RISC-V,国产芯崛起的关键

趣唠科技不打烊 2024-09-02 14:04:39

文丨王俊俊

如果有人问全球前三大指令集,大家都能如数家珍地报出:X86、Arm、RISC-V。

短短时间内,RISC-V 能够杀出重围,正面“痛击”行业巨头,备受市场追捧,从英伟达到微软都在投资它。

开源RISC-V 芯片正在缓慢而悄然地改变CPU 市场,改写全球CPU 产业布局。

英特尔资深CPU 架构师创办RISC-V公司

近日,一批英特尔资深CPU 架构师离职后,成立了一家名为AheadComputing 的 RISC-V 初创公司。该公司于7 月18 日正式成立,这一举动发生在英特尔裁员计划宣布的时间前的数周。

AheadComputing 由Debbie Marr、Mark Dechene、Jonathan Pearce和Srikanth Srinivasan 共同创立,这些架构师在英特尔拥有合计超过80 年的工作经验。

联合创始人、首席执行官兼总裁 Debbie Marr 博士在英特尔工作了 33 年,曾担任英特尔院士和英特尔高级架构开发组 (AADG) 首席架构师,在英特尔 CPU 产品中发挥了主导作用,领导开发 CPU 核心,为英特尔未来平台带来领先的性能和性能功耗比。

Debbie 还在英特尔实验室担任了 7 年的加速器架构实验室主任,领导了 CPU、GPU、FPGA 和 AI 加速器的机器学习和加速技术研究。Debbie 在 CPU、AI 加速器和 FPGA 架构/微架构等多个领域拥有 40 多项专利。

联合创始人Mark Dechene 在英特尔工作了 16 年,曾担任英特尔高级架构开发部门的首席工程师和 CPU 架构师,一直致力于英特尔 CPU 产品的架构开发,包括 Haswell、Broadwell、Goldmont、Goldmont Plus、Tremont 和 Skymont。

Mark 之前曾在摩托罗拉的汽车远程信息处理和移动电话部门从事产品开发工作。Mark 撰写了超过 15 项专利,专注于微处理器性能。

联合创始人Jonathan Pearce 在英特尔工作了 22 年,曾任英特尔首席工程师、CPU 架构师以及高级架构开发组的关键技术专家和策略师,负责功耗、性能、面积、指令集架构和微架构概念。

Jonathan 还领导了一个概念验证研究项目,该项目是一种新型微处理器架构,为 AI/ML/HPC 算法带来了突破性的性能。乔纳森在 CPU、AI 和 GPU 架构/微架构方面拥有 19 项专利。

联合创始人Srikanth Srinivasan 博士是微处理器架构和微架构方面的行业专家,在产品研发方面拥有 20 多年的技术领导经验。在英特尔,他已成功推出用于客户端和服务器市场的多款高性能芯片 (Nehalem、Haswell、Broadwell),以及用于手机和平板电脑的低功耗芯片 (Bergenfield)。

最近,Srikanth 领导高级架构开发小组的前端和后端 CPU 团队,定义了一种新颖的微架构,推动了处理器性能的前沿发展。他还致力于 AI 加速器和内存计算。Srikanth 也是一位多产的作家,发表了十多篇被高度引用的论文和 50 多项专利。他的论文在 2003 年、2004 年和 2006 年被选入 IEEE Micro Top Picks。

尽管 AheadComputing 的官网目前信息较为简单,但其使命宣言、创始团队成员简介和招聘信息已经公开,AheadComputing 的工作将从 RISC-V 架构开始,“致力于设计、验证和授权引人注目的 RISC-V 核心 IP。”

如此大刀阔斧地创办RISC-V 公司AheadComputing ,想必他们肯定有备而来,要在RISC-V 赛道大展拳脚。

RISC-V,国产芯片的机会?

说起RISC-V,就要提到平常说的X86、ARM芯片,他们指的是芯片指令集架构。

指令集是软件和硬件之间的接口,简单来说指令集就是软件与硬件之间沟通的"翻译官",是芯片产业中不可或缺的基础部分。

X86 架构的CPU 主要用于PC 系统中,比如绝大部分的电脑,而ARM主要用于移动设备,大家的手机几乎全部使用ARM架构的芯片。还有一些架构,比如龙芯的LoongArch ,目前还未成为主流。(RISC-V 本质上并不比 Arm 或X86 更快甚至更好,但它是一种免费的 ISA 替代品,打破芯片制造领域的垄断)

X86 和ARM 的IP 授权虽然方便,但是不自主和不可控,一旦被限制就可能导致国内一夜间"无芯"可用,RISC-V 则为我们提供了突破口。

RISC-V 将与X86、ARM 将形成三足鼎立之势。

简单来说,RISC-V具有完全开源(自由、免费、可控)、架构简单(没有历史包袱)模块化设计(像乐高一样灵活选择)的优势。

RISC-V 在中国的发展中拥有得天独厚的优势,属于“双向奔赴”了。RISC-V 作为真正不受限制的架构正在崛起,中国也正凭借RISC-V 架构崛起。

虽然全球都在追捧RISC-V,高通、英特尔、博通、微软,都在研究,但开源免费,不会卡脖子的RISC-V 更像是专门为中国芯设计的,是国产的希望,目前华为、中兴、阿里等,都属于RISC-V基金会成员。

中国应该是全球最为重视RISC-V 架构的国家,截至2023年10月31日,中国RISC-V 产业联盟拥有会员单位共计182 家,其中创始会员单位58 家,同时全球RISC-V 基金会22 位高级会员中有12 名来自中国。

其次,目前中国的芯片企业,也特别重视RISC-V,2023年,全球RISC-V 芯片出货量超150 亿颗,中国厂商就贡献了其中的50 亿颗,占比超过50%,也可见中国RISC-V 芯片发展有多迅速。

中国RISC-V力量正在加速聚集,以新路径实现中国芯片的自主可控已成为产业内外的共识,近年来国产RISC-V芯片已开始向高端应用领域踏足。

近日,滴水湖论坛上发布的多款RISC-V芯片涵盖了SoC、CPU、MCU、WIFI等,各有特色。

奕斯伟计算带来了全球首款搭载64位RISC-V乱序执行CPU和自研高性能NPU的双DIE互联AI SoC。据介绍,该芯片以其独特的双DIE互联技术,EIC7702X结合了64位RISC-V乱序执行CPU和自研的高性能神经处理单元(NPU),算力高达40TOPS,支持INT8、INT16和FP16数据精度,可全面加速生成式大模型。

进迭时空则发布了全球首款8核RISC-V AI CPU——SpacemiT Key Stone K1。这款芯片基于SpacemiTX60™Core智算核构建,该智算核是一款双发按序的多核多簇RISC-V RVA22处理器核,采用22nm工艺,搭载了256bit RISC-V Vector1.0向量扩展及SpacemiT ME智算扩展技术。该芯片可提供强大的AI算力与DSP能力,满足现代边缘计算设备对性能与功耗的双重需求。

先楫半导体则发布了国内首款支持高性能运动控制和多协议工业以太网的MCU——HPM6E00系列。据了解,该系列产品填补了国产EtherCAT技术的空白,适用于工业以太网和电机控制。这款跨界MCU产品,以其RISC-V双核、双精度浮点运算能力和强大的DSP扩展,展现出超过600MHz的主频和超越6780CoreMark™及3420DMIPS的性能,为工业控制领域带来了强大的计算能力。

硕果颇丰。

相对而言,其它国家和地区,因为X86架构、ARM不会那么受限,对RISC-V的兴趣自然也会略微低一些。

当然,国内芯片厂家能走通整个软件栈确实不容易,要想实现RISC-V+AI更好地落地,光有芯片还不够,生态也十分重要。尽管RISC-V已经取得了一定的进展,但其生态系统仍然相对落后于其他主流指令集架构。

与英伟达CUDA生态不同的是,RISC-V不是一个排他的思路,RISC-V+AI走“全开放”的道路,全世界一起来建生态。

基于RISC-V构建AI算力方向上会有两种主要模式:Integrated 模式(紧耦合)和Attached 模式(松耦合)。

其中,Integrated 模式以 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。

Attached 模式外挂在 CPU 上的,会有自己独立的流水线、寄存器堆、缓存等,属于“协处理器”,它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。

要实现广泛的市场应用,RISC-V需要在软件兼容性、开发工具、操作系统等方面加强生态建设。

此外,RISC-V在高性能计算领域的应用也仍需进一步突破和验证。

好在,RISC-V 的发展还算不错。截至2023 年,RISC-V 在主流应用中占比约30%,在主流市场年增长率超过40%,几乎用10 年时间完成了Arm 架构30 年的历程。

RISC-V 乘上AI 东风

全球都在看好RISC-V,它正在慢慢改变半导体市场。

由于RISC-V 架构的开放性、灵活性和适应性使它成为全球芯片设计者的首选之一,物联网、AI+、边缘计算等应用场景,为RISC-V 的发展打开新的大门。

AI 是RISC-V 芯片后续发展的重要方向之一,ISC-V 为什么非常适合AI 架构?

首先在于,RISC-V 是很新的指令集架构,且持续不断地在演进,这种开放的架构不会被某家公司、某个国家垄断。

此外,AI 训练需要数据,其他架构的训练数据是相对封闭的,而RISC-V 则可以获得更多的数据支撑,当下很多美国学校里,大部分相关专业的大学生都知道RISC-V,其发展非常火热。

开源开放的RISC-V 正在掀起一场芯片革命,它不仅仅是一种新的技术,更是一种全新的创新模式。通过开放和协作,RISC-V 正在重塑整个芯片产业的格局,在突破了众多桎梏之后,绝对是一个扩大市场份额的好机会。

芯片并不是一项孤立的技术,它与人类和环境共同构成了一个彼此依存的世界。

RISC-V 已经站上了黄金时代的跳板,国产芯片借助RISC-V 指令集有望摆脱对ARM 以及X86 的依赖,实现自主可控。

随着RISC-V 生态系统的不断完善和国内芯片厂商的不断努力,我们有理由相信,未来RISC-V 将在中国的芯片领域有更大的应用空间和市场份额。

在这个充满竞争的时代,RISC-V 指令集的崛起无疑给了中国芯片产业一次难得的发展机遇。

至于是否能抓住这次弯道超车的机会,需要时间来验证。

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