近日，中國(guó)工程院院士倪光南在數(shù)字世界專(zhuān)刊撰文指出，一直以來(lái)，我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)在“主流 CPU”架構(gòu)上受制于人，在數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，建議我國(guó)積極抓住時(shí)代機(jī)遇，聚焦開(kāi)源 RISC－V 架構(gòu)，以全球視野積極謀劃我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
倪光南表示，目前國(guó)內(nèi)多種國(guó)產(chǎn)CPU架構(gòu)并存，未來(lái)可能會(huì)造成資源分散，低水平重復(fù)。如果不能及時(shí)改變這種狀況，若干年后，中國(guó)將缺乏能在全球市場(chǎng)上與x86和ARM兩家競(jìng)爭(zhēng)的CPU架構(gòu)，從而在“主流 CPU”方面仍將受制于人。
在倪光南看來(lái)，我國(guó)發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)時(shí)，要從全球視野謀劃和思考國(guó)產(chǎn)CPU架構(gòu)發(fā)展的技術(shù)路線，一種是“單打獨(dú)斗”，其好處是較易實(shí)現(xiàn)自主可控，并能滿足國(guó)內(nèi)若干應(yīng)用領(lǐng)域的需求，另外一種是“從眾跟隨”。即跟著外國(guó)的架構(gòu)走，其好處是可以利用已經(jīng)成熟的生態(tài)，但壞處是很難實(shí)現(xiàn)自主可控，且難以規(guī)避各種制裁和限制。
倪光南表示，開(kāi)源RISV－V的出現(xiàn)順應(yīng)未來(lái)新一代信息技術(shù)的需求。RISC－V精簡(jiǎn)指令集采用開(kāi)源模式、其架構(gòu)先進(jìn)、易于定制、人才培養(yǎng)便捷，研發(fā)周期短，大大降低芯片產(chǎn)業(yè)門(mén)檻，這些都使其后續(xù)發(fā)展具備強(qiáng)大生命力。鑒于上述情況，建議中國(guó)抓住新一代信息技術(shù)發(fā)展機(jī)遇，面向智能時(shí)代“主流CPU”市場(chǎng)，聚焦開(kāi)源RISC－V架構(gòu)發(fā)展中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)。用好開(kāi)源模式，發(fā)揮中國(guó)舉國(guó)體制、超大規(guī)模市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和人才優(yōu)勢(shì)，集中力量、協(xié)同攻關(guān)，大力發(fā)展壯大RISC－V產(chǎn)業(yè)生態(tài)，加大對(duì)RISC－V開(kāi)源社區(qū)的貢獻(xiàn)以增大社區(qū)話語(yǔ)權(quán)。最終，使世界“主流CPU”市場(chǎng)形成x86、ARM和RISC－V三分天下的格局。
什么是risc－v
如此備受倪光南院士推崇，有望成為我國(guó)彎道超車(chē)的risc－V架構(gòu)到底有何優(yōu)勢(shì)？
具體看來(lái)，RISC－V指令集架構(gòu)具有低功耗、低成本、開(kāi)源開(kāi)放、可模塊化、簡(jiǎn)潔、擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。
資料顯示，RISC－V是第五代基于RISC的CPU指令集架構(gòu)，2010年由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校計(jì)算機(jī)科學(xué)部門(mén)發(fā)明。這是一個(gè)免費(fèi)、開(kāi)放的架構(gòu)，用戶基于該架構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)和拓展后，可自主選擇是否公開(kāi)發(fā)行、如何商業(yè)運(yùn)營(yíng)等。
相比前述兩大已經(jīng)商用多年的架構(gòu)，RISC－V目前相對(duì)主要被應(yīng)用在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，且高端處理器產(chǎn)品偏少。
其中，RISC－V最大的優(yōu)勢(shì)就在于“精簡(jiǎn)”。雖然與ARM同屬于精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，但因RISC－V是近年來(lái)才推出，沒(méi)有背負(fù)向后兼容的歷史包袱，架構(gòu)短小精悍。相比于x86和ARM動(dòng)輒幾百數(shù)千頁(yè)，RISC－V的規(guī)范文檔僅有145頁(yè)，且“特權(quán)架構(gòu)文檔”的篇幅也僅為91頁(yè)。
在功耗方面，RISC－V適合用于高效設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，開(kāi)發(fā)者可根據(jù)應(yīng)用需求靈活剪裁，再加上其全部RISC－V指令不超過(guò)50個(gè)，因此其內(nèi)核面積更小，相應(yīng)的功耗越低，能以極低的能耗來(lái)實(shí)現(xiàn)高效的AI元器件的運(yùn)行。
在成本方面，由于RISC－V完全免費(fèi)開(kāi)源RISC－V全面開(kāi)源，且具有全套開(kāi)源免費(fèi)的編譯器、開(kāi)發(fā)工具和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境（IDE），其開(kāi)源的特性允許任何用戶自由修改、擴(kuò)展，從而能滿足量身定制的需求，大大降低指令集修改的門(mén)檻。因此，開(kāi)發(fā)者在使用RISC－V時(shí)，無(wú)需支付如ARM那般昂貴的架構(gòu)使用費(fèi)用，成本大幅度降低。
在擴(kuò)展性方面，RISC－V主要是將不同的部分以模塊化的方式組織在一起，并試圖通過(guò)一套統(tǒng)一的架構(gòu)來(lái)滿足各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，由于IoT場(chǎng)景非常廣泛和碎片化，需要為數(shù)千種以多種不同方式連接世界的應(yīng)用案例來(lái)設(shè)計(jì)芯片，因此可擴(kuò)展的架構(gòu)成為終端運(yùn)算的關(guān)鍵。
Risc－v應(yīng)用實(shí)例
多重優(yōu)勢(shì)相加下來(lái)，RISC－V已然成為當(dāng)前中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的最好發(fā)展平臺(tái)，目前，國(guó)內(nèi)各大芯片設(shè)計(jì)廠商紛紛涌入新興賽道RISC－V架構(gòu)領(lǐng)域進(jìn)行研發(fā)。
阿里平頭哥
2019年7 月 25 日，阿里巴巴旗下半導(dǎo)體公司「平頭哥」正式發(fā)布新款芯片——玄鐵910（XuanTie910）。當(dāng)時(shí)，阿里巴巴聲稱：該芯片為業(yè)界性能最強(qiáng)的一款RISC－V處理器。玄鐵 910 可以用于設(shè)計(jì)制造高性能端上芯片，應(yīng)用于5G、人工智能以及自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。
除了芯片之外，平頭哥還專(zhuān)門(mén)研發(fā)了用于RISC－V芯片開(kāi)發(fā)的平臺(tái)。8月24日，在2022 RISC－V中國(guó)峰會(huì)上，阿里平頭哥半導(dǎo)體發(fā)布首個(gè)高性能RISC－V芯片平臺(tái)“無(wú)劍600”，開(kāi)發(fā)者和廠商可借此快速開(kāi)發(fā)RISC－V芯片。
“無(wú)劍600”支持4核高性能RISC－V處理器，最高主頻可達(dá)2．5GHz，設(shè)計(jì)的芯片已兼容大型操作系統(tǒng)龍蜥OS，并可運(yùn)行FireFox、LibreOffice等瀏覽器、辦公軟件。“已經(jīng)可以作為一個(gè)生產(chǎn)力工具來(lái)使用。”中國(guó)科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍稱。
兆易創(chuàng)新／芯來(lái)科技
2019年8月22日，業(yè)界領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商兆易創(chuàng)新GigaDevice（股票代碼603986）宣布攜手芯來(lái)科技在行業(yè)內(nèi)率先將開(kāi)源指令集架構(gòu)RISC－V引入通用微控制器領(lǐng)域，正式推出全球首個(gè)基于RISC－V內(nèi)核的GD32V系列32位通用MCU產(chǎn)品，提供從芯片到程序代碼庫(kù)、開(kāi)發(fā)套件、設(shè)計(jì)方案等完整工具鏈支持并持續(xù)打造RISC－V開(kāi)發(fā)生態(tài)。
資料顯示，GD32VF103系列MCU采用了全新的基于開(kāi)源指令集架構(gòu)RISC－V的Bumblebee處理器內(nèi)核，是面向物聯(lián)網(wǎng)及其它超低功耗場(chǎng)景應(yīng)用自主聯(lián)合開(kāi)發(fā)的一款商用RISC－V處理器內(nèi)核。
GD32VF103系列RISC－V MCU提供了108MHz的運(yùn)算主頻，以及16KB到128KB的片上閃存和6KB到32KB的SRAM緩存，gFlash?專(zhuān)利技術(shù)支持內(nèi)核訪問(wèn)閃存高速零等待。
華米科技
2018年9月17日，華米正式發(fā)布了全球智能可穿戴領(lǐng)域第一顆人工智能芯片——“黃山1號(hào)”。
華米表示，為避免可穿戴行業(yè)同質(zhì)化，為用戶帶來(lái)新的核心價(jià)值，華米希望擔(dān)負(fù)起改變與引領(lǐng)的行業(yè)責(zé)任。據(jù)悉，“黃山1號(hào)”是全球首款集成了AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可穿戴處理器，擁有四大核心人工智能引擎：心臟生物特征識(shí)別引擎 、ECG、ECG Pro、心律異常監(jiān)測(cè)引擎。
資料顯示，“黃山1號(hào)”是全球首款集成AI神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊的可穿戴處理器，也是全球首款RISC－V開(kāi)源指令集可穿戴處理器，擁有AI驅(qū)動(dòng)、閃電性能、苗條功耗三大特點(diǎn)，應(yīng)用了Always on技術(shù)，區(qū)別于傳統(tǒng)AI，實(shí)現(xiàn)了AI從云到端的前移，實(shí)時(shí)計(jì)算無(wú)需傳輸。相比Arm Cortex－M4架構(gòu)處理器運(yùn)算效率高出38％。
結(jié)語(yǔ)
目前看來(lái)隨著AIoT時(shí)代的到來(lái)，RISC－V架構(gòu)開(kāi)放、靈活、模塊化，特別適合滿足AIoT市場(chǎng)場(chǎng)景碎片化、差異化的市場(chǎng)需求，產(chǎn)業(yè)界普遍認(rèn)為它有望成為下一代廣泛應(yīng)用的處理器架構(gòu)。
如今，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)與眾多科研人員都普遍認(rèn)為RISC－V架構(gòu)將成為我國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)的有力支撐點(diǎn)。
而RISC－V架構(gòu)也在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)迅猛發(fā)展中，憑借國(guó)內(nèi)龐大的半導(dǎo)體市場(chǎng)，中國(guó)企業(yè)可以迅速對(duì)RISC－V芯片進(jìn)行迭代更新，并且依據(jù)用戶使用反饋進(jìn)行優(yōu)化，這些都是國(guó)外初創(chuàng)企業(yè)難以做到的。全球100億顆RISC－V核心出貨量中，預(yù)計(jì)中國(guó)占比超過(guò)1／3。
目前，國(guó)內(nèi)包括華為海思、全志科技、兆易創(chuàng)新、樂(lè)鑫科技、北京君正、中微半導(dǎo)體、匯頂科技、凌思微電子、先楫半導(dǎo)體、華米科技、沁恒微電子、芯晟科技、愛(ài)普特微電子、晶視智能、啟英泰倫、方寸微電子、中科藍(lán)汛、航順芯片、飛思靈微電子、博流智能以及中科院計(jì)算所等在內(nèi)的芯片廠商和科研機(jī)構(gòu)都相繼推出了基于RISC－V架構(gòu)的SoC、MCU、DSP芯片等產(chǎn)品。
此外，阿里平頭哥、芯來(lái)科技、賽昉科技、睿思芯科等可以提供基于RISC－V架構(gòu)的處理器IP、編譯器、工具鏈等產(chǎn)品。據(jù)悉，阿里平頭哥玄鐵系列的RISC－V芯片已經(jīng)供應(yīng)一百五十多個(gè)企業(yè)和客戶，超過(guò)500個(gè)授權(quán)使用，出貨量已經(jīng)達(dá)到25億顆；芯來(lái)科技RISC－V CPU IP產(chǎn)品線覆蓋從低功耗到高性能的各種應(yīng)用需求，正式授權(quán)客戶已超過(guò)100家．．．
中國(guó)科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍表示，從2010年發(fā)布到現(xiàn)在，RISC－V指令集只走過(guò)12年的時(shí)間，但它在這期間取得的成就，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)同時(shí)期的X86和ARM。
展望未來(lái)，RISC－V與Arm和X86將會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程中逐漸找到自己的定位，不斷融合、互相借鑒、長(zhǎng)期共存，形成“三分天下”的局面，在各自擅長(zhǎng)的領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢(shì)。
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