RISC-V架构下 “中国芯”的故事会从它开始吗?

RISC-V架构下 “中国芯”的故事会从它开始吗?
2019年08月19日 11:17 新浪科技综合

  来源:IT时报

  见习记者 钱奕昀

  “你是否想过,人人都能设计自己的CPU?”这似乎是个疯狂的问题,但在RISC-V开源架构下,或许它不只是梦想。

  近日,阿里旗下芯片公司平头哥发布了首款芯片玄铁910,这是一款高性能RISC-V架构处理器,可用于5G、AI、网络通信、自动驾驶等领域。此外,阿里还推出了“普惠芯片”计划。

  8月8日,IBM高价收购的著名企业开源软件和解决方案提供商红帽正式加入RISC-V基金会。去年年底,RISC-V基金会与Linux基金会宣布合作。开源硬件与开源软件巨头的合作, 预示着开源硬件的时代来临。

  “在RISC-V开源架构下,没有了知识产权的制约,谁都可以做芯片,中国企业有机会依托RISC-V获得更多创新。” 对于RISC-V的未来,中国开放指令生态系统(RISC-V)联盟理事长、中国工程院院士倪光南如是认为。

  让芯片门槛大大降低

  RISC-V是第五代精简指令集(RISC)的简称。目前CPU最主流的指令集架构有两个,一个是基于复杂指令集CISC的X86架构,广泛用于Intel、AMD处理器;另一个是基于精简指令集RISC的ARM架构,广泛用于移动通信设备。

  2010年,加州大学伯克利分校的研究团队准备启动一个新项目,但碍于X86的知识产权问题、AMD的高昂授权费,研究团队决定临时组建一个小组,设计新的指令集架构。于是,RISC-V架构诞生了。

  RISC-V有三个特点:精简(模块化,可扩充)、开源、免费。RISC-V将基准指令和扩展指令分开,基准指令只有几十条,用户可以通过扩展指令,选择不同的模块组合,以满足不同的场景需要。此外,RISC-V无需付费授权,允许使用者修改和重新发布开源代码,也允许基于开源代码开发商业软件发布和销售。

  对芯片研发企业来说,ARM卖的是产品,而RISC-V卖的是服务。ARM架构下,芯片研发企业没有IP的自主知识产权,而在RISC-V架构下,芯片研发企业拥有自主知识产权。过去,芯片企业通常是直接向ARM公司购买标准IP的使用授权,现在,企业可以基于RISC-V指令集自主研发,也可以向以SiFive为代表的RISC-V商业公司购买定制化服务。

  “RISC-V架构指令集是开放的,就像给你一扇扇门窗,你可以拿去造一栋房子。” 国家超级计算深圳中心(深圳云计算中心)主任冯圣中如此形容。

  “以前X86的知识产权被Intel和AMD所垄断,而ARM的授权费又十分昂贵。”在打造“中国芯”的道路上,倪光南是坚定的布道者,而RISC-V最大的改变,是指令集开源带来的市场规则改变、芯片门槛的降低。

  “RISC-V让中国的科创公司介入平台和技术有了产业根基,未来,定制化芯片将成为主流,产品级创新将层出不穷。”上海聪链信息科技有限公司创始人兼CEO丁强说。

  新兴领域成应用主流

  RISC-V的发展时间不长,但可以用“百舸争流”来形容。

  据统计,中国有300家以上单位正在关注RISC-V或以RISC-V指令集进行开发,已有10余家单位加入了RISC-V基金会。

  仔细看RISC-V的应用领域,会发现,AI、IoT等新兴领域是主流。

  2018年9月,华米科技推出第一款芯片“黄山1号”。这是全球第一款RISC-V开源指令穿戴处理器。“黄山1号”的诞生,意味着RISC-V应用场景拓展向前迈进了一大步。2019年6月“黄山1号”已流片量产。

  2019年7月18日,中科物栖对外展示了其两颗RISC-V的AIoT芯片、Jeejio超微计算机、物端AI全栈解决方案等核心产品。JX1适用于实时嵌入式设备,JX2适用在物体分类、物体检测、语音识别、自然语言处理以及内容生成等AI任务。

  为什么芯片企业纷纷选择AI、IoT领域作为RISC-V的应用场景?

  晶心科技总经理林志明认为,RISC-V拥有简洁、模块化的特性,特别适合多样少量化的物联网应用,使得开发者在设计SoC(系统级芯片)时能直接由带有简洁指令集的RISC-V CPU着手,符合物联网产品恰好到位并兼顾节省成本的要求。此外,RISC-V允许开发者添加和修改指令,能针对应用领域做优化,特别适合用于AI运算。

  丁强则认为,信息采集后的处理方式有两种,服务器计算和边缘计算。以人脸识别为例,前者需要将影像集中到服务器识别,后者则直接在终端设备识别。在监控、手环等物联网领域,边缘计算能大大节省服务器资源。由于这些场景往往是特定的,对技术生态的依赖比较弱,因此特别适合新兴的RISC-V。

  定制化芯片是方向

  似乎,与传统理念不同,互联网公司也纷纷加入芯片市场的蓝海中。

  对此,丁强认为,原因有两点。第一,互联网公司掌握着渠道和需求。需求越明确,芯片的性能、功耗、成本就会做得更好,因此,互联网公司在芯片定制方面具有天然的优势。第二,从系统角度看,芯片可以变成企业的价值载体,芯片的定价能力,取决于它所在系统的价值。互联网公司的优势是流量,把硬件作为流量入口,是一种获客方式。

  随着RISC-V的开放,芯片门槛降低,越来越多的企业加入了芯片研发和制造,未来的芯片市场必将百花齐放。谁又能从中脱颖而出呢?

  定制化芯片或是未来的发展方向。

  从算力角度来说,定制化芯片是能够大大节省算力。对于特定场景,一颗定制芯片的算力可能相当于100颗通用型芯片。因为通用型芯片中只有1%的逻辑单元为这个场景工作,而定制化芯片100%都在工作。

  从企业角度来说,差异化产品和服务才能带来附加值,获得定价权。因此,针对细分市场的定制化芯片将是企业争取的方向。

  丁强认为,对于芯片企业来说,要获得可持续发展,必须持续产生利润,来进行技术平台迭代。这是一场漫漫长征。RISC-V让初创企业从过去0-1的变成了0.5-1,但是要从0.8到0.85,可能是一个关卡。能否度过这个关卡,既涉及技术问题,又涉及经营问题。持续提供差异化创新产品,进行技术平台的迭代,将是从中脱颖而出的关键。

  防碎片化是挑战

  虽然RISC-V赶上了时代的风口,给中国芯片市场带来了很大机遇,但未来依然挑战严峻。

  倪光南表示,任何一种新兴事物的发展,生态系统的建设是关键,RISC-V也不例外。RISC-V让谁都可以造芯片,但能否形成流片,形成商业模式和生态链,以及软件系统的授权都是RISC-V面临的挑战。

  RISC-V政策和产业的扶持正纷纷兴起。

  2018年,中国RISC-V产业联盟(CRVIC)、中国开放指令生态系统(RISC-V)联盟先后成立,多家知名企业和高校加入。

  2018年8月,上海赛昉科技有限公司(SiFive中国)在张江成立,将RISC-V产品和服务延伸到国内,为帮助国内客户形成自主可控的技术和国内RISC-V生态发展起到推动作用。

  2019年,晶心科技推出四大计划,包括自由开展芯片计划、简易开展芯片计划、大学芯片开展计划及客户自主芯片计划,以专业及创新技术多管齐下助力RISC-V成长。

  2019年5月,芯来科技推出“一分钱计划”,旨在改变产业界应用RISC-V处理器应用难的状况。目前N201内核在芯来官网上已经可以免费申请。

  此外,中国电子信息产业发展研究院、国家超级计算深圳中心(深圳云计算中心)、各大高校也已纷纷成为两大联盟的理事和会员,积极参与到RISC-V处理器的研究与测试中。

  但这一切都刚刚起步,RISC-V未来的生态建设依然任重道远,需要时间和经验来积累。

  防止碎片化也是RISC-V需要面临的挑战。

  倪光南表示,RISC-V采用BSD(Berkeley Software Distribution)开源许可协议,这个协议自由度很大,允许使用者使用、修改源代码,也可以将修改后的代码作为开源或者专有软件再发布。它有助于RISC-V产业化,但也容易产生分支和碎片,不利于形成标准化统一架构。相对而言,Linux的GPL(General Public License)协议严格许多,它允许使用者使用、修改代码,但不允许修改后和衍生的代码作为闭源商业软件发布和销售。如何既能保证RISC-V产业化,又能防止碎片化,是各方需要研究的问题。

  另一方面的挑战,则是人才的培养。

  林志明表示,对于晶心科技这类有多年芯片开发经验的企业,技术不成问题,最大的困难反而是人才的获得。希望能和同业之间多进行交流合作,尽快培养专业人才。

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