未來ARM和RISC-V如何共存

RISC-V將繼續(xù)向高性能演進，高主頻、高性能是未來發(fā)展的趨勢。

作者：九林

在X86與ARM兩大架構(gòu)互相爭搶市場時，開源的RISC-V架構(gòu)破空而出。RISC-V指令集從2010年發(fā)布至今，短短12年的時間里飛速發(fā)展。前不久，數(shù)量更是突破100億顆，遠(yuǎn)超同時期的ARM、X86。

近日，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫記者參與2022 RISC-V中國峰會，采訪到業(yè)界兩位RISC-V資深人士，中國科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍研究員、平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠博士，想聊一聊關(guān)于關(guān)于RISC-V發(fā)展的問題。

聊聊高性能發(fā)展

在RISC-V中國峰會上，平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠談到了RISC-V未來發(fā)展的三個趨勢，其中一個趨勢就是，RISC-V將繼續(xù)向高性能演進，高主頻、高性能是未來發(fā)展的趨勢。

RISC-V將走向高性能這件事，并非僅有平頭哥一家企業(yè)提出。RISC-V業(yè)內(nèi)另一“大?！敝袊茖W(xué)院計算技術(shù)研究所副所長包云崗也曾提出，在RISC-V的發(fā)展中，已經(jīng)出現(xiàn)一大批國內(nèi)外企業(yè)瞄準(zhǔn)高性能RISC-V，性能對標(biāo)ARMCortex-A76/A78，甚至Neoverse-N1/N2。很多企業(yè)還把RISC-V從嵌入式場景拓展到工業(yè)控制、自動駕駛、人工智能、通信、數(shù)據(jù)中心等對算力要求更高的場景。

RISC-V想要達(dá)到“高性能”，并且應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心這類對算力有較高要求的場景，必然不會是一件容易的事情。

RISC-V?因其本身低功耗、低成本特性，具備進入服務(wù)器、高性能領(lǐng)域的潛力。但高性能對于軟件生態(tài)發(fā)展提出了挑戰(zhàn)。

中國科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍研究員表示，軟件方面，還是有很多核心的基礎(chǔ)軟件沒有很好的跑在RISC-V平臺上，很多人還沒有把RISC-V當(dāng)成Tier-1或者First-Class-Citizen去對待。

除去軟件生態(tài)的問題，RISC-V向高性能發(fā)展繞不開：高性能RISC-V IP、芯片、硬件平臺。

按照業(yè)內(nèi)共識，高性能RISC-V 的IP需要跨過三個門檻：流水線達(dá)到10級以上、采用亂序執(zhí)行和超標(biāo)量、SPECint2006至少達(dá)到7/GHz。目前，全球僅有少數(shù)廠商和機構(gòu)推出高性能RISC-V IP。

芯片方面，高性能對處理器的性能和穩(wěn)定性提出更高的要求。上層軟件棧越厚，上面的人就愈加看不到底下的硬件情況，所以穩(wěn)定性是所有復(fù)雜應(yīng)用場景這些軟件要移上來的基礎(chǔ)。這也帶來一個巨大的問題，就是需要投入極大的研發(fā)精力和成本。

從2021年“香山”開源高性能?RISC-V?處理器核亮相之后，國內(nèi)也有企業(yè)發(fā)布了基于RISC-V架構(gòu)的高性能產(chǎn)品和平臺。例如，賽昉科技發(fā)布全球首款量產(chǎn)高性能RISC-V多媒體處理器——昉·驚鴻7110(JH7110)；平頭哥發(fā)布首個高性能RISC-V芯片平臺“無劍600”及SoC原型“曳影1520”，希望借此孵化更多的高性能RISC-V芯片及上層軟件應(yīng)用。

同時，RISC-V國際基金會已成立數(shù)據(jù)中心工作組（Datacenter SIG）和高性能計算特別興趣小組（HPC SIG）。其中，數(shù)據(jù)中心工作組主要由阿里平頭哥、谷歌、Ventana等組成，平頭哥正主導(dǎo)推動相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定；高性能計算特別興趣小組則由141名成員組成，專注于促進高性能RISC-V處理器生態(tài)的發(fā)展。

現(xiàn)在，這個“年輕”的架構(gòu)，帶著它獨有的特性走向高性能發(fā)展。

聊聊生態(tài)

因為RISC-V的建設(shè)，RISC-V的生態(tài)建設(shè)一直是業(yè)內(nèi)關(guān)注的重點。相較于ARM的成熟生態(tài)，RISC-V的生態(tài)仍然是一個問題。

從生態(tài)的繁榮程度來看，RISC-V目前處于在ARM大概2000年-2005年這樣一個階段。在2005年，ARM初步證明商業(yè)化可用，并且與ARM相關(guān)資料增多，市場對其人才需求暴增。

談到生態(tài)繞不開的一個問題就是聯(lián)盟，如同X86架構(gòu)形成自己的“Wintel”聯(lián)盟，或是像ARM架構(gòu)形成“Quandroid”聯(lián)盟。RISC-V國際基金會會員已經(jīng)超過3100家，比2021年增加130%；中國RISC-V聯(lián)盟迅速壯大，擁有超過60家企業(yè)成員。在生態(tài)聯(lián)盟方面，RISC-V發(fā)展迅速。

RISC-V軟件生態(tài)在近年來也有很大程度的豐富。從開發(fā)者數(shù)量和工具的豐富程度來衡量，RISC-V已經(jīng)進入快速發(fā)展期，國際開源社區(qū)積極投入RISC-V軟件生態(tài)。以Linux發(fā)行版Debian為例，開源社區(qū)于2019年開始支持RISC-V，并且在全世界開源社區(qū)的努力下，僅用3年時間就完成了2萬多個軟件包中95%的移植，使RISC-V成為Debian支持的Tier-1架構(gòu)。

從RISC-V的企業(yè)來看，包括海思、兆易創(chuàng)新、瑞芯微、全志科技、匯頂科技、樂鑫科技等紛紛進軍RISC-V，而平頭哥、芯來、賽昉等已經(jīng)可以提供基于RISC-V 的CPU IP、編譯器、工具鏈等產(chǎn)品。

RISC-V仍然需要拓展新的生態(tài)，孟建熠博士對于RISC-V的未來預(yù)測中也提到，RISC-V架構(gòu)將走向更廣的生態(tài)合作，在商業(yè)合作上將會有更多的新模式、軟件持續(xù)豐富，應(yīng)用不斷多樣化。

聊聊中國為何大力發(fā)展RISC-V

中國正在“大力”發(fā)展RISC-V，為什么說是“大力”呢，因為相較于其他架構(gòu)，中國企業(yè)對于RISC-V的投入顯然是更多的，比如前文提到的100億顆的出貨量中，中國貢獻(xiàn)了其中的50%；RISC－V國際基金會的19個高級會員中，和中國相關(guān)的會員有12個。

大多人認(rèn)為發(fā)展RISC-V主要因為其開源的特性，防止在一些地緣政治中出現(xiàn)被管制的現(xiàn)象。但這只是原因的一部分，更大的原因是相較于世界上的其他國家，中國擁有一些“得天獨厚”的優(yōu)勢。

從國際方面看，RISC-V是第一個中國從發(fā)展初期就可以深度參與、發(fā)揮核心貢獻(xiàn)的全球范圍的新指令集架構(gòu)、新的生態(tài)。初期就參與其核心建設(shè)，也就意味著在這一方面，中國與國外的差距并不大，這是難得的歷史機遇。

孟建熠博士談到：“今天來講，RISC-V在中國的落地，至少跟國外可以做到同步?！?/p>

再從國內(nèi)看，半導(dǎo)體領(lǐng)域的發(fā)展非常需要經(jīng)驗的積累，但大多數(shù)中國企業(yè)成立時間較短。缺乏經(jīng)驗這件事或許在其他細(xì)分領(lǐng)域是一項劣勢，但在面臨”年輕“的RISC-V時，反倒成為我們獨特的優(yōu)勢。

我們沒有國外一些老牌廠商和機構(gòu)的歷史包袱，同樣也沒有它們已經(jīng)存在的商業(yè)利益和技能上的慣性，這就使得我們可以從一個全新的視角在一個全新的架構(gòu)下，做很多開創(chuàng)的工作。

這些都是中國為什么需要大力推動RISC-V的原因。當(dāng)然，相對來說，RISC-V想要快速發(fā)展，也離不開中國。

中國具有巨大的市場，已經(jīng)是眾所周知的事情了，而這巨大市場，帶來豐富的應(yīng)用場景。尤其是在物聯(lián)網(wǎng)細(xì)分領(lǐng)域，在中國尚未形成真正的壁壘，任何一個碎片化的應(yīng)用場景都有可能再次帶來RISC-V的新機會。

另外，中國有大量初創(chuàng)企業(yè)涌入，很多企業(yè)都選擇了RISC-V架構(gòu)，市場的篩選與推動才能加速RISC-V的發(fā)展。很難說，RISC-V發(fā)展的如此迅速，是否是因為中國，但可以肯定的是，如果沒有中國，RISC-V發(fā)展增速必然沒有今天的結(jié)果。

實際上，RISC-V在中國還有極大的發(fā)展空間。因為哪怕中國還沒有一個國家級的關(guān)于RISC-V的政策，但中國的企業(yè)都自發(fā)地參與到RISC-V生態(tài)建設(shè)中，已經(jīng)帶來了國內(nèi)的火熱景象。

聊聊未來ARM和RISC-V如何共存

中國工程院院士倪光南表示：“幾年來，我國產(chǎn)學(xué)研各界通過評估和試用，普遍認(rèn)為RISC-V架構(gòu)先進，功能完善，有可能在AI、IoT、大數(shù)據(jù)、云計算等新一代信息技術(shù)領(lǐng)域獲得市場優(yōu)勢，從而在未來世界主流CPU架構(gòu)格局中，達(dá)到三分天下有其一?！?/p>

ARM與RISC-V一直是被業(yè)界相提并論的架構(gòu)，兩大架構(gòu)也有各自的標(biāo)簽，ARM靠著低功耗、體積小，價格低廉占據(jù)移動端市場；RISC-V則靠著定制化、開源、開放切入市場。

兩種架構(gòu)在大眾的討論中往往處于競爭的境地。

當(dāng)被問到關(guān)于ARM與RISC-V未來將以何種形式共存的問題，武延軍坦言：“這個問題我們確實思考過，但是也沒有一個明確的答案?！?/p>

他分享了一些看法，在未來RISC-V與ARM很有可能處于一種融合共生的狀態(tài)。如同Linux 流行以后，還是有一些商業(yè)化的Unix操作系統(tǒng)會出現(xiàn)在比較重要的領(lǐng)域（銀行等）。

ARM與RISC-V之間差異化發(fā)展，互相借鑒。

RISC-V在成長過程中，吸取了ARM的經(jīng)驗教訓(xùn)。比方說，現(xiàn)在的RISC-V很像10年前的Arm，非常碎片化。而從ARM的歷史發(fā)展中可以看到，如果有更多的創(chuàng)新型中小型企業(yè)加入，一起協(xié)同開發(fā)底層的共同部分，包括工具鏈、軟件優(yōu)化等的協(xié)作，是可以幫助企業(yè)集中精力實現(xiàn)差異化、價值化。這種模式，在ARM中已經(jīng)被證明是成功的。

ARM同樣也會借鑒RISC-V的開放性，在商業(yè)上逐漸找到自己的定位，通過更好的服務(wù)能力、商業(yè)授權(quán)上的優(yōu)化，逐漸形成它的獨有業(yè)務(wù)模式而長期存在。

編輯：黃飛

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