如何提高RISC-V的天花板？

RISC-V，作为一种指令集架构（ISA），在当今的计算领域引起了广泛的关注。在过去的几十年里，我们见证了不同的指令集架构的出现，但只有少数两个脱颖而出并站稳了脚跟。这就是ARM和x86。
 
“ARM和X86之所以如此成功，是因为它们在工作负载性能、规模和纵向整合能力方面表现出色。现在，随着移动终端计算的不断发展，工作负载发生了变化，在这个新的时代，RISC-V指令集架构能够给予设计者以及设计过程更大的自由度，避免和一个公司深度捆绑带来的一种局限。”RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond于近日在北京召开的第三届RISC-V中国峰会上表示。
 

同时，她指出，一个指令集架构是否能够变得成熟丰富，一方面取决于生态的建立，二是商业模式的问题，再者就是架构本身的问题，这些都构成了指令集架构的成功变量。在这其中，开放性和合作变得至关重要。
 
RISC-V三种不同角色和五种商业模式
 
一种架构被多方所拥抱、采纳，历来都是以波浪式的方式所进行的，Calista Redmond 在会上谈到，这主要有三种不同的角色。
 
l 第一种是最早采纳新架构的公司，称为“追随者”。不同公司有不同的激励因素，有的公司愿意做“第一个吃螃蟹的人”。当然，他们对这种架构有投资的意愿，同时也有信心，愿意在别人起步之前已经走出很远，成为遥遥领先的第一名。
 
l 第二种叫“等待者”，他们要等待看有更多的同辈、同类型的公司拥抱/采纳了一种架构，他们才会有这种意愿。
 
l 再就是“后到者”。他要看整个行业都采用这样的架构，整个生态系统也建立起来了，他们的合作方、合作伙伴要求他们采用RISC-V这种架构，才会迈出步伐。
 
而对于多数公司来说，客户永远是最大的推动因素，市场的影响力是巨大的。比如授权证书的条款，对兼容性的要求，以及未来有哪些潜力的机会是他们选择新架构的驱动因素。
 
从历史角度来讲，拥抱或采纳RISC-V，大家的初衷是为了能降低能耗、减少尺寸的考虑出发，现在越来越多的公司是从增加性能的角度来开始采纳RISC-V，比如数据中心、无人驾驶等。在这些方面，一个生态系统的建立是非常重要的，它和嵌入式是不同的。举例来说，Android之所以普及起来也是因为有了生态。
 
那么，RISC-V在不断发展过程中，也衍生出了5种不同的商业模式，在会上，北京开源芯片研究院首席科学家包云岗对这5种模式作了总结：
一是有机会复制ARM模式，成立RISC-V IP公司，提供自研的IP核或Chiplet；
二是在高价值的高性能RISC-V领域，自研处理器核、Chiplet和SoC，可省去高昂授权费，并且自由定制和扩展；
三是针对某个特定量大的应用场景，自研或基于开源RISC-V处理器核，并开发专用芯片；
四是参考TI（德州仪器）模式创建一个平台型公司，为中小用户提供“一站式芯片设计服务”，满足面向千亿量级IoT场景的成千上万种定制芯片需求；
五是复制开源软件领域的商业模式，基于开源的RISC-V实现（比如香山）来为下游SoC芯片设计企业提供IP产品和设计服务。
总结五种商业模式机会里，前三种是比较传统或比较容易一眼就看到的机会，现在大多数创业公司也都集中前面三种模式下。后面两种模式会有更大的风险或更多的不确定性，但它相对竞争又会少很多，所以以后会有更大的机会。
 
RISC-V开始有了生态
 
本次峰会主席、中国科学院软件研究所副所长武延军老师指出，早期RISC-V没有太多的人去谈生态，因为早期RISC-V处理器主要集中在MCU这个层次，对于MCU和嵌入式领域的应用而言，它的生态非常小，甚至可以说“不存在的生态”。但现在随着处理器的不断升级，RISC-V正在PC、笔记本和服务器等中高端领域迈进，有越来越多的软件可以跑在上面，生态才会真正显现出来。
 
大约在2020年，大家已经意识到软件在RISC-V生态中的重要性。首先要做的支持是编译工具链，工具链一般传统上有两种方式，一种是厂家自己来开发，提供完全私有的工具链。另一种是大家共同打造一个公共的工具链，对于私有部分，厂家可以用binary的方式提供，但大多数（90%）都是公共的。后者对RISC-V来说是更为合适的一种方式。
 
过去一年多以来，RISC-V已经获得了很多知名开源社区的支持。目前国际上著名的开源社区Debian已首次把RISC-V作为官方支持的指令集架构，此外，openEuler社区、Google的Android开源版本AOSP也将陆续会把RISC-V当作官方支持的Tier-1指令集。
 
“我们谈RISC-V最强调的字眼就是“协作”。所谓的协作是包括和合作伙伴的合作，和客户的合作，不同开发组之间的合作。所以RISC-V绝不是任何孤立完成的事情。这种协作也包括全球范围的合作，以加速生态系统的发展。”Calista Redmond在接受采访时表示，RISC-V国际基金会非常注重建立和发展其生态系统，软硬件的相互配合至关重要。
 
而生态的建设涉及到技术、市场营销和商务等多个方面，涵盖工程师、学生、中小企业、跨国企业、硬件和软件生产商等多个利益相关方。同时，RISC-V国际基金会强调实施的重要性。
 
为了推动RISC-V生态的建设，据Calista Redmond的介绍，RISC-V国际基金会积极与其他基金会和组织合作，因为这些合作伙伴具有整合资源的能力，可以更好地连接上游和下游，以实现生态系统的协同发展。在中国，他们与中国的协会、学术界和行业展开合作，以帮助生态系统不断成熟。与硬件厂商的合作也是他们关注的重点，因为这有助于各种应用无缝地迁移到RISC-V技术架构上。
 
RISC-V走向高端，势不可挡
 
近年来，RISC-V走向高端的呼声和行动越来越多。武延军指出，在MCU领域，RISC-V对于ARM的平行替代已经没有任何问题了，它现在正在逐渐地往上走，现在已经有了RISC-V笔记本电脑、RISC-V服务器以及RISC-V万兆交换机。随着软件生态越来越丰富，RISC-V走向高端的趋势将会更加势不可挡。
 
包云岗也表示，在当下对AI算力需求日益高涨的情况下，RISC-V的开放性能够带给我们更多的创新机会，尤其是面对未来如自动驾驶、大模型应用的一些应用场景，例如，如果我们有RISC-V，再结合一些AI加速器，把它集成到一颗芯片里，我们就没有必要像今天这样通过PCIe总线把数据做很长距离的迁移，而且带宽还受到影响。
 
香山就是面向高性能的一个代表，香山第三代“昆明湖”有希望在性能上达到两三年前ARM高性能处理器核的水平，但是在面积和功耗上则还要去优化。但香山的好处在于是开源的，全世界在GitHub开源社区中都可以获得。而第二代“南湖”已经获得两家家企业的采用，而且还有更多的企业在路上，包括GPU、服务器芯片、面向边缘计算的SoC等。
 
 
中国之于RISC-V的积极参与和贡献
 
近几年来，中国在RISC-V SIG组里的参与度越来越高，有诸如平头哥这样的领头企业积极参与到共建RISC-V生态的队伍中。武延军给出了两个重要的建议：
 
1、我们要真正意识到基础软件对生态的快速而巨大的放大效应。有时候给RISC-V软件做贡献看起来没有直接的收益，但如果代码能进入到主流系统代码里，比如一款处理器的代码进入到了Linux内核，进入到了GCC/LLVM编译器，这会是非常好的品牌广告效应。大家会看到你的实力，以及在软件生态里的话语权。
 
2、代码贡献到主流基础软件还有一个实实在在的作用，即最终用户和开发者不再需要从厂商得到技术支持。因为主流软件已经支持了，直接从社区主流软件去下载，去编译、运行就可以了，这会大大地减少厂商技术支持的成本和负担。
 
所以，如果我们能真正地参与进来，并且能够真正地贡献到上游Upstream软件时，会得到双重的收益：一是品牌的效应，二是对运营成本的降低。现在国内越来越多的企业认识到了这一点。过去这一年多，除了阿里平头哥，还有奕斯伟计算、赛昉科技等国内其他科技企业也开始做出贡献。
 
中国科学院软件研究所不是企业，我们的目标是把基础软件做成RISC-V生态里的数字公共品。我们很早在RISC-V社区里组建了PLCT实验室，专门给RISC-V生态做贡献，过去几年内也得到了国际社区很大的认可，获得了基金会颁发的技术领导者奖、社区贡献奖等一系列奖项，通过开源模式既服务了国内外企业，也提升了中国的国际影响力和话语权。
 
Calista Redmond也表示，RISC-V基金会对中国的积极参与和贡献表示自豪。中国在开源标准方面已经有很长时间的积极参与和贡献，包括学术界和公司在Android等领域的积极合作。相信中国将继续在RISC-V生态系统的建设中发挥积极作用。