打破RISC-V能效天花板，阿里平头哥又干了件大事

2022-11-05 14:00:00 来源: 半导体行业观察

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放眼全球市场，当前芯片指令集呈现双寡头格局，基于X86和ARM架构的处理器长期占据绝大多数市场份额，X86架构在PC及服务器市场一家独大，移动市场则由ARM架构一统江湖。在这样一个格局中，中下游厂商大多只能在这二者之间选择，但碍于ARM授权费用昂贵，传统X86授权又过于复杂，业界一直期待在CPU架构领域能有更多选择，越来越多的厂商开始将目光投向RISC-V。

近一年来， RISC-V备受瞩目，不少公司以RISC-V架构开发产品。据悉，甚至英特尔内部都正在开发首款RISC-V架构处理器，并计划将RISC-V IP纳入公司的晶圆代工服务中；苹果公司也传出有意利用RISC-V架构开发产品...

根据Counterpoint Research的报告：“全球半导体IP市场正接近拐点，RISC-V的采用步伐正在加快。”

后起之秀RISC-V凭借其先天优势，正在寻求新的发展和突破空间。

在此趋势下，11月3日阿里举行的2022云栖大会上，阿里平头哥重磅发布了全新RISC-V高能效处理器玄铁C908。

最强高能效RISC-V处理器来袭

平头哥副总裁孟建熠发布最新RISC-V处理器玄铁C908

所谓高能效，平头哥副总裁孟建熠表示，当前在智慧视觉、智能交互和多媒体终端等领域对性能要求越来越高，功耗却希望依然能维持原有水平甚至更低。在这个趋势下，高能效成为一个非常重要的发展方向，RISC-V如何在高性能和低功耗之间实现能效最大化，成为业界尤为关注的技术攻坚难题。

本次新发布的玄铁C908处理器实现了RISC-V架构的高能效突破。玄铁C908支持多核多簇架构，采用高效9级双发按序流水线，主频2 GHz，通过创新的微体系结构和指令融合等技术，较业界同性能处理器能效提升超20%。

据介绍，为进一步提升CPU和AI能效，达到提高处理器能效的目的，玄铁C908实现了一系列特色技术创新：通过多通道、多模式数据预取技术，大幅提升数据访问带宽；通过融合特定指令流组合，提升读取指令带宽；采取最新RISC-V Vector 1.0标准，并基于标准新增INT4指令，全面优化AI算子及算法库，典型神经网络计算的性能比前一代产品提升50%以上。

在EEMBC行业应用测试中，玄铁C908较C906有大幅性能提升：信号处理提升1.3倍性能；网络数据处理能力增强2.7倍；通信处理能力提升1.3倍。在国际权威MLPerf Tiny V0.7推理性能测试中，玄铁C908超越此前夺冠的玄铁C906，在图像分类任务中性能再提升3.5倍。

这些性能的提升，意味着在行业应用同样的功耗条件下，玄铁C908可完成更多的任务，适用于智能交互、AR/VR、无线通信等诸多场景。基于玄铁C908，嘉楠科技已展开研发高性能视觉AI芯片K230，为行业提供更高性能、更低功耗、更加安全的芯片及解决方案新选择。

可见，全新的RISC-V处理器玄铁C908，以优异的性能表现和软硬件全栈工具的适配和优化，推动RISC-V进入了高能效计算的蓝海领域。

从最精简到最强，RISC-V处理器版图扩张

随着玄铁C908的发布，平头哥玄铁RISC-V处理器家族形成了3大系列的规模矩阵。

C系列面向高端复杂计算场景，应用于视觉、语音、边缘计算等领域，包含C906、C908、C910、C920等多款处理器。

E系列面向低功耗低成本场景，应用于微控制器、无线等领域，包含E902、E906及E907等3款处理器。

R系列面向高可靠、实时处理场景，应用于工业控制、车载等领域，目前研发出R910处理器，具备高性能、高可靠、实时处理增强的功能特性。

平头哥玄铁RISC-V产品家族

对于平头哥RISC-V玄铁处理器家族的研发节奏和产品规划，孟建熠指出，C系列一直在往高性能方向走，是同类产品里面性能最好的；E系列应用场景对成本和功耗更敏感，更多会向下探；R系列则是根据用户需求，比如工业、车载领域，向可靠性和实时性方向延伸。

“往上走是要证明RISC-V的能力，往下走是为了迅速让RISC-V真正用起来。” 从孟建熠的概括中不难理解，平头哥一方面是要继续突破RISC-V高性能，推进RISC-V软件生态的建设；另一方面则是为各行业提供更能满足需求的处理器产品，让RISC-V进入更多行业和领域。

能看到，平头哥正在不断扩宽RISC-V性能及应用边界。

在高性能市场，今年早些时候平头哥在RISC-V中国峰会上首次发布的“无剑600”高性能SoC芯片设计平台，推动RISC-V从1GHz走向2GHz商用时代。

同时，基于该平台打样的“曳影1520”SoC原型目前已实现从硬件到软件的量产应用场景适配，在阿里展开应用。曳影也可提供给尚未收到定制化芯片的开发者，提前在芯片硬件上开发系统和软件，进一步缩短产品量产的时间。

综合来看，从低功耗，到高性能，再到高能效，平头哥大幅提升软硬件一体的全栈能力，打造出丰富的玄铁RISC-V处理器家族。目前，玄铁RISC-V处理器已在人工智能、网络通讯、工业控制等30多个行业实现了商业落地，是中国RISC-V领域影响力和市占率最大的处理器。

在此基础上，阿里云智能总裁张建锋表示：“阿里巴巴还将不断深耕RISC-V技术和生态，推动玄铁RISC-V处理器持续演进，加速建设端云一体的丰富生态。”

RISC-V成功适配多操作系统，阿里功不可没

除了性能上的突破，RISC-V的生态进展也在持续。

今年8月，在无剑600平台上，平头哥完成了龙蜥操作系统的适配，成为RISC-V架构适配云上操作系统的全球首个里程碑，极大拓展了RISC-V的想象力。

另外，平头哥还引领RISC-V架构首次进入安卓开源生态体系，推动RISC-V正式与全球主流移动操作系统生态接轨，其标志性意义在于谷歌官方接纳了RISC-V架构，让RISC-V也能同步分享安卓生态的升级红利，持续扩大RISC-V的生态范围。

不少业界人士将两大系统的打通视为2022全年RISC-V最重要的新闻。RISC-V之所以能够完成在安卓系统的生态布局，离不开阿里平头哥的努力。

孟建熠介绍，这两年，平头哥为此进行了大量技术创新，增补修改了12万余行代码，主导推动了两大体系的深度融合，证明了RISC-V可兼容不断更新的安卓系统。

在此基础上，2022年6月，谷歌与平头哥达成公司层面的贡献者许可协议（CLA），双方就安卓系统支持RISC-V架构等工作进行技术合作和分享。2022年9月30日，谷歌安卓AOSP社区开始接收RISC-V补丁。平头哥率先提交关于Bionic C库、模拟器、三方上游模块等76项基础代码补丁，成为全球首批安卓系统吸纳的RISC-V补丁。

“阿里率先在两大体系打通及融合上做了大量工作，如今安卓正式接受来自RISC-V的补丁，意味着RISC-V兼容安卓系统向前迈出新的一步。”RISC-V国际基金会首席执行官Calista Redmond说，“我们将继续与安卓在移动、数据中心和其他IoT设备等领域展开合作。RISC-V灵活、开放，将持续吸引更多的主流软件生态进行适配。”

本次云栖大会上，平头哥宣布完成RISC-V与统信操作系统社区版的首度适配，成功运行桌面环境及多款办公、开发类软件，探索RISC-V在桌面端的潜力。统信软件桌面操作系统总经理王耀华，在2022云栖大会上表示，“未来将继续推进RISC-V与统信操作系统的深度融合，相信两大体系的打通，会带来很多新可能。”

玄铁RISC-V处理器上成功运行统信操作系统及多款软件

综合来看，从云到边再到端，平头哥已完成RISC-V与AliOSThings、AliOS、RTOS、Linux、龙蜥Anolis OS、安卓、统信等多款云、边、端国际主流及国产操作系统的深度适配，推动量产芯片广泛应用于边缘计算、无线通讯、工业控制、通用MCU等30多个领域。

竞逐RISC-V，中国市场优劣并存

2022云栖大会上，倪光南院士演讲指出：“开源模式已经从软件领域走向了硬件领域。近年来，国际上一种新兴的开源精简指令集架构RISC-V, 为我国掌握芯片产业发展主动权提供了机遇。发展中国芯片产业，要大力发展壮大RISC-V产业生态，争取在万物互联的新时代中，使得RISC-V发展成为世界主流，形成X86、Arm和RISC-V三分天下的格局。”

随着半导体市场进入一个新的阶段，中国半导体行业需要抓住一切机遇，RISC-V对于中国的半导体企业来说是一个难得的机会。

在此机遇和趋势下，国内涌现出一批RISC-V玩家，包括阿里平头哥、芯来科技、赛昉科技、全志科技、兆易创新、博流智能以及中科院计算所等在内的IP、芯片厂商和科研机构，都相继推出了软硬件产品和解决方案。

有业内专家表示，中国发展RISC-V具备很明显的优势：首先是一个巨量的市场做支撑；有大规模的计算机工程师团队和专业人才；同时有足够丰富的应用场景能够充分发挥RISC-V的多样性；更加独特的优势在于，我们没有国外一些老牌厂商和机构的历史包袱，没有它们已经存在的商业利益或者技能上的惯性，使我们有机会从一个全新的视角、一个全新的架构下面去做一些开创性工作。

孟建熠对此也表达了自己的观点：“无论是X86还是ARM架构，其都是在新兴市场和新兴应用中成长起来的。RISC-V也要找到突破口，形成规模化应用的示范效应，再逐渐向更多的领域扩展，然后形成一个“滚雪球”似的生态循环。中国，显然是一个新兴的市场，拥有大量新兴应用，因此中国在RISC-V领域是有很大机会的。”

不过，优势背后，相应的劣势就是中国在很多技术领域没有国外巨头在历史上积累的丰富经验。同时，在高端核心人才储备上也没有像国外处理器、基础软件巨头那么多。此外，可能在专利等知识产权方面也存在一定差距。

“投入不足也是当前国内RISC-V产业的关键问题所在”，孟建熠补充道，总的来看，国内这些企业在RISC-V上面的投入，相比国外企业可能还是不够，包括对RISC-V基金会的参与和贡献程度，以及产业链上每个环节的投入力度都相对不足。

因此，对于RISC-V在中国的发展，需要业内处理器IP、核心基础软件、编译工具链和操作系统等产业链企业形成合力，共同把RISC-V的蛋糕做大，推动产业生态繁荣。

平头哥也在带头建设RISC-V生态体系。

一方面，加速构建技术底座，研发更多RISC-V芯片。芯片多了之后，才会有更多的客户去用。此前，平头哥与全志科技合作，基于玄铁C906处理器推出的D1芯片和哪吒开发板，在业界反响极大。基于D1，平头哥还与矽速合作开发出更多开发板，再度放大生态势能。

另一方面，平头哥芯片开放社区（OCC）汇集了丰富的RISC-V产品，从芯片到模组、开发板，再到最后的终端，产业链各环节都来一同参与和优化，共同打造更好的软硬融合芯片生态。

孟建熠介绍称，市场里的确暗含竞争，但更多的是合作，对此平头哥是极为开放的。平头哥通过提供芯片落地的全链条服务，帮助合作伙伴缩减芯片研发成本及时间，帮助厂商一起进行下游应用推广，加速量产落地，一起做起来才是硬道理。

对于中国在RISC-V上的发展，倪光南院士在2022云栖大会上进一步指出：“中国要在全球开源领域中发挥应有的作用，为打破技术垄断和推动世界协同创新，贡献中国智慧、中国方案和中国力量。”

写在最后

生态的培育，是一个漫长的过程。

尽管100亿核心的出货量对于RISC-V新架构而言是不错的里程碑，但相比其它主流架构的出货量来说还存在差距。孟建熠认为，100亿颗可能还只是个雏形，代表RISC-V在不同应用领域都开始应用。1000亿颗时，或许才能证明RISC-V是个生命力很顽强的架构。

从竞争角度看，ARM架构和X86架构分别在移动终端、PC和服务器市场垄断多年，在这些领域RISC-V渗透进去还需时日。但是在AIoT、新能源汽车、异构计算等新兴领域，RISC-V和其他架构站在同一起跑线，反而具备一些巨头们不具备的新起跑优势。

有分析师预测，预计到2025年将有800亿CPU核心采用 RISC-V架构。可见，RISC-V 正在迅速建立强大的生态体系。

中国科学院院士、半导体物理和器件专家褚君浩在2022云栖大会上表示：“一个新架构的发展成熟，需要技术及生态的协同演进。我们欣喜地看到，以平头哥为代表的企业机构已将RISC-V从低功耗拓展至高性能，RISC-V的确极具技术潜力。与此同时，平头哥还在主导推动RISC-V架构与安卓、Linux等主流体系深度融合，真正放大了RISC-V的应用想象力。我想特别指出，一个蓬勃发展的生态，是指令集乃至芯片成功的关键，需要更多科研人员、高校院所、企业和产业各界的广泛参与。”

展望未来，RISC-V与ARM和X86架构在竞争过程中，将会不断融合、互相借鉴、长期共存，逐渐找到自己的定位，充分发挥各自的优势。阿里云的“一云多芯”战略，或许也是出自这样的考量。

值得注意的是，本届云栖大会上，阿里巴巴还宣布其自研CPU倚天710已经在数据中心大规模部署，并以云的形式服务阿里巴巴和多家互联网科技公司，成为中国首个云上大规模应用的自研CPU，未来2年，阿里云20%的新增算力将使用自研CPU。

责任编辑：sophie

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