不發(fā)芯片發(fā)平臺(tái)？阿里平頭哥再放大招，RISC-V策略全解析

平頭哥甩出“王炸”芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)，給高性能RISC-V芯片撐場(chǎng)！

智東西8月24日?qǐng)?bào)道，在今日舉辦的2022 RISC-V中國(guó)峰會(huì)上，平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠公布了阿里平頭哥的最新“造芯”力作——無(wú)劍600。

這次，平頭哥發(fā)的不是芯片，而是一個(gè)高性能RISC-V芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)。它一方面幫助芯片公司降低開(kāi)發(fā)芯片成本和風(fēng)險(xiǎn)，另一方面向第三方IP和基礎(chǔ)軟件公司開(kāi)放，讓更多資源接入到RISC-V生態(tài)。

“無(wú)劍”是劍法的至高境界，也寄予了平頭哥的雄心：通過(guò)“授人以漁”，提供軟硬件全棧支持，顯著縮短芯片從研發(fā)到量產(chǎn)的時(shí)間，推動(dòng)更多面向不同行業(yè)的高性能RISC-V芯片出現(xiàn)。

更重要的是，它將長(zhǎng)期活躍于終端市場(chǎng)的RISC-V芯片，送上了通往高性能的高速列車。據(jù)孟建熠分享，無(wú)劍600已經(jīng)實(shí)現(xiàn)與國(guó)產(chǎn)開(kāi)源云端操作系統(tǒng)龍蜥的適配，并成功運(yùn)行了大型桌面級(jí)軟件和基于JAVA的應(yīng)用。

01.“平臺(tái)+SoC原型”雙劍出鞘，突圍高性能

近年起勢(shì)迅猛的RISC-V，與x86、Arm一起，被業(yè)界并稱為「三大CPU主流架構(gòu)」。因開(kāi)源開(kāi)放、靈活、低功耗等特性，RISC-V具備沒(méi)有歷史包袱、沒(méi)有高昂授權(quán)費(fèi)用、開(kāi)發(fā)成本更低、無(wú)需擔(dān)憂“斷供”風(fēng)險(xiǎn)等優(yōu)勢(shì)，被視作發(fā)展自主可控本土芯片生態(tài)的關(guān)鍵路徑之一。

平頭哥在做的事，就是通過(guò)軟硬件研發(fā)投入和生態(tài)連接，推動(dòng)國(guó)內(nèi)RISC-V生態(tài)快速壯大。

今天發(fā)布的無(wú)劍600，便意在于此。無(wú)劍600是一個(gè)高性能RISC-V異構(gòu)芯片的軟硬件全棧平臺(tái)，擁有高性能、高內(nèi)存帶寬、異構(gòu)計(jì)算、人工智能（AI）加速的特點(diǎn)，同時(shí)兼具高安全、多模態(tài)感知和軟硬一體的能力。

▲無(wú)劍600平臺(tái)設(shè)計(jì)圖

借助該平臺(tái)，開(kāi)發(fā)者和企業(yè)能夠快速開(kāi)發(fā)性能更高、主頻更高、內(nèi)存更大、邊緣AI計(jì)算能力更強(qiáng)的SoC芯片。無(wú)劍600的默認(rèn)處理器是玄鐵C910，即平頭哥在2019年發(fā)布的主頻2.5GHz的高性能RISC-V核。這將RISC-V的商用性能，從1GHz推向2GHz。有何意義？孟建熠打個(gè)比方，假如將RISC-V比作跳高運(yùn)動(dòng)，原來(lái)只能跳1米高度，現(xiàn)在能穩(wěn)定跳2米以上，突破了RISC-V性能的極限。在AI加速方面，無(wú)劍600平臺(tái)中，最新版的玄鐵C910集成了矢量Vector處理器，支持FP16等新型數(shù)據(jù)類型，并可提供高達(dá)4TOPs的Int8 AI算力，方便AI加速類應(yīng)用的開(kāi)發(fā)。無(wú)劍600平臺(tái)還重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)了CPU+XPU異構(gòu)架構(gòu)設(shè)計(jì)，從運(yùn)行功耗、內(nèi)存帶寬和軟件棧方面都進(jìn)行了優(yōu)化，并支持適配GPU、NPU、VPU、DSP、ASIC等多種不同功能的第三方IP。也就是說(shuō)，半導(dǎo)體IP公司可以用無(wú)劍600來(lái)打造RISC-V整體生態(tài)上的能力，下游廠商進(jìn)入了系統(tǒng)級(jí)、體系化的框架，可更高效地開(kāi)發(fā)芯片。平頭哥基于無(wú)劍600平臺(tái)成功“打樣”——SoC原型曳影1520。

▲SoC原型曳影1520

這是一顆多模態(tài)AI處理器SoC，內(nèi)置4核玄鐵C910，最高吞吐率4266MT，AI峰值算力達(dá)到4TOPS，支持全鏈路安全防護(hù)，具有4K視頻處理能力，同時(shí)包含豐富的異構(gòu)計(jì)算和高速IO資源，軟硬件都已完成應(yīng)用的適配。

開(kāi)發(fā)者和企業(yè)也可以在定制個(gè)性化芯片的同時(shí)，先在曳影1520上開(kāi)發(fā)自己的系統(tǒng)，縮短產(chǎn)品從研發(fā)到量產(chǎn)上市的時(shí)間。

02.給軟硬協(xié)同打個(gè)樣！用RISC-V芯片跑大型桌面級(jí)軟件

RISC-V芯片的參數(shù)邁進(jìn)了高性能的大門，下一步，就是考察實(shí)際跑應(yīng)用的表現(xiàn)。在曳影1520上，平頭哥與龍蜥社區(qū)、中科院軟件所PLCT實(shí)驗(yàn)室，聯(lián)合打造從芯片平臺(tái)到龍蜥操作系統(tǒng)、再到上層應(yīng)用軟件的全鏈路能力，已首次實(shí)現(xiàn)龍蜥Linux操作系統(tǒng)的兼容。

▲基于龍蜥Linux OS的軟硬件全棧平臺(tái)

這進(jìn)一步拓展了RISC-V生態(tài)想象力。龍蜥操作系統(tǒng)（Anolis OS）是一款基于Linux的國(guó)產(chǎn)主流開(kāi)源云計(jì)算操作系統(tǒng)，定位于服務(wù)器端，支持多種主流芯片架構(gòu)和計(jì)算場(chǎng)景。因其豐富、復(fù)雜的軟件棧，龍蜥對(duì)芯片的要求非常高，此前在x86、Arm架構(gòu)上都經(jīng)過(guò)了全面驗(yàn)證。

這一次，龍蜥首次對(duì)RISC-V提供全面支持。曳影1520幫助RISC-V架構(gòu)搭載更重的操作系統(tǒng)和應(yīng)用，完成了3000多個(gè)基礎(chǔ)組件的適配，并首次運(yùn)行FireFox瀏覽器、LibreOffice等大型桌面級(jí)軟件，以及Hexo和Open Rocket等基于NodeJS和JAVA的應(yīng)用，這為更大型應(yīng)用程序的適配奠定了基礎(chǔ)。

▲圖說(shuō)：無(wú)劍600平臺(tái)已適配龍蜥OS，并首次運(yùn)行LibreOffice Writer/Impress/Calc等桌面級(jí)軟件

這是無(wú)劍600平臺(tái)的一小步，但是RISC-V的一大步。全棧適配龍蜥，印證了無(wú)劍600平臺(tái)能夠適配主流云計(jì)算操作系統(tǒng)，并凸顯了RISC-V可面向特定領(lǐng)域及應(yīng)用進(jìn)行深度定制化的軟硬聯(lián)合優(yōu)化能力。

當(dāng)前，無(wú)劍600平臺(tái)針對(duì)的市場(chǎng)主要包括平板、智慧大屏、智能NVR、AR/VR和低速UGV等這類高性能旗艦級(jí)的產(chǎn)品，也支持醫(yī)療成像、視頻會(huì)議、家用機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等中高端應(yīng)用。基于無(wú)劍600平臺(tái)現(xiàn)已能運(yùn)行龍蜥社區(qū)的多種云上應(yīng)用，OpenJDK、NodeJS、Python等上游社區(qū)常見(jiàn)應(yīng)用，以及NCNN等AI應(yīng)用。

03.奪榜權(quán)威AI基準(zhǔn)測(cè)試，RISC-V架構(gòu)創(chuàng)新加速端側(cè)AI計(jì)算

實(shí)現(xiàn)高性能RISC-V芯片，非?？简?yàn)芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的功底，尤其體現(xiàn)在算力與內(nèi)存、功耗、成本等多方面之間的平衡把握上。

孟建熠告訴智東西，如今下游合作伙伴已經(jīng)不僅僅滿足于一個(gè)硬件IP核，而更加看重軟硬件能否很好融合、在穩(wěn)定性和性能上都做出優(yōu)勢(shì)，這些需求的變化正推動(dòng)市場(chǎng)往軟硬件全棧方案發(fā)展。

以無(wú)劍600平臺(tái)為例，從RISC-V處理器的指令設(shè)計(jì)、微架構(gòu)實(shí)現(xiàn)、工具鏈和底層庫(kù)的優(yōu)化、操作系統(tǒng)優(yōu)化適配，到應(yīng)用的聯(lián)合調(diào)優(yōu)，平頭哥團(tuán)隊(duì)都做了大量艱苦的研發(fā)工作，才在技術(shù)軟件上達(dá)到基本穩(wěn)定的量產(chǎn)水平。打磨好這些基本功后，還要配置專業(yè)的團(tuán)隊(duì)，對(duì)特定應(yīng)用領(lǐng)域所需的功能進(jìn)行錘煉。

作為高性能RISC-V處理器的先行者，平頭哥當(dāng)前的策略是通用計(jì)算和DSA（領(lǐng)域?qū)Ｓ眉軜?gòu)）并行演進(jìn)。

AI加速是當(dāng)前一大主流DSA方向。隨著AI計(jì)算在端側(cè)應(yīng)用愈發(fā)普及，AI開(kāi)發(fā)友好性正成為芯片的一大核心競(jìng)爭(zhēng)力。國(guó)內(nèi)很多硬件加速器已經(jīng)能做到較高的性能，但輸在“用不起來(lái)”。而RISC-V的開(kāi)放性，使其相較于Arm芯片有更大的底層創(chuàng)新和擴(kuò)展空間，能設(shè)計(jì)出更適合跑AI算法的系統(tǒng)，并能兼顧到不斷推陳出新的AI算法對(duì)靈活可擴(kuò)展性的要求。

平頭哥正通過(guò)矢量擴(kuò)展和全鏈路軟硬件能力的提升，持續(xù)優(yōu)化其RISC-V處理器的AI加速能力。

今年4月，權(quán)威AI基準(zhǔn)測(cè)試MLPerf Tiny V0.7推理性能榜單顯示，基于平頭哥RISC-V處理器的軟硬件聯(lián)合優(yōu)化方案，在視覺(jué)喚醒、圖像分類、語(yǔ)音喚醒、異常監(jiān)測(cè)等4個(gè)典型端側(cè)AI任務(wù)中均取得第一，遙遙領(lǐng)先于第二名。

▲平頭哥在MLPerf Tiny V0.7測(cè)試拿下4個(gè)第一

平頭哥近兩年也在力推為RISC-V準(zhǔn)備的AI部署工具HHB，它支持各種類型的模型和算法，通過(guò)更好地實(shí)現(xiàn)AI算子與硬件的適配，幫助開(kāi)發(fā)者完成AI模型的高效編譯及部署。

據(jù)孟建熠觀察，對(duì)于1TOPs以下的端側(cè)AI算力需求，平頭哥現(xiàn)有的RISC-V處理器足以勝任，不需要再額外加專用加速器；對(duì)于超過(guò)1TOPs的算力需求，平頭哥既提供基于RISC-V的擴(kuò)展，也支持用戶自定義的第三方AI加速IP。例如在過(guò)去兩年，平頭哥與Imagination在GPU和AI方面進(jìn)行深度合作，已經(jīng)能提供硬件IP到優(yōu)化的軟硬件異構(gòu)計(jì)算方案。這也是RISC-V領(lǐng)域最成熟的可量產(chǎn)的方案。

04.推動(dòng)生態(tài)形成合力，三分天下有其一

孟建熠分享說(shuō)，未來(lái)RISC-V將向3個(gè)必然趨勢(shì)演進(jìn)：高性能、軟硬件全棧、更廣的生態(tài)合作。如何構(gòu)建更加繁榮的生態(tài)？?jī)叭皇钱?dāng)前RISC-V領(lǐng)域最核心的議題。

“統(tǒng)一形成好的生態(tài)是大家做RISC-V的共識(shí)。”孟建熠談道，RISC-V不是其它架構(gòu)的革命者，當(dāng)務(wù)之急是證明自己能夠成長(zhǎng)起來(lái)，發(fā)展出自己的特色，真正成為“三分天下有其一”的架構(gòu)

。RISC-V處理器的作戰(zhàn)陣地，正從中低端IoT市場(chǎng)，擴(kuò)展對(duì)高性能、可靠性有更高要求的云計(jì)算、邊緣計(jì)算、車載智能計(jì)算等應(yīng)用場(chǎng)景。

過(guò)去一年，全球RISC-V生態(tài)進(jìn)展飛速，并出現(xiàn)很多標(biāo)志性事件：在IoT（物聯(lián)網(wǎng)）領(lǐng)域的應(yīng)用規(guī)模超過(guò)100億顆，中國(guó)公司的出貨量占到50%；SPECint性能首次超過(guò)10分，進(jìn)入高性能計(jì)算的行列。

平頭哥也收獲了顯赫的戰(zhàn)績(jī)：玄鐵處理器已成為國(guó)內(nèi)RISC-V領(lǐng)域影響力和市占率最大的處理器，廣泛應(yīng)用于MCU、藍(lán)牙、無(wú)線、語(yǔ)音、視覺(jué)等30多類場(chǎng)景，授權(quán)數(shù)以每年50%的數(shù)量增長(zhǎng)。

但相比Arm逾2000億顆芯片的出貨量、幾乎圈入全球主流科技公司的成熟生態(tài)，RISC-V在應(yīng)用規(guī)模、行業(yè)滲透率、生態(tài)多樣性上，都還有很長(zhǎng)的路要走。

在平頭哥生態(tài)副總裁楊靜看來(lái)，應(yīng)用和軟件，對(duì)于整個(gè)RISC-V生態(tài)的發(fā)展至為關(guān)鍵。這也是平頭哥打造無(wú)劍600平臺(tái)的用意所在，通過(guò)打牢軟硬件全棧地樁和聯(lián)通更多的第三方IP，讓企業(yè)能基于RISC-V開(kāi)發(fā)出滿足其特定應(yīng)用需求的高性能穩(wěn)定可靠的SoC芯片產(chǎn)品。

平頭哥已實(shí)現(xiàn)RISC-V與Anolis、AliOSThings、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、安卓等操作系統(tǒng)的適配，并在商業(yè)量產(chǎn)芯片中得到了應(yīng)用。今年4月，平頭哥玄鐵C910處理器成功運(yùn)行TensorFlow Lite，首次實(shí)現(xiàn)了RISC-V在安卓12新系統(tǒng)上的AI支持。孟建熠認(rèn)為，盡管RISC-V的應(yīng)用市場(chǎng)會(huì)呈現(xiàn)碎片化特征，但是RISC-V生態(tài)仍然是標(biāo)準(zhǔn)化和統(tǒng)一的。

今天，RISC-V國(guó)際基金會(huì)正在制定統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，來(lái)推動(dòng)生態(tài)形成合力。平頭哥也在積極參與其中，已在RISC-V國(guó)際基金會(huì)中參與了29個(gè)技術(shù)方向的標(biāo)準(zhǔn)制定，主導(dǎo)負(fù)責(zé)了10個(gè)技術(shù)小組，過(guò)去一年向基金會(huì)貢獻(xiàn)8篇技術(shù)文章。

再往前走，關(guān)鍵問(wèn)題是如何將RISC-V架構(gòu)的可擴(kuò)展性很好發(fā)揮出來(lái)，這要求有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的高性能RISC-V芯片平臺(tái)，能夠承載更加厚重的軟件棧，而平頭哥正致力于此。

05.結(jié)語(yǔ)：RISC-V仍在生態(tài)繁榮的前夜

在孟建熠看來(lái)，如果將目標(biāo)定為滲透到桌面級(jí)或云端，那么RISC-V依然處于生態(tài)繁榮的前夜，要把開(kāi)發(fā)者生態(tài)培育起來(lái)，路還很長(zhǎng)，需要全球軟硬件RISC-V開(kāi)發(fā)者的共同努力。

可以看到，平頭哥打造無(wú)劍600平臺(tái)的目標(biāo)，不是售賣自己的芯片，也不是授權(quán)幾乎單一的標(biāo)準(zhǔn)化處理器IP，而是縱向上面向通用計(jì)算和特定領(lǐng)域做軟硬件全棧的適配和優(yōu)化，橫向上擴(kuò)展對(duì)第三方IP的支持，由此降低RISC-V芯片的開(kāi)發(fā)門檻，來(lái)吸引更多的生態(tài)合作伙伴。

這樣的策略，將在幫助RISC-V架構(gòu)進(jìn)入高性能應(yīng)用的同時(shí)，助力芯片產(chǎn)品及應(yīng)用走出多樣性，共同推動(dòng)RISC-V生態(tài)繁榮。

作者 |  心緣

編輯 |  漠影