RISC-V架構下 “中國芯”的故事會從它開始嗎?


8月8日,IBM高價收購的著名企業開源軟件和解決方案提供商紅帽正式加入RISC-V基金會。去年年底,RISC-V基金會與Linux基金會宣布合作。開源硬件與開源軟件巨頭的合作, 預示著開源硬件的時代來臨。

“在RISC-V開源架構下,沒有了知識產權的製約,誰都可以做芯片,中國企業有機會依托RISC-V獲得更多創新。” 對於RISC-V的未來,中國開放指令生態系統(RISC -V)聯盟理事長、中國工程院院士倪光南如是認為。

讓芯片門檻大大降低

RISC-V是第五代精簡指令集(RISC)的簡稱。目前CPU最主流的指令集架構有兩個,一個是基於復雜指令集CISC的X86架構,廣泛用於IntelAMD處理器;另一個是基於精簡指令集RISC的ARM架構,廣泛用於移動通信設備。

2010年,加州大學伯克利分校的研究團隊準備啟動一個新項目,但礙於X86的知識產權問題、AMD的高昂授權費,研究團隊決定臨時組建一個小組,設計新的指令集架構。於是,RISC-V架構誕生了。

RISC-V有三個特點:精簡(模塊化,可擴充)、開源、免費。 RISC-V將基準指令和擴展指令分開,基準指令只有幾十條,用戶可以通過擴展指令,選擇不同的模塊組合,以滿足不同的場景需要。此外,RISC-V無需付費授權,允許使用者修改和重新發布開源代碼,也允許基於開源代碼開發商業軟件發布和銷售。

對芯片研發企業來說,ARM賣的是產品,而RISC-V賣的是服務。 ARM架構下,芯片研發企業沒有IP的自主知識產權,而在RISC-V架構下,芯片研發企業擁有自主知識產權。過去,芯片企業通常是直接向ARM公司購買標準IP的使用授權,現在,企業可以基於RISC-V指令集自主研發,也可以向以SiFive為代表的RISC-V商業公司購買定制化服務。

“RISC-V架構指令集是開放的,就像給你一扇扇門窗,你可以拿去造一棟房子。” 國家超級計算深圳中心(深圳雲計算中心)主任馮聖中如此形容。

“以前X86的知識產權被Intel和AMD所壟斷,而ARM的授權費又十分昂貴。”在打造“中國芯”的道路上,倪光南是堅定的佈道者,而RISC-V最大的改變,是指令集開源帶來的市場規則改變、芯片門檻的降低。

“RISC-V讓中國的科創公司介入平台和技術有了產業根基,未來,定制化芯片將成為主流,產品級創新將層出不窮。”上海聰鏈信息科技有限公司創始人兼CEO丁強說。

新興領域成應用主流

RISC-V的發展時間不長,但可以用“百舸爭流”來形容。

據統計,中國有300家以上單位正在關注RISC-V或以RISC-V指令集進行開發,已有10餘家單位加入了RISC-V基金會。

仔細看RISC-V的應用領域,會發現,AI、IoT等新興領域是主流。

2018年9月,華米科技推出第一款芯片“黃山1號”。這是全球第一款RISC-V開源指令穿戴處理器。 “黃山1號”的誕生,意味著RISC-V應用場景拓展向前邁進了一大步。 2019年6月“黃山1號”已流片量產。

2019年7月18日,中科物棲對外展示了其兩顆RISC-V的AIoT芯片、Jeejio超微計算機、物端AI全棧解決方案等核心產品。 JX1適用於實時嵌入式設備,JX2適用在物體分類、物體檢測、語音識別、自然語言處理以及內容生成等AI任務。

為什麼芯片企業紛紛選擇AI、IoT領域作為RISC-V的應用場景?

晶心科技總經理林志明認為,RISC-V擁有簡潔、模塊化的特性,特別適合多樣少量化的物聯網應用,使得開發者在設計SoC(系統級芯片)時能直接由帶有簡潔指令集的RISC-V CPU著手,符合物聯網產品恰好到位並兼顧節省成本的要求。此外,RISC-V允許開發者添加和修改指令,能針對應用領域做優化,特別適合用於AI運算。

丁強則認為,信息採集後的處理方式有兩種,服務器計算和邊緣計算。以人臉識別為例,前者需要將影像集中到服務器識別,後者則直接在終端設備識別。在監控、手環等物聯網領域,邊緣計算能大大節省服務器資源。由於這些場景往往是特定的,對技術生態的依賴比較弱,因此特別適合新興的RISC-V。

定制化芯片是方向

似乎,與傳統理念不同,互聯網公司也紛紛加入芯片市場的藍海中。

對此,丁強認為,原因有兩點。第一,互聯網公司掌握著渠道和需求。需求越明確,芯片的性能、功耗、成本就會做得更好,因此,互聯網公司在芯片定制方面具有天然的優勢。第二,從系統角度看,芯片可以變成企業的價值載體,芯片的定價能力,取決於它所在系統的價值。互聯網公司的優勢是流量,把硬件作為流量入口,是一種獲客方式。

隨著RISC-V的開放,芯片門檻降低,越來越多的企業加入了芯片研發和製造,未來的芯片市場必將百花齊放。誰又能從中脫穎而出呢?

定制化芯片或是未來的發展方向。

從算力角度來說,定制化芯片是能夠大大節省算力。對於特定場景,一顆定制芯片的算力可能相當於100顆通用型芯片。因為通用型芯片中只有1%的邏輯單元為這個場景工作,而定制化芯片100%都在工作。

從企業角度來說,差異化產品和服務才能帶來附加值,獲得定價權。因此,針對細分市場的定制化芯片將是企業爭取的方向。

丁強認為,對於芯片企業來說,要獲得可持續發展,必須持續產生利潤,來進行技術平台迭代。這是一場漫漫長征。 RISC-V讓初創企業從過去0-1的變成了0.5-1,但是要從0.8到0.85,可能是一個關卡。能否度過這個關卡,既涉及技術問題,又涉及經營問題。持續提供差異化創新產品,進行技術平台的迭代,將是從中脫穎而出的關鍵。

防碎片化是挑戰

雖然RISC-V趕上了時代的風口,給中國芯片市場帶來了很大機遇,但未來依然挑戰嚴峻。

倪光南表示,任何一種新興事物的發展,生態系統的建設是關鍵,RISC-V也不例外。 RISC-V讓誰都可以造芯片,但能否形成流片,形成商業模式和生態鏈,以及軟件系統的授權都是RISC-V面臨的挑戰。

RISC-V政策和產業的扶持正紛紛興起。

2018年,中國RISC-V產業聯盟(CRVIC)、中國開放指令生態系統(RISC-V)聯盟先後成立,多家知名企業和高校加入。

2018年8月,上海賽昉科技有限公司(SiFive中國)在張江成立,將RISC-V產品和服務延伸到國內,為幫助國內客戶形成自主可控的技術和國內RISC-V生態發展起到推動作用。

2019年,晶心科技推出四大計劃,包括自由開展芯片計劃、簡易開展芯片計劃、大學芯片開展計劃及客戶自主芯片計劃,以專業及創新技術多管齊下助力RISC-V成長。

2019年5月,芯來科技推出“一分錢計劃”,旨在改變產業界應用RISC-V處理器應用難的狀況。目前N201內核在芯來官網上已經可以免費申請。

此外,中國電子信息產業發展研究院、國家超級計算深圳中心(深圳雲計算中心)、各大高校也已紛紛成為兩大聯盟的理事和會員,積極參與到RISC-V處理器的研究與測試中。

但這一切都剛剛起步,RISC-V未來的生態建設依然任重道遠,需要時間和經驗來積累。

防止碎片化也是RISC-V需要面臨的挑戰。

倪光南表示,RISC-V採用BSD(Berkeley Software Distribution)開源許可協議,這個協議自由度很大,允許使用者使用、修改源代碼,也可以將修改後的代碼作為開源或者專有軟件再發布。它有助於RISC-V產業化,但也容易產生分支和碎片,不利於形成標準化統一架構。相對而言,Linux的GPL(General Public License)協議嚴格許多,它允許使用者使用、修改代碼,但不允許修改後和衍生的代碼作為閉源商業軟件發布和銷售。如何既能保證RISC-V產業化,又能防止碎片化,是各方需要研究的問題。

另一方面的挑戰,則是人才的培養。

林志明表示,對於晶心科技這類有多年芯片開發經驗的企業,技術不成問題,最大的困難反而是人才的獲得。希望能和同業之間多進行交流合作,盡快培養專業人才。

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