的时候,基本上还是与国外处于同一起跑线,然而我目击了国外很多业余 RISC-V 内核 IP 公司陆续呈现并飞速发展……国内的 CPU 业界依然停留在对 RISC-V 的质疑中,迟迟没有口头……我心急如焚,我对我的小伙伴们说,我要创建一家中国大陆业余做 RISC-V 内核 IP 的公司。”

自成立以来,芯来科技曾经造成了齐备的 IP 产品布局:100 系列、200 系列、300 系列、600 系列和 900 系列,涵盖了从低功耗到中高性能场景,根本能全面对标 ARM 的产品线。

芯来科技 IP 产品总览图

截至 2020 年 12 月,芯来科技的客户已笼罩国内外超 200 家芯片公司和零碎公司,并且其客户群体不乏行业头部企业。比方,2019 年 8 月,芯来科技和兆易翻新联合推出了寰球首个基于 RISC-V 的 32 位通用 MCU(微管制单元),其内核 Bumblebee 由两家公司独特研发。兆易翻新是国内 MCU 市场第一梯队选手,其以 ARM 架构为主的 MCU 产品曾经跻身高端市场,近年来开始尝试基于 RISC-V 内核的芯片。

芯来科技在资本市场上的体现,也很抢眼:2020 年 8 月,实现了一轮策略融资,领投方是小米长江产业基金;12 月底,又实现最新一轮融资,天际资本领投,中关村芯创集成电路基金、临芯投资和启榕创投跟投,老股东小米长江产业基金、蓝驰创投、新微资本持续追投。

芯片设计平台即服务公司“芯原科技”,也抉择了退出 RISC-V 营垒。这家成立于 2001 年的公司,是国内惟一一家在寰球半导体 IP 市场中,占有率排进前十的厂商。

谈到为什么会抉择 RISC-V 的起因,芯原科技创始人戴伟民示意,芯原作为芯片设计平台即服务公司,除了有设计服务业务之外,还领有大量的 IP,目前公司领有包含 GPU、VPU、数据压缩、神经网络处理器、ISP、DPU 等 IP,唯独短少 CPU IP,这是抉择 RISC-V 的重要起因。

关注到中国 RISC-V 生态倒退的,还有 RISC-V 指令集的开创团队。他们在 2015 年成立了一家推动 RISC-V 商业化的公司“SiFive”,取得高通、英特尔和三星三大半导体公司投资。2018 年,由 RISC-V 开创者和业内资深专家组成的团队,在中国建设了一个独立经营的外乡企业“赛昉科技”。

赛昉科技 CEO 徐滔在承受采访时说:“咱们团队领有 IC 产业界 20、30 年教训,笃信中国将成为世界上最大的 IC 市场和原产地,因而在技术和治理上须要有充沛的自主权,这是咱们成立赛昉科技的初衷。”

赛昉科技与 SiFive 是策略单干的关系,“从公司治理和资本构造来讲,赛昉领有独立的董事会,投资人也包含来自中国外乡的投资机构,企业也是外乡独立经营和治理”。

通过自主研发,赛昉科技将 RISC-V 技术进行本土化。比方,2020 年 9 月,赛昉科技公布了首个基于 RISC-V 的人工智能解决平台“惊鸿 7100”,次要面向主动驾驶、无人机、公共安全、交通管理和智能家居等畛域。12 月,赛昉科技推出全球性能最高的面向高性能计算场景的 RISC-V 处理器内核 —— 天枢系列处理器。

“赛昉科技已有 100 多个 Core IP 应用案例。”徐滔对品玩示意,“比方 2020 年 7 月,紫光旗下新华三半导体就采纳了咱们的 RISC-V 多核处理器,用于下一代高性能网络处理器中。”

相比专门的芯片厂商,作为一个终端品牌厂商,华米科技在 2018 年 9 月 17 日推出寰球首款 RISC-V 可穿戴处理器“黄山 1 号”,让很多人感到意外。

据腾讯一线报道,华米科技最早也在外部做过推演,评估本人做芯片是否有意义,是否找做芯片的公司单干就行了。不过,华米团队很快意识到,芯片等同于硬件的“心脏”,要想硬件性能好,首先须要固化“心脏”的 AI 神经网络,这须要云端大规模的数据能力训练进去。

华米做衰弱手环积攒了大量数据,这是其做芯片的劣势所在。而之所以在泛滥构架中抉择了 RISC-V,是因为这个构架的前瞻性,简略、平安、可扩大。早在 2016 年,华米就开始与 SiFive 在芯片畛域进行单干,并在 2018 年 6 月与英特尔和西部数码一起投资了 SiFive。不到一年,华米科技又参加投资了法国一家半导体公司 GreenWaves Technologies。这家公司是 RISC-V 开源生态中最早的芯片供应商之一,次要面向低功耗的 IoT 市场。

2020 年 6 月 15 日,华米科技又公布了黄山 2 号芯片。华米示意,相⽐于在可穿戴设施中常⻅的 ARM Cortex-M4 架构处理器,黄山 2 号的整体运算效率晋升了 38%。

通过一波疾速倒退后,中国外乡曾经造成了残缺的 RISC-V 产业链:在产业最上游,是芯片内核 IP 设计公司,这一类公司有阿里巴巴达摩院(中天微)、芯来科技、芯原科技和赛昉科技等;在产业中游,是芯片设计公司,比方兆易翻新、全志科技、北京君正和乐鑫科技等;产业上游,是终端品牌厂商,比方华米、小米、华为和阿里巴巴。

从中低功耗到高性能计算

因为 RISC-V 凋谢、模块化和可扩展性的个性,大部分 RISC-V 产品都聚焦于中低功耗市场,最大利用场景是 IoT。

据芯来科技介绍,因为摩尔定律和登纳德缩放比例定律的相继生效,通用处理器逐步无奈满足对整体系列能效比的谋求,基于畛域的架构设计(DSA,Design Specific Architecture)的设计理念,逐步成为共识和趋势。而 RISC-V 架构一个显著的特色,便是凋谢的可扩展性,便于实现面向特定畛域的架构设计。

此外,RISC-V 生态不如 x86 和 ARM 的问题,在 IoT 畛域也不是那么突出。这里的生态是指,软件栈是否欠缺,比如说操作系统。挪动设施、桌面设施和服务器,是对软件栈比拟依赖的市场。但 IoT 畛域,对生态依赖没这么大,是一个人造的“碎片化”市场。

据电子工程专辑报道,嵌入式软件协会副理事长何小庆说:“做生态最难的理论是挪动市场,其次是桌面、服务器。而 IoT 生态实则要容易得多,IoT 生态链自身就比拟短。”芯来科技 CEO 胡振波也表白了相似的观点:“服务器、桌面的软件生态难以逾越,但在嵌入式畛域,软件生态并没有人们设想得那么可怕,甚至并没有什么太大的软件生态。”

而对于碎片化可能会给 RISC-V 生态带来的问题,徐滔认为:“很多人认为 RISC- V 是开源凋谢的,很可能存在碎片化问题。咱们须要先辨别碎片化和多样化。碎片化就是用不同的办法做同样的事件。而多样化是采纳不同形式解决不同的问题。所以各种各样符合标准指令集的 RISC-V 处理器,不是碎片化而是多样化,因为理论需要各不相同,这些采纳不同 RISC-V 规范扩大指令的处理器解决了不同的问题。”

相比中低功耗市场,RISC-V 在高性能计算畛域的倒退仍不充沛。在承受与非网采访时,徐滔说:“咱们认为 RISC-V 通过数年倒退,在中低端应用领域曾经较为成熟,然而在高性能计算及人工智能应用领域上与其余架构处理器(次要是 ARM)相比拟还有差距,相干生态上的资源也无限。”

局部公司看到了 RISC-V 在高性能计算畛域的机会,赛昉科技正是其中一家。“高性能计算的新利用场景,对芯片性能和能效提出了新的要求。”徐滔通知品玩,“然而之前市场上现有的 RISC-V 处理器 IP,还都不能满足这类高性能计算的利用场景。”

2020 年 12 月 10 日,赛昉科技公布了全球性能最高的 RISC-V 处理器内核 - 天枢系列处理器。该系列处理器针对性能和频率做了优化,基于 64 位内核,采纳 12 级流水线和 7nm 工艺制程,频率最高可达 3.5GHz,由台积电代工,填补了 RISC-V 在高性能计算应用领域的空白。

RISC-V 外乡生态还缺什么?

从中低功耗市场到高性能计算畛域,RISC-V 在中国外乡逐步取得更多认可。但相比海内,中国外乡的 RISC-V 生态仍然有肯定的短板。徐滔通知品玩:“目前来看国内 RISC- V 生态短板,次要在人才、软件及利用生态等方面。”

细分来看,人才短板逐步补上,不少学校曾经开设或正在布局 RISC-V 的相干培训及课程,各类无关 RISC- V 的大学比赛相继召开,相干的书籍也逐步问世。

“对于软件及利用生态来讲,国内还尚无大型生态的胜利案例。”徐滔说,“特地是根底软件,比方编译器、调试器、OS、根底库、下层利用框架等,国内对于此类软件的整体贡献度都有所差距,然而目前的增长绝对较快。国内很多外乡企业曾经在继续欠缺此类软件,差距正在逐渐放大。”

此外,尽管中国外乡的学校、钻研机构、企业和集体爱好者对 RISC-V 有很高激情,但在规范的参加和奉献上,目前还是在起步阶段。

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