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近期，開源RISC-V再次走到聚光燈下。不久前，騰訊公司加入開源指令集標(biāo)準(zhǔn)RISC-V國際協(xié)會（RISC-V International）。繼阿里巴巴、華為、紫光展銳、中興通訊、賽昉科技、中科院等企業(yè)和機(jī)構(gòu)之后，RISC-V陣營中迎來了新的中國成員。
RISC-V是基于精簡指令集計算原理建立的開放指令集，最核心的優(yōu)勢在于完全免費(fèi)開放，不會有版權(quán)糾紛問題。全球越來越多的公司對這一新興架構(gòu)充滿期待，但是，RISC-V想在未來產(chǎn)品和應(yīng)用中擔(dān)任更重要的角色，尤其是中國企業(yè)想要借此發(fā)揮更大的作用，還有很多“攔路虎”要掃除。
需跨越從原型到產(chǎn)品的“死亡之谷”
從加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的一個實驗室中翩然起步，如今距離RISC-V的誕生已經(jīng)過了十年有余。這個每每被談及，必與X86、Arm相提并論的新興指令集架構(gòu)，正在物聯(lián)網(wǎng)、云端等更多應(yīng)用場景中發(fā)揮潛能，吸引了眾多企業(yè)紛紛布局。IP廠商Imagination在2022年夏季推出了首款商用RISC-V內(nèi)核，用于片上系統(tǒng)(SoC)設(shè)計；英特爾2022年2月宣布正式加入RISC-V國際協(xié)會，并且投資4億歐元與西班牙超算中心合作，計劃在10年內(nèi)開發(fā)出基于RISC-V的超算CPU；谷歌將為RISC-V芯片推出新的開源操作系統(tǒng)。
在與Arm的“專利戰(zhàn)”爆發(fā)后，高通對RISC-V的布局更加積極。高通產(chǎn)品管理總監(jiān)Manju Varma表示，高通已經(jīng)基于RISC-V打造了許多產(chǎn)品，截至2022年底，采用RISC-V架構(gòu)的高通芯片出貨量已經(jīng)超過6.5億顆。目前，高通的PC、移動設(shè)備、可穿戴設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)汽車以及AR/VR頭顯的SoC中都使用了RISC-V微控制器。據(jù)市場調(diào)研公司Semico Research預(yù)測，到2027年，市場上將有250億個基于RISC-V的AI SoC，預(yù)計同年收入達(dá)到2910億美元。
RISC-V于2017年進(jìn)入中國產(chǎn)業(yè)界，賽昉科技是第一批投身RISC-V發(fā)展的國內(nèi)企業(yè)，對RISC-V理解頗深。
“截至2022年末，我國大約有50款不同型號的國產(chǎn)RISC-V芯片量產(chǎn)，應(yīng)用場景集中在MCU、電源管理、無線連接、存儲控制、物聯(lián)網(wǎng)等中低端場景?！辟悤P科技資深銷售總監(jiān)周杰對《中國電子報》記者表示，我國的RISC-V技術(shù)落地已度過了初級階段。但需要看到的是，RISC-V在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化之路上，仍面臨兩大“攔路虎”。
周杰認(rèn)為，RISC-V將走向開放應(yīng)用場景，建立成熟的軟件生態(tài)將是RISC-V在開放應(yīng)用場景落地的最大挑戰(zhàn)。目前量產(chǎn)的芯片，大多是用在相對封閉的應(yīng)用場景，軟件需求相對簡單和固定，芯片原廠就能實現(xiàn)70%的軟件。到了開放應(yīng)用場景，軟件需求會呈指數(shù)級增長，例如各種操作系統(tǒng)的移植，中間件和庫函數(shù)的優(yōu)化，以及各種開發(fā)框架的適配等，每一個技術(shù)點(diǎn)都是巨大的工程，必須聯(lián)合芯片原廠、第三方軟件公司、開源社區(qū)一起合作全力投入。
第二大挑戰(zhàn)與RISC-V將向高性能應(yīng)用場景滲透有關(guān)。周杰表示，中高端RISC-V芯片從設(shè)計方案，到流片成功，到定制開發(fā)，再到大規(guī)模量產(chǎn)，最終完成銷售，需要極其強(qiáng)大的人力和財力的支持。對芯片公司來說，組建一個具備高端芯片設(shè)計、研發(fā)、銷售能力的端到端的完整團(tuán)隊十分重要，而國內(nèi)高端芯片人才緊缺，芯片公司搶人之風(fēng)盛行，十分不利于團(tuán)隊的組建。另外，初創(chuàng)的RISC-V芯片公司需要大量的資金維持研發(fā)需求，在半導(dǎo)體投資遇冷的背景下，他們的發(fā)展也并不容易。
事實上，所有指令集都需要經(jīng)歷從原型到產(chǎn)品的“死亡之谷”。在北京開源芯片研究院助理院長唐丹看來，這個階段有時候并不完全是技術(shù)上的問題，其實重點(diǎn)還是在于市場牽引。如果沒有市場牽引，僅靠單方面的技術(shù)迭代，無論是技術(shù)上還是時間周期上都有很高的難度。
“RISC-V的產(chǎn)業(yè)化目前的難度還是在于沒有找到明確的市場切入點(diǎn)，也就是‘殺手級’應(yīng)用場景?！碧频ひ訟rm為例對《中國電子報》記者表示，在移動端生態(tài)出現(xiàn)的前幾十年，Arm的發(fā)展也較為緩慢。目前，RISC-V在軟件生態(tài)鏈較短的IoT應(yīng)用場景，特別是需要根據(jù)應(yīng)用場景定制的市場，已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用。但一個生態(tài)真正成熟還是要靠高端生態(tài)牽引。RISC-V要實現(xiàn)可靠和高質(zhì)量的商業(yè)化解決方案，一方面需要不斷完善RISC-V指令集的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，另一方面還需要找到明確應(yīng)用場景，產(chǎn)生可以進(jìn)行技術(shù)迭代的機(jī)會。
高性能RISC-V處理器需與基礎(chǔ)軟件同步研發(fā)
“當(dāng)前，RISC-V指令集的軟件適配工作的進(jìn)展速度已經(jīng)非?？?，這與RISC-V指令集開放免費(fèi)的優(yōu)勢被全球軟件開發(fā)者看好有直接關(guān)聯(lián)?！碧频τ浾弑硎?，目前，絕大部分核心基礎(chǔ)軟件已經(jīng)完成與RISC-V指令集的適配。例如2019年以來，16268個Debian操作系統(tǒng)軟件包中已有15148個完成與RISC-V指令集的適配，適配率已超過95%。RISC-V已經(jīng)成為Debian支持的Tier-1架構(gòu)，僅次于X86和Arm。
有觀點(diǎn)認(rèn)為，向高性能發(fā)展RISC-V，會面臨來自處理器性能和軟件適配方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。對此，唐丹向記者指出，處理器的性能和穩(wěn)定性并不矛盾。一方面，要在處理器的設(shè)計中加強(qiáng)驗證工作可以提升穩(wěn)定性。另一方面，處理器的穩(wěn)定性還要經(jīng)過市場檢驗，在使用中發(fā)現(xiàn)潛在問題。
“高性能RISC-V處理器需要與基礎(chǔ)軟件同步研發(fā)，才能更好與基礎(chǔ)軟件進(jìn)行適配。在處理器不同研發(fā)階段就引入基礎(chǔ)軟件的測試和驗證，一方面能發(fā)現(xiàn)處理器設(shè)計中的功能問題，另外還能在處理器設(shè)計中對性能進(jìn)行評估，進(jìn)行針對性改進(jìn)?！碧频ふf。
軟件生態(tài)是RISC-V在高性能應(yīng)用領(lǐng)域落地的關(guān)鍵。周杰認(rèn)為，高性能的芯片若要實現(xiàn)落地，一定要與RISC-V底層框架、操作系統(tǒng)、中間件、關(guān)鍵庫、應(yīng)用軟件全方位適配。目前，賽昉科技與OpenHarmony、Fedora、OpenEuler、OpenSUSE、Ubuntu、麒麟、統(tǒng)信等開源社區(qū)和第三方伙伴合作，積極推動RISC-V與基礎(chǔ)軟件適配。
資料來源：Omdia,RISC-V處理器報告
RISC-V如今已躍入高性能計算元年。在 RISC-V高性能計算領(lǐng)域，已有多家創(chuàng)新企業(yè)計劃在2023年發(fā)布類似64核高性能的服務(wù)器級處理器，這將成為RISC-V下一個令人激動的里程碑。
不過，RISC-V在高性能計算的應(yīng)用還面臨一些亟待解決的問題。在澎峰科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席運(yùn)營官王軍輝看來，RISC-V體系需要構(gòu)建一套數(shù)學(xué)計算庫，以支持 RISC-V在高性能計算的應(yīng)用，保證計算精度、計算效率與源代碼級安全可控。
在算力驅(qū)動的數(shù)字經(jīng)濟(jì)時代，計算硬件呈現(xiàn)出多樣性的特點(diǎn)。RISC-V因其開放性，比X86和Arm的生態(tài)更加豐富多樣，會導(dǎo)致嚴(yán)重的碎片化問題。基于此，王軍輝認(rèn)為，RISC-V應(yīng)回歸到垂直整合的思路上來，要去思考如何前瞻性地理解應(yīng)用。
“從計算語言到編譯器，到底層數(shù)學(xué)計算庫，再到計算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，RISC-V要在多個方面實現(xiàn)垂直整合。存量市場只有赤裸裸的性價比競爭，瞄準(zhǔn)增量市場才有跨越式發(fā)展的可能?！蓖踯娸x對記者說。
全球異構(gòu)計算領(lǐng)域，英特爾、英偉達(dá)和AMD形成了互相制衡的“三國殺”格局。王軍輝說，當(dāng)前，國際三大領(lǐng)先企業(yè)憑借雄厚的資本與實力各自為戰(zhàn)，都在整合CPU、GPU和FPGA等異構(gòu)計算硬件平臺，布局CUDA、OneAPI和ROCm異構(gòu)計算軟件棧，試圖形成自己的軟硬融合生態(tài)體系，展開封閉和開放生態(tài)之爭。在此情況下，RISC-V要解決異構(gòu)生態(tài)問題，在構(gòu)建高性能異構(gòu)計算軟件棧的同時，實現(xiàn)軟硬融合。
構(gòu)建可持續(xù)生態(tài)是核心考題
從使用開源到參與開源，再到走向貢獻(xiàn)開源甚至部分主導(dǎo)開源，中國在RISC-V開源領(lǐng)域有了更深、更廣的嘗試。中國工程院院士廖湘科指出，開放開源是軟件根技術(shù)創(chuàng)新，特別是發(fā)展操作系統(tǒng)這類基礎(chǔ)軟件的重要途徑，充分利用開源，聯(lián)合開發(fā)者、社區(qū)、軟硬件上下游產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，共同發(fā)展壯大國產(chǎn)操作系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)是當(dāng)前最為行之有效的路徑。
2025年RISC-V占比最大的三個市場
數(shù)據(jù)來源：Counterpoint
“我國企業(yè)積極自發(fā)參與RISC-V國際協(xié)會，說明大家已經(jīng)看到RISC-V指令集生態(tài)的前景，對我國和全世界RISC-V生態(tài)都有極大幫助?！碧频τ浾弑硎?，在RISC-V指令集生態(tài)建設(shè)過程中，與我國參與3GPP組織和5G移動通信類似，我國一方面要積極參與RISC-V國際協(xié)會，推動、參與甚至主導(dǎo)相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定工作，另一方面要加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)和推廣工作，充分發(fā)揮我國人口多、市場大、工程師多和產(chǎn)業(yè)政策靈活的優(yōu)勢，在市場中積極應(yīng)用和推廣RISC-V生態(tài)，加快RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)的成熟進(jìn)程。
放眼RISC-V，由于誕生時間較短，RISC-V在中國本土市場，相關(guān)編譯器、開發(fā)工具和軟件開發(fā)環(huán)境及其他生態(tài)要素還在積極建設(shè)當(dāng)中。此外，RISC-V早期的發(fā)展大多在國外，因此國際協(xié)作至為關(guān)鍵。要讓RISC-V持續(xù)良性向前發(fā)展，顯然還需要更多生態(tài)伙伴的參與和配合，如何構(gòu)建一個可持續(xù)的生態(tài)是擺在RISC-V面前的一道核心考題。
唐丹認(rèn)為，編譯器、開發(fā)工具和集成開發(fā)環(huán)境（IDE）及其他生態(tài)要素，很大程度上屬于基礎(chǔ)共性技術(shù)。我國在完善RISC-V生態(tài)的過程中，需要對這些基礎(chǔ)共性技術(shù)進(jìn)行梳理，組織企業(yè)間的合作共享要對這些基礎(chǔ)共性技術(shù)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)，避免每個企業(yè)單獨(dú)進(jìn)行重復(fù)性研發(fā)，造成研發(fā)資源浪費(fèi)。
中國市場本土的RISC-V編譯器、開發(fā)工具、IDE與其他生態(tài)建設(shè)，離不開有投入意愿的企業(yè)和人才。但需要看到的是，目前相關(guān)企業(yè)和人才其實存在缺失。
針對缺少有投入意愿的企業(yè)，周杰進(jìn)一步表示，編譯器、開發(fā)工具、IDE等RISC-V配套生態(tài)很難做出高營收、高估值公司，繼而很難受到資本青睞，融資困難讓很多有能力的人選擇繼續(xù)在國際大公司從業(yè)而放棄創(chuàng)業(yè)。此外，國內(nèi)尊重軟件版權(quán)的意識還需要提升，再加上RISC-V有不少開源工具可以直接使用，因此部分企業(yè)選擇直接使用開源工具，或者基于開源版本自己做優(yōu)化。
對此，周杰建議，在政策層面，政府和相關(guān)國家機(jī)構(gòu)盡快牽頭推動 RISC-V 開源指令集成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并鼓勵國內(nèi)相關(guān)企業(yè)參與到標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的討論與制定，同時，繼續(xù)完善法律，為知識產(chǎn)權(quán)創(chuàng)造一片更為安全的土壤；在生態(tài)建設(shè)層面， 國家應(yīng)引導(dǎo)和鼓勵產(chǎn)學(xué)研生態(tài)合作，出臺具體的扶持政策、措施， 鼓勵、支持RISC-V 相關(guān)企業(yè)參與到完善開源軟件生態(tài)中；在資本層面，國家可以多扶植相關(guān)的軟件生態(tài)公司，從大局的角度進(jìn)行投資。
談及人才、編譯器、仿真器等開發(fā)工具人才培養(yǎng)問題，周杰希望更多學(xué)?？梢蚤_設(shè)相關(guān)專業(yè)基礎(chǔ)教學(xué)，引入海外優(yōu)秀教育資源。
最后，周杰認(rèn)為，國家應(yīng)當(dāng)鼓勵信創(chuàng)或教育行業(yè)的試點(diǎn)項目采購含有RISC-V芯片的產(chǎn)品或方案，以應(yīng)用需求帶動產(chǎn)品迭代和發(fā)展。
