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半岛彩票全球芯片竞赛下国内开源RISC-V架构进展几何?|硅基世界

发布时间:2023-08-25 13:25浏览次数: 来源于:网络

  半岛彩票国内芯片设计公司基于RISC-V架构研发的64位服务器芯片开发板(来源:受访者提供)

  钛媒体获悉,8月23日RISC-V中国峰会上,中国工程院院士倪光南表示,开源RISC-V在中国具有超大规模的市场、丰富的应用场景和庞大的工程师群体推动下,已成为中国最受欢迎的CPU芯片架构。

  “今天,开源软件已经成为软件发展的主流,我们相信开源RISC-V也将在硬件领域创造类似的成就。中国愿意拥抱开源,和世界协同创新,鼎力打造强大繁荣的RISC-V生态。”倪光南表示。

  事实上,随着中美持续芯片脱钩和“逆全球化”加剧,国内开始加速拥抱开源RISC-V架构发展,以避免在主流CPU芯片架构上受制于人。

  据悉,RISC-V是一种开源精简指令处理器,其起源于美国加州大学伯克利分校Krste Asanovic教授、David Patterson教授等人的课题研究。

  实际上,现在正广泛应用的指令集架构ARM和最新的RISC-V,都源自1980年代的精简指令计算机RISC。区别在于,ARM是一种封闭的指令集架构,应用ARM架构的厂商只能根据自身需求调整产品频率和功耗,不得改变原有设计。

  而不同于存在授权限制的x86和ARM架构,RISC-V具有精简、开源等特性,可开发更适应特定需求的独特芯片,并打破了x86、ARM架构高价授权费、定制化困难的惯例。

  经过几十年的发展演变,CPU架构变得极为复杂和冗繁,ARM架构文档长达数千页,指令数目复杂、版本众多,且彼此之间既不兼容,也不支持模块化,并且存在着高昂的专利和架构授权问题。相反,RISC-V在设计之初就定位为完全开源的架构,同时模块化使得用户可以根据需求自由定制不同的指令子集,引起行业广泛关注。

  RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond在8月24日主旨演讲中表示,中国是RISC-V国际基金会社区中最为重要的领导力量之一,目前有超过700家中国芯片相关企业在2022年筹集了190亿美元,预计2030年中国芯片设计市场将占整个全球近25%(1/4)。

  根据公开的数据,从2021年到2027年,中国的RISC-V内核预计将占据全球出货量的大约50%。

  今年RISC-V中国峰会上,阿里平头哥、算能等多家芯片设计公司发布新品。

  其中,北京开源芯片研究院则公布第二代“香山”(南湖)开源高性能RISC-V处理器内核等,性能已超过ARM A76;阿里平头哥发布了首个自研RISC-V AI平台,较经典方案提升超8成性能,支持运行170余个主流AI模型,而且下半年还会发布与安卓、WebOS等技术的结合,从而推动高性能RISC-V芯片落地应用;算能则公布RISC-V CPU SG2042服务器集群;深度数智发布了全球首台原生RISC-V开发的笔记本电脑DC ROMA。

  目前国内RISC-V企业主要分为两派:一种是利用RISC-V架构销售IP核,例如SiFive等,另一种是通过RISC-V架构设计出芯片产品,并流片、量产和销售,部分环境还会使用其他公司的RISC-V IP 核量产芯片,例如阿里平头哥、芯来科技、算能等。

  会后交流环节,北京开源芯片研究院首席科学家包云岗对钛媒体App表示,随着 AI 算力和大模型数据迁移需求增加,RISC-V都能够在其中发挥很大的作用。通过基于RISC-V的高性能处理器IP,可以让计算效率更高,而且他相信,RISC-V的开放性能够带给行业更多的创新机会,尤其是面对未来的一些应用场景。

  “ARM当年爆发是在于手机市场,而我们看到 AI 领域能够加入RISC-V架构,引起其本身有一个非常大的特点,就是灵活和可扩展性,可以加DSA,加一些加速计算东西在里面。如果今天能够把这些能力充分应用在AI领域,能够让CPU的能力配合这些扩展,把它们的能力结合起来,RISC-V就能打入AI领域。”平头哥半导体生态副总裁杨静表示,RISC-V除了需要提高计算能力,也要加强 AI 能力,她称这是平头哥下面会持续投入的方向。

  根据研究机构Semico数据,到2027年,RISC-V技术的芯片数量预计将以每年73.6%的速度增长,届时将生产约250亿颗基于RISC-V架构的 AI 芯片,从而收入将达到2910亿美元。

  谈及国产开源RISC-V“香山”项目进展,包云岗向钛媒体App透露,第二代“南湖”架构已完成“产品化改造”,现在已经有一批企业开始使用“香山”研发高性能芯片产品,2022年已有两家企业在用“香山-南湖”,其中一家企业已流片,今年9月份回片,还有一家企业将在今年下半年流片;第三代“昆明湖”架构正在研发,性能可以接近(比肩)ARM Neoverse N2。相比ARM架构,“香山-昆明湖”架构拥有开源优势。

  “现在看起来,第三代‘香山-昆明湖’还是有希望达到两三年前ARM高性能处理器核的水平,当然现在还只是在性能上,后面的面积、功耗还需要去优化,这方面ARM有很强的优势,我们需要不断地改进。我们的优势是采用开源的方式。”包云岗表示,今年就有更多的企业在使用“南湖”架构,未来可能会出现一些RISC-V GPU芯片产品。

  中国科学院软件研究所副所长武延军表示,近年来,RISC-V生态得到快速发展,相关产品逐步落地,甚至进入了数据中心服务器、平板、PC笔记本等领域。而且在AI生态中,RISC-V能发挥更大的作用。未来各家所谓的AI处理器都有自己的一些特色,可以形成不同的扩展指令集或自定义指令集,使RISC-V生态更丰富。

  一是有机会复制ARM模式,成立RISC-V IP公司,提供自研的IP核或Chiplet;二是在高价值的高性能RISC-V领域,自研处理器核、Chiplet和SoC,可省去高昂授权费,并且自由定制和扩展;三是针对某个特定量大的应用场景,自研或基于开源RISC-V处理器核,并开发专用芯片;四是参考TI(德州仪器)模式创建一个平台型公司,为中小用户提供“一站式芯片设计服务”,满足面向千亿量级IoT场景的成千上万种定制芯片需求;五是复制开源软件领域的商业模式,基于开源的RISC-V实现(比如香山)来为下游SoC芯片设计企业提供IP产品和设计服务。

  包云岗认为,前三种模式是相对传统的,容易被业界探知的增长方向。当前,大多数创业公司都聚焦在这三种模式中,而第四、第五这后两种模式创新性更强还是一片蓝海,存在很大的技术变革机会。

  包云岗预测称,未来可能会有基于云服务的芯片开发。在这样一种模式下,各种各样的资源可以在云上共享。对于开发者来说,只要注册云账号,就可以在云上完成各种各样的芯片开发。从全球范围来看,已经有一些雏形在朝着这个方向发展,例如硅谷企业efabless允许用户在其平台上通过简单拖拽快速生成一块SoC芯片。

  然而,由于RISC-V较新,软件生态还不完善,应用案例不多,面对加速计算等复杂环境的性能处理能力缺陷也很明显。尤其是RISC-V架构的芯片性能非常受限于制程工艺,如果采用不太先进的14nm或28nm工艺制造,其性能可能会受到一定影响。

  RISC-V的开源性,意味着其技术细节是公开的,修改也是公开的。此前,随着英伟达收购Arm的并购案推进,Arm的芯片领域“中立地位”受到质疑,企业将目光转向RISC-V。但在研发芯片时,企业往往会直接在RISC-V架构上进行修改,而不是使用其它公司的产品,导致整个产业高度碎片化,在应用生态上难以兼容。

  武延军表示,目前阶段,RISC-V和x86、ARM生态上还是有一些差距,无论从软件规模上还是性能优化程度上,可能都还没有达到x86和ARM的状态。“这其实也是我们接下来这几年需要做的事情。”

  对于制程影响,包云岗认为,短期来看,先进制程受限肯定是会影响高性能芯片设计。过去,台积电、Arm给国内很多芯片公司准备好了“快餐”,大家直接“吃快餐”就可以快速把芯片设计出来,而不再花心思真正做研发。如今先进工艺受限下,把架构和工艺更好地结合起来更为重要,同时,利用Chiplet等先进技术把14nm/28nm芯片封装,也可解决先进制程难题。

  “总的来说,大家还是要抛弃掉‘吃快餐’的传统定势思维。”包云岗对钛媒体App表示。

  武延军对钛媒体App表示,芯片的应用场景非常广泛,特别是在中国。而应用里有几类头部是需要先进制程支撑的,大多数应用对制程要求没那么高。而且,制程的先进并不代表最终系统的性能领先,很多情况下,软件和其他技术可以抵消制程带来的劣势。

  8月4日,博世、高通、英飞凌、Nordic(北欧半导体)以及恩智浦五家头部汽车电子芯片公司共同宣布,将投资在德国成立一家基于开源RISC-V架构的合资公司,推动RISC-V架构应用,最初重点是汽车领域,引发广泛关注,因为高通、英飞凌还是Arm的客户,却在RISC-V架构中持续布局,足以看出RISC-V的行业影响。

  而随着RISC-V产品加速落地到笔记本电脑、服务器等领域,其竞争对手、累计出货2500亿颗芯片的Arm已感受到了压力。8月21日Arm提交的IPO招股书中表示,其客户正在和竞争对手成立合资企业,加速RISC-V的采用。

  “如最近宣布的RISC-V合资企业。这种合作关系或合并还可能使竞争对手能够比我们更快、更有效地预测或响应新的或不断变化的机会、技术、标准或客户要求。如果我们无法预测或应对这些竞争挑战,我们的竞争地位可能会削弱,收入和盈利能力可能会下降。”Arm在招股书中表示。

  独立芯片分析师斯图尔特·兰德尔(Stewart Randall)认为,Arm确实应该注意到RISC-V这些开源架构的崛起,这才是它们未来面临的真正的挑战。

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