不再是空談，RISC-V進(jìn)入高性能SoC實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）2022年7月，在嵌入式世界展覽會(huì)上，RISC-V國(guó)際基金組織首席執(zhí)行官Calista Redmond表示，RISC-V芯片出貨量突破100億，“我們估計(jì)市場(chǎng)上已經(jīng)有100億個(gè)核。”

另外，根據(jù)Semico Research預(yù)測(cè)，2025年全球RISC-V內(nèi)核的出貨量累計(jì)將達(dá)到約800億顆。而在談?wù)撨@些核心將出貨給哪些領(lǐng)域時(shí)，幾乎所有從事RISC-V架構(gòu)研究的人員都表示，傳統(tǒng)嵌入式市場(chǎng)當(dāng)然還很重要，但高性能運(yùn)算市場(chǎng)會(huì)給RISC-V帶來(lái)更大的成長(zhǎng)空間。

2022年以前，高性能運(yùn)算對(duì)于RISC-V而言更多是一個(gè)趨勢(shì)和概念。進(jìn)入2023年，飛速發(fā)展的RISC-V已經(jīng)進(jìn)入高性能運(yùn)算市場(chǎng)的實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段。

RISC-V高性能運(yùn)算產(chǎn)品多點(diǎn)開(kāi)花

實(shí)際上，國(guó)內(nèi)在去年就已經(jīng)掀開(kāi)了發(fā)展高性能RISC-V芯片的大幕，平頭哥、躍昉科技和賽昉科技紛紛發(fā)布主頻超過(guò)1.5GHz的高端應(yīng)用處理器，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在高性能RISC-V處理器方面的空白。對(duì)于相關(guān)芯片我們都有過(guò)報(bào)道，這些芯片讓RISC-V芯片的應(yīng)用場(chǎng)景不再局限于普通嵌入式控制市場(chǎng)，而是逐漸向嵌入式智能和通用市場(chǎng)去靠攏。

以躍昉科技的可量產(chǎn)12nm RISC-V SoC芯片NB2為例，這款芯片搭載四核1.8G的CPU，算力超過(guò)32000 DMIPS，搭載850MHz的GPU，1.4GHz NPU，支持Linux+ RTOS + OpenAMP異構(gòu)OS運(yùn)行環(huán)境。從配置信息能夠看出，RISC-V芯片已經(jīng)不再是提供簡(jiǎn)單的控制和計(jì)算功能，而是有了AI的能力。

比如躍昉科技NB2芯片里面的NPU，此外該芯片還加入Vision DSP用于獨(dú)立CV處理，一方面卸載了CPU的算力，進(jìn)而優(yōu)化功耗；另一方面，Vision DSP與NPU的深度協(xié)同也將進(jìn)一步優(yōu)化視覺(jué)智能處理。

基本上，2022年下半年國(guó)內(nèi)發(fā)布了多款RISC-V高性能芯片，這些芯片都在去年年底和今年量產(chǎn)。

同時(shí)，在RISC-V高性能運(yùn)算方面，國(guó)內(nèi)不僅僅是發(fā)布芯片，產(chǎn)品配套同樣做得很完善。以賽昉科技的昉·驚鴻7110為例，其是全球首款量產(chǎn)高性能RISC-V多媒體處理器，面向嵌入式的場(chǎng)景。為了讓終端更好地使用這顆芯片，賽昉科技同時(shí)還發(fā)布了全球首款高性能、低成本且集成3D GPU 的量產(chǎn)RISC-V 單板計(jì)算機(jī)——VisionFive 2。與上一代相比，VisionFive 2全面升級(jí)，在處理器工作頻率、多媒體處理能力、可擴(kuò)展性等方面都有顯著提升。并且，提供了配套開(kāi)發(fā)的技術(shù)文檔。

此外，我們看到RISC-V也在積極進(jìn)軍消費(fèi)設(shè)備和數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)。比如，面向智能手機(jī)的應(yīng)用，谷歌開(kāi)發(fā)了Titan M2芯片，這是一款基于RISC-V架構(gòu)打造的安全協(xié)處理器。谷歌稱，專用的Titan M2安全芯片是為支持新一代安全和隱私功能而設(shè)計(jì)的。

在數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，今年的玄鐵RISC-V生態(tài)大會(huì)上，算能發(fā)布了行業(yè)首款服務(wù)器級(jí)RISC-V CPU算豐SG2042，助力RISC-V 邁向HPC領(lǐng)域。據(jù)介紹，這款芯片基于高性能RISC-V內(nèi)核，9-12流水線設(shè)計(jì)，支持亂序執(zhí)行，主頻高達(dá)2GHz，每個(gè)Cluster最多4個(gè)內(nèi)核，單SoC芯片擁有64核，64MB共享三級(jí)緩存，可以滿足數(shù)據(jù)中心的各種需求。在發(fā)布會(huì)上，算能還推出了搭載SG2042的2U服務(wù)器，支持8 channelDDR4-3200 RDIMM，最大512GB，支持7個(gè)PCIe x16插槽以及雙網(wǎng)卡支持。

作為全球第三種主流架構(gòu)，RISC-V目前對(duì)高性能運(yùn)算市場(chǎng)可謂是虎視眈眈，展開(kāi)了全面的沖擊。當(dāng)然，傳統(tǒng)科技巨頭實(shí)際上也不想錯(cuò)過(guò)這波機(jī)遇。最鮮明的例子就是英特爾，該公司和巴塞羅那超級(jí)計(jì)算中心 (BSC) 此前共同宣布，將在一個(gè)實(shí)驗(yàn)室投資4億歐元開(kāi)發(fā)RISC-V處理器，并且相關(guān)研發(fā)產(chǎn)品不僅僅是面向HPC領(lǐng)域，也關(guān)注用于人工智能應(yīng)用和自動(dòng)駕駛汽車。

在沖擊高性能運(yùn)算領(lǐng)域，RISC-V不僅專注于架構(gòu)本身的性能提升，也很注意和創(chuàng)新技術(shù)的結(jié)合。比如Ventana公司在去年12月份發(fā)布了一款產(chǎn)品Veyron V1，該公司研發(fā)了一種高性能RISC-V架構(gòu)，而且使用了AMD的EPYC處理器那樣的小芯片技術(shù)，允許客戶從Vnetana那里購(gòu)買CPU、IO模塊，然后跟自己的加速器IP整合。

Veyron V1的性能水平非常高，其每個(gè)CPU模塊中有16個(gè)RISC-V內(nèi)核，頻率為3.6GHz，整合48MB緩存，不僅在RISC-V中算是高頻，在整個(gè)CPU行業(yè)中也是很高的水平了。這款芯片最多可以擴(kuò)展到12個(gè)CPU模塊，做到192核，采用臺(tái)積電5nm工藝生產(chǎn)制造。

因此，在商用RISC-V高性能處理器方面，目前產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)逐步做到了主流應(yīng)用覆蓋，可謂是多點(diǎn)開(kāi)花。

開(kāi)源市場(chǎng)也有積極進(jìn)展

我們都知道，RISC-V還有另一條路，那就是做開(kāi)源處理器。雖然市場(chǎng)關(guān)注度還是商業(yè)RISC-V內(nèi)核和處理器更多一些，不過(guò)這不妨礙開(kāi)源RISC-V處理器挺進(jìn)高性能處理器市場(chǎng)。

我們?cè)谥暗膱?bào)道中有提到，2023年中關(guān)村論壇“RISC-V開(kāi)源處理器芯片生態(tài)發(fā)展論壇”上，第二代“香山”（南湖架構(gòu)）開(kāi)源高性能RISC-V處理器核正式發(fā)布，于2022年9月研制完畢，計(jì)劃2023年6月流片。

據(jù)介紹，作為開(kāi)源RISC-V處理器內(nèi)核，第二代“香山”處理器內(nèi)核基于Chisel硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，支持RV64GC指令集。其內(nèi)核架構(gòu)“南湖” 采用中芯國(guó)際14nm工藝制造，目標(biāo)頻率是2GHz，SPECCPU分值達(dá)到10分/ GHz，支持雙通道DDR內(nèi)存以及PCIe、USB、HDMI等更多功能。

第二代“香山”處理器內(nèi)核將對(duì)標(biāo)ARM Cortex-A76內(nèi)核。中科院計(jì)算所副所長(zhǎng)包云崗介紹稱，已有一批企業(yè)正在基于“香山”開(kāi)發(fā)高端芯片，如AI芯片、服務(wù)器芯片、GPU等，有望于2025年取得集體突破。

寫(xiě)在最后

RISC-V基金會(huì)CTO Mark I.Himelstein在去年底時(shí)表示，“除今年已經(jīng)批準(zhǔn)的6項(xiàng)規(guī)范外，還有10項(xiàng)規(guī)范將在2023年第一季度獲得批準(zhǔn)。一個(gè)突出規(guī)范是加密矢量ISA擴(kuò)展，它將為芯片設(shè)計(jì)者提供巨大的性能提升?！币虼?，在指令集方面，RISC-V基金會(huì)也在積極推動(dòng)行業(yè)走向高性能處理器領(lǐng)域。

一直以來(lái)，很多人都說(shuō)RISC-V是ARM架構(gòu)的追隨者。不過(guò)，Mark I.Himelstein在此前受訪時(shí)指出，RISC-V并不一定要對(duì)標(biāo)x86和ARM架構(gòu)產(chǎn)品，比如去開(kāi)發(fā)所謂的GPU，但是一定要通過(guò)自己的方式達(dá)到相同的性能，滿足主流市場(chǎng)的需求。也就是說(shuō)，產(chǎn)品形態(tài)并不重要，最重要的是做市場(chǎng)需要的芯片。