中科院包云岗:同拥Arm和RISC-V,国内芯片厂“两条腿”走路,中国在RISC-V架构将扮演要角

中科院包云岗:同拥Arm和RISC-V,国内芯片厂“两条腿”走路,中国在RISC-V架构将扮演要角
2021年06月27日 19:29 麻省理工科技评论

继英伟达之后,英特尔也进一步向芯片架构出击。6月 23 日,英特尔官宣开发 RISC-V 处理器,向产业投下一颗震撼弹。英特尔表示,将基于 SiFive 最新的高性能核心 Performance P550 开发 RISC-V 处理器平台 “Horse Creek”,并采用自己的下一代 7nm 工艺。同时,英特尔也将对外开放 SiFive IP 的代工制造服务。

从收购 RISC-V 企业 SiFive 的传闻,到当前宣布与后者进行合作。英特尔的这一动向,无疑使业界在更为关注 RISC-V 的同时,忍不住想象之后的芯片架构乃至晶圆代工格局。

围绕芯片架构的未来,中国工程院院士倪光南的论述在业界广为流传——英特尔(x86) ArmRISC-V 将在 CPU 领域三分天下。

在近日举办的 RISC-V 2021 中国峰会上,倪光南重申这一判断并指出:中国大力支持 RISC-V 这一新兴的开放指令集架构,希望 RISC-V 社区和中国的芯片产业、软件产业实现双赢,中国将为 RISC-V 开源芯片及其生态的发展做出贡献。

RISC-V 是一种精简、免费开源的芯片架构,也是一套沟通软件和硬件的标准规范,其于 2014 年诞生于美国加州大学伯克利分校。 2015 年,为推广 RISC-V 指令集,非盈利性组织 RISC- V 基金会成立。今年 月 21 日,RISC-V 中国峰会在上海科技大学开幕,不仅是 RISC-V 第一次在北美以外地区举办同等规模的峰会,也成为国内迄今为止规模最大的 RISC-V 主题峰会。

RISC-V 中国峰会的大会主席、中国科学院计算技术研究所副所长包云岗指出,国内 RISC-V 产学研生态的发展势头很快,已经有成功的案例。

举例来说,芯来科技和兆易创新一起联合推出了 MCU 级别的解决方案。华为基于 RISC-V 推出了开发板,阿里平头哥和珠海全志也联合起来一起推出来了 “D1” 这样一个开发板,这个开发板已经量产、甚至可以在淘宝买到。

包云岗特别指出,甚至有一些企业是两条腿走路,兼有 Arm 产品和 RISC-V 产品,出于对 Arm 的顾虑,很多企业不太愿意去宣传 RISC-V

他进一步透露,国内有一些企业在去年就已经有出货量 3000 万颗的 RISC-V 产品,只不过没有对外宣传。应该说在中国已经有不少的 RISC-V 应用了,保守估计每年上亿颗、上亿个应用应该肯定是有的。

中国科学院软件研究所副总工程师武延军也表示,一个新的指令集生态要成熟、仰赖多样化引擎的出现。之前可能大家都集中在小的微控制器领域,但近一年多陆续看到赛昉、全志都推出来能够跑起来像 Linux 这种相对性能运行较好的处理器平台。

他强调,这个对软件生态的发展来说是至关重要的,能够不断地去证明 RISC-V 能力的上限。

获英特尔青睐的RISC-V有何魅力?

RISC-V 降低了开发难度并缩短研发周期,受到开发者欢迎。从终端市场来看,RISC-V 凭借低功耗、安全等特点,能较好适应物联网、数据中心等新兴市场。这一架构的拥护者认为,在 510 年内,RISC-V 可能成为世界上最重要的指令集。

在刚刚过去的 2020 年,世界大有转向 RISC-V 的迹象。首先是英伟达收购 Arm 一案,让业界担忧 Arm 架构或将丧失独立性。

其次是中美技术战的背景下,中国科技产业自主可控的呼声更高,开始聚焦开源架构。与此同时,为了规避美国日益缩进的技术钳制,RISC-V 基金会迁移到瑞士,也宣示了自己的独立姿态。

进入 2021 年,英特尔计划以 20 亿美元收购 SiFive 的传闻,再次使 RISC-V 架构进入舆论视野。

SiFive 作为 RISC-V 技术研发者所创立的公司,被视作 RISC-V 生态的重要推动者,其产品已被 80 多家公司采纳,设计了 200 多种产品,广泛用于各种加速器。业界预估,如果这两个重量级玩家形成合力,势必在长期内影响处理器架构的格局。

22日举办的媒体沟通会上,到场的业内专家们围绕这一并购案给出看法。

武延军认为,英特尔希望扭转 x86 生态被 Arm 生态压制的态势,借助收购 SiFive,则可以在物联网方面实现一些突破。英特尔一直没能在 Arm 主导的移动终端与物联网领域打开局面,而 Arm 却正在进入英特尔的 PC 与服务器主场。

他也认为,英特尔是在为自己在新生态里抢占一席之地。“RISC-V 作为一个大家都在看好的新的指令集生态,对英特尔这种巨头来说还是要有一个前瞻性布局。

此外,考虑到 Arm 正在被英伟达收购,英伟达跟英特尔之间的竞争渐渐成为生态竞争。英伟达从 GPU 切到 CPU,英特尔可能也希望从通用处理器也切换到一些专用领域。从架构上、技术上来讲,RISC-V 会是英特尔发展专用处理器的捷径。

包云岗认为,虽然英特尔收购 SiFive 不是既定事实,但也向行业释放了积极信号,它意味着有巨头着墨于 RISC-V

武延军进一步解释,过去一、二十年间,英特尔一直是 Linux 最大的贡献者。如果英特尔完成收购后像当年支持 Linux 内核和社区一样,投入非常大的力量发展 RISC-V,会是巨大利好,英特尔甚至可以把自家处理器上的一些设计经验放进 RISC-V

武延军指出,业界也会担忧,SiFive 以后会不会失去它原有的社区贡献度,甚至在一些核心的领域,把英特尔原有的一些专利、这些壁垒引入到 RISC-V 里。包云岗补充道:一定程度上,国内企业会因此产生一些紧迫感。

搭生态犹如建房子

业界认为,真正的困难不在于创建指令集,而是用指令集实现 CPU 及对应建立软件生态。作为一个年轻的芯片架构,生态被视作 RISC-V 和 Arm 相抗衡的一大劣势。

由于生态不成熟,产业界实际上很难发挥 RISC-V 架构的低成本优势。比如,国产的通用 CPU 市场,几乎还没有 RISC-V 的份额。

即使 RISC-V 架构芯片设计厂商在初期成本方面确实有一些优势,但是在生态系统上,它难以提供完整的支持,也因而会在后期开发阶段造成很大投入。

武延军认为,这是开放开源生态里面必然会出现的情况,Linux 在起步时,大家也面临类似问题。未来应促进产业的正向循环,这其中有两个关键:一是提供一些更好的开源 IP高性能处理器核出来以后,其可靠性、生产工艺环节都能够不断成熟的话,处理器的研发成本就会大大降低。

二是基础软件、特别是像编译器、操作系统,希望能够对不同的 RISC-V 处理器提供很多通用的、有效的解决方案。定制的厂商只需要做剩下的 10%,甚至 5% 的工作就可以形成他的产品。

一旦有更多的人参与进来就会引出更多的问题和需求,这些问题和需求得到解决后就会形成更多的解决方案,这样就会有更多的厂商再参与进来,之后整个生态就会飞速发展。

借用包云岗的比喻:就像盖一个房子,底下的 IP 基础软件是打地基、后续厂商所做的可能就是类似于装修、搭个屋顶这样有个性化的工作。

武延军还提出了一种比较健康的模式构想。在 RISC-V 时代很有可能会出现一种 “Wintels”。后面加个 “S” 是什么意思呢?就是我们可能会在通用的操作系统里加上各式各样的处理器。

他解释,这是由 RISC-V 指令集的特性决定的,RISC-V 的一个核心理念是基础指令集扩展指令集模式。

这意味着,在扩展指令集的层面可能会诞生各种各样不同领域的处理器,如果每个处理器都去配一套不同的系统软件或者操作系统,维护成本非常高。最好能够有一套像 Linux 这样这样的开源系统软件,基于 Linux 的操作系统去配不同的 RISC-V 处理器。

RISC-V 这种指令集生态或者硬件生态,最后一定会有一套标准,也就是全世界都比较公认的软件基础设施,包括:操作系统、编译器、基础库等。

武延军表示,至少程序员或者是开发人员、用户对应的是软件,而不是直接去面向这些处理器。以后可能就是一整套的系统软件对不同的处理器,程序员、开发者只需要在这一整套的标准操作系统和 SDK 下做开发就可以。

产学研起步:应用已开花,RISC-V适合引入课堂

企业推动、新产品释放 RISC-V 性能之外, RISC-V 也正在国内的高校扎根生长。据了解,RISC-V 一般被放入高校的《计算机组成原理》这门课。围绕如何让 RISC-V 融入到教学中,上海科技大学信息学院助理院长周平强分享了心得:

首先,学生最适合去接触最新的东西。很多的技术软件、工具在不成熟阶段不适合产业界,但学生可以面对不成熟的软件代码或者工具且本身更愿意尝鲜。学生作为第一批用户,可以参与工具的使用反馈等。

其次,为了让教学和产业及时互动,高校会联合企业一起设计课程和教学内容。比如企业里面有什么最新的东西,他觉得适合放在高校里面,开源化没有保密的问题,自然就可以引入课堂。

最后,工具流程的推广,可以通过高校与高校之或是高校跟产业之间的机制。比如芯来科技的胡振波创始人写的一本关于蜂鸟处理器的书,已经被放入学校的教学中;而在高校之间,去年就有一场高校间的 RISC-V 教学研讨会,聚焦如何把 RISC-V 嵌入到教学内容里面去。

周平强指出:我觉得高校无论是从人才培养的角度还是从 RISC-V 本身的推广角度来讲,都挺适合做原始培育、激发更多的创新。

结语

RISC-V 的技术创新及产业化进展,不仅关乎芯片架构的未来,也关乎整个半导体产业的面貌。围绕这一产业变革,英特尔等巨头的动作将成为观察点,中国也将扮演尤为重要的角色。

倪光南表示:我们有人才、物联网、5GAI 设备等大规模市场的优势,中国是最大的市场。因此中国将来用什么芯片设计,也将给世界芯片产业带来重要影响。包云岗则认为,如果英特尔成功收购 SiFive,也应当着重借力中国市场。

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