淺談平頭哥RISC-V設(shè)計(jì)生態(tài)發(fā)展

淺談平頭哥RISC-V設(shè)計(jì)生態(tài)發(fā)展在PC和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，中國(guó)企業(yè)經(jīng)歷了一段難忘的“芯酸”往事，造成這一局面的核心原因之一就是處理器架構(gòu)技術(shù)的空白，芯片的軟硬件生態(tài)長(zhǎng)期被x86和ARM壟斷。在PC時(shí)代，Intelx86架構(gòu)芯片稱霸了PC市場(chǎng)數(shù)十年，其性能無(wú)可挑剔，但I(xiàn)ntelx86架構(gòu)并不對(duì)外授權(quán)，全球僅有AMD等少數(shù)幾家公司可以使用這一架構(gòu)研發(fā)芯片。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，ARM憑借低功耗優(yōu)勢(shì)以及比x86生態(tài)更開(kāi)放的授權(quán)模式，構(gòu)建了龐大的軟硬件生態(tài)，尤其是在芯片硬件層面，ARM向芯片設(shè)計(jì)企業(yè)授權(quán)指令集和處理器核，中國(guó)芯片公司借此機(jī)會(huì)快速發(fā)展，但核心技術(shù)依舊受制于人的事實(shí)并未改變。AIoT市場(chǎng)的爆發(fā)改變了x86和ARM兩強(qiáng)的格局，這一階段定制化、專用化的芯片成為新的趨勢(shì)，而x86和ARM的商業(yè)模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法滿足市場(chǎng)需求。2010年，加州大學(xué)伯克利分校的DavidPatterson教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)了RISC-V指令集，并宣布對(duì)外開(kāi)源，任何企業(yè)、開(kāi)發(fā)者都可以免費(fèi)使用它；2015年，RISC-V由國(guó)際基金會(huì)運(yùn)營(yíng)，這一技術(shù)開(kāi)始從高校走向產(chǎn)業(yè)界。如果說(shuō)ARM推動(dòng)了從純封閉架構(gòu)走向半開(kāi)放架構(gòu)時(shí)代的進(jìn)程，那么RISC-V則將開(kāi)放推向了極致，其開(kāi)放、靈活、精簡(jiǎn)的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)完美解決了AIoT市場(chǎng)的需求。對(duì)芯片設(shè)計(jì)廠商而言，這種全新模式還大幅降低了芯片設(shè)計(jì)的周期、成本。這樣的天然優(yōu)勢(shì)很快便讓RISC-V成為半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的新寵，據(jù)統(tǒng)計(jì)，RISC-V基金會(huì)員已有高通、NVIDIA和Google等超過(guò)3000名成員，第三波芯片浪潮的序幕由此拉開(kāi)。在這波浪潮里，阿里巴巴無(wú)疑是最早布局的科技公司之一。2015年，正值互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)造芯潮的肇始，阿里巴巴宣布與大陸唯一擁有自主嵌入式CPUIPcore的中天微合作研發(fā)云芯片架構(gòu)，這是阿里成立16年以來(lái)首次踏進(jìn)半導(dǎo)體領(lǐng)域，也為后續(xù)研發(fā)RISC-V處理器埋下了伏筆。在大洋彼岸，亞馬遜幾乎在同一時(shí)間宣布收購(gòu)以色列芯片創(chuàng)業(yè)公司AnnapurnaLabs，谷歌推出AI專用芯片TPU。此后，阿里則芯片布局的版圖不斷擴(kuò)大。2017年10月，阿里巴巴成立達(dá)摩院，芯片是核心研究方向之一；2018年4月，阿里巴巴全資收購(gòu)中天微；2018年9月，達(dá)摩院芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)與中天微團(tuán)隊(duì)合并成立平頭哥，新團(tuán)隊(duì)延續(xù)了阿里巴巴的普惠使命：一方面，為阿里云數(shù)據(jù)中心研發(fā)芯片，在云端提供普惠算力；另一方面，投入RISC-V處理器架構(gòu)研發(fā)，幫助芯片設(shè)計(jì)企業(yè)降低AIoT芯片的設(shè)計(jì)門檻。這樣的策略充分發(fā)揮了平頭哥團(tuán)隊(duì)兩股力量的優(yōu)勢(shì)，僅僅不到一年的時(shí)間，平頭哥便交出首份成績(jī)單。2019年7月，平頭哥發(fā)布當(dāng)時(shí)業(yè)界性能最強(qiáng)的RISC-V處理器玄鐵910。玄鐵910打破了RISC-V性能的天花板，讓基于RISC-V架構(gòu)的高性能芯片成為可能，這是阿里巴巴構(gòu)建芯片生態(tài)的重要一步，也引領(lǐng)了芯片行業(yè)的新趨勢(shì)，國(guó)內(nèi)外科技企業(yè)和機(jī)構(gòu)紛紛涌進(jìn)RISC-V賽道。2021年6月，中科院計(jì)算所發(fā)布高性能RISC-V處理器香山；2022年2月，Intel宣布加入RISC-V陣營(yíng)，成為RISC-V基金會(huì)高級(jí)會(huì)員；2022年11月，美國(guó)芯片創(chuàng)業(yè)公司SiFive推出3.4GHz的RISC-V處理器。與此同時(shí)，各國(guó)政府的投入力度更是把該技術(shù)的研發(fā)推向了高潮：印度政府資助的處理器相關(guān)項(xiàng)目都開(kāi)始向RISC-V靠攏，讓RISC-V成為了事實(shí)上的國(guó)家級(jí)指令集；巴基斯坦政府也宣布將RISC-V列為國(guó)家級(jí)preferredarchitecture；2022年6月，俄羅斯數(shù)字發(fā)展部宣布將大力扶持RISC-V處理器的發(fā)展；此外，歐盟在2022年9月發(fā)布了《關(guān)于建立歐洲開(kāi)源硬件、軟件和RISC-V技術(shù)主權(quán)的建議和路線圖》報(bào)告，支持RISC-V與開(kāi)源硬件。但具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)的平頭哥，不僅在RISC-V的技術(shù)攻堅(jiān)上踏進(jìn)了無(wú)人區(qū)，還在生態(tài)上做出了前無(wú)古人的嘗試，持續(xù)解決RISC-V在移動(dòng)設(shè)備、服務(wù)器等市場(chǎng)的生態(tài)匱乏問(wèn)題。2020年平頭哥內(nèi)部啟動(dòng)了玄鐵910處理器兼容安卓系統(tǒng)的項(xiàng)目，并在2021年初完成了安卓系統(tǒng)的Linux內(nèi)核、運(yùn)行時(shí)庫(kù)、JAVA虛擬機(jī)、軟件模擬器、編譯工具等主要技術(shù)棧的支持，在全球范圍內(nèi)首次流暢運(yùn)行安卓系統(tǒng)的基礎(chǔ)功能。這一成果已成為RISC-V歷史上的標(biāo)桿事件之一，在國(guó)際上取得了重大影響，也極大地提振了行業(yè)的信心。2022年，谷歌與平頭哥達(dá)成公司層面的貢獻(xiàn)者許可協(xié)議（CLA，ContributorLicenseAgreement），雙方就安卓系統(tǒng)支持RISC-V架構(gòu)等工作進(jìn)行技術(shù)合作和分享，平頭哥RISC-V移植安卓的代碼還被安卓AOSP社區(qū)收錄進(jìn)系統(tǒng)源代碼，這是安卓官方首次對(duì)RISC-V架構(gòu)的原生支持。當(dāng)然，RISC-V的想象空間不僅僅局限于終端市場(chǎng)，平頭哥還積極推動(dòng)RISC-V向云端服務(wù)器場(chǎng)景發(fā)起沖擊。2022年8月，平頭哥與阿里云、中科院軟件所PLCT實(shí)驗(yàn)室等專注服務(wù)器操作系統(tǒng)的開(kāi)源龍蜥社區(qū)成立RISC-V架構(gòu)聯(lián)合小組，推動(dòng)RISC-V向云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域發(fā)展，為阿里云“一云多芯“策略注入了新鮮血液。值得一提的是，在首屆玄鐵RISC-V生態(tài)大會(huì)上，算能推出64核玄鐵RISC-V服務(wù)器芯片，進(jìn)一步拓寬了RISC-V在云計(jì)算領(lǐng)域的想象力。5年的時(shí)間，平頭哥玄鐵RISC-V的硬件、軟件和應(yīng)用生態(tài)呈現(xiàn)了滾雪球式成長(zhǎng)。已擁有三大系列8款處理器產(chǎn)品，并持續(xù)堅(jiān)持普惠策略，向全球開(kāi)發(fā)者開(kāi)源4款量產(chǎn)玄鐵RISC-V處理器；另一方面，構(gòu)建了工具鏈、中間件與組件、操作系統(tǒng)、AI加速庫(kù)等軟件棧，同時(shí)和芯片、基礎(chǔ)軟件及應(yīng)用伙伴展開(kāi)了全棧技術(shù)合作。得益于全球企業(yè)和機(jī)構(gòu)的持續(xù)貢獻(xiàn)，RISC-V技術(shù)和市場(chǎng)的發(fā)展速度遠(yuǎn)超眾人預(yù)期。目前，RISC-V架構(gòu)芯片的出貨量已達(dá)成100億顆里程碑，僅用十二年就走完了傳統(tǒng)架構(gòu)30年的發(fā)展歷程，據(jù)預(yù)測(cè)，2025年RISC-V架構(gòu)芯片更有望突破800億顆。2023年，麻省理工科技評(píng)論將RISC-V評(píng)選為十大突破性技術(shù)，并給出了高度評(píng)價(jià)，認(rèn)為其有望改變一切的芯片設(shè)計(jì)。中國(guó)工程院院士倪光南更是預(yù)測(cè)——在CPU領(lǐng)域，未來(lái)將形成英特爾（x86）、Arm、RISC-V三分天下的格局。幸運(yùn)的是，中國(guó)企業(yè)抓住了這一機(jī)遇。中國(guó)已有數(shù)百家公司都在關(guān)注或以RISC-V指令集進(jìn)行開(kāi)發(fā)，在RISC-V22個(gè)高級(jí)會(huì)員中，12家為中國(guó)企業(yè)，包括阿里巴巴、華為、騰訊、中興等。而在標(biāo)準(zhǔn)制定方面，憑借深厚的技術(shù)沉