汽車電子&服務(wù)器，為什么非RISC-V不可？

2023年3月，RISC-V之父、圖靈獎得主David Patterson在平頭哥玄鐵RISC-V生態(tài)大會上曾大膽預(yù)言：“3~5年后，RISC-V將無處不在！”

2023年6月，RISC-V技術(shù)主要發(fā)明者，同時也是SiFive聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席架構(gòu)師的Krste Asanovi?教授則在2023 SiFive RISC-V 中國技術(shù)論壇上表示：“未來2~3年內(nèi)，RISC-V將突破性能水平或應(yīng)用領(lǐng)域的限制，很快超越所有其他架構(gòu)！”

那么RISC-V到底發(fā)展得如何呢？

從數(shù)據(jù)面來看，根據(jù)RISC-V國際基金會發(fā)布的最新數(shù)據(jù)顯示，截至2023年7月，RISC-V全球會員單位數(shù)量已超過3820個，2023年8月，該數(shù)據(jù)已經(jīng)上升至將近4千個，遍布全球70多個國家。從出貨量的角度來看，2022年年底出貨100億顆，預(yù)計到2025年將達到600億顆。換言之，RISC-V用12年的時間走完了傳統(tǒng)指令集30年的發(fā)展歷程。

從應(yīng)用生態(tài)面來看，筆者曾在2020年撰寫的《產(chǎn)業(yè)觀察 | 10年過去，RISC-V陣營怎么樣了？》一文中提到：“除了在IoT/MCU等領(lǐng)域綻放光彩以外，未來2~3年RISC-V的高性能應(yīng)用在服務(wù)器、移動端及車載電子等領(lǐng)域?qū)懈嗟膶崿F(xiàn)，而基于應(yīng)用軟件的技術(shù)及生態(tài)也將持續(xù)增進，并且在特定領(lǐng)域，如DSP/AI/圖像/網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域也會有所斬獲?！痹撐逆溄诱垙?fù)制到瀏覽器打開：https://www.eefocus.com/article/465846.html

3年過去，如今看來，RISC-V產(chǎn)業(yè)的發(fā)展軌跡正如預(yù)期。2023年8月28日，在第三屆滴水湖中國RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上，我們看到除了汽車電子以外，今年又多了服務(wù)器芯片的身影。這意味著，就國內(nèi)的RISC-V生態(tài)來講，在時間維度上，RISC-V在車載領(lǐng)域的實現(xiàn)早于服務(wù)器領(lǐng)域，然而僅這一維度并不能充分說明服務(wù)器領(lǐng)域才是RISC-V更難啃的骨頭。

圖 | 第三屆滴水湖中國RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上首次出現(xiàn)國產(chǎn)RISC-V服務(wù)器芯片的身影

汽車電子&服務(wù)器，為什么非RISC-V不可？

在回答汽車電子和服務(wù)器這兩種RISC-V的高端應(yīng)用，哪一個相對更容易落地的問題前，我們先來聊聊使用RISC-V內(nèi)核的必要性。

Tenstorrent Inc.首席CPU架構(gòu)師練維漢告訴與非網(wǎng)：“在特斯拉發(fā)明了第一個自制車載芯片后，我們公司收到了很多關(guān)于這方面的需求。那么，汽車大公司們都在焦慮些什么呢？我認為未來的汽車基本上就是現(xiàn)在的手機加四個輪子，因此進入汽車市場的門檻就降低了，然而對于傳統(tǒng)車廠而言，他們以前最會做的駕駛系統(tǒng)不見了，車載系統(tǒng)正在成為新的競爭焦點，同時產(chǎn)品的市場競爭力和其差異化優(yōu)勢深度耦合。所以未來的汽車，它的電子系統(tǒng)一定是定制指令集。英特爾、AMD不太可能，ARM只會賣IP，不可能給你量身定做。所以你唯一可以選擇的就是RISC-V，通過定制化做出你想要做出來的東西，你才有差異性，才可以賣更好的價錢，這是時代的趨勢，也是電動車帶來的問題?！?/p>

對于這一點，筆者認為今年8月的一則消息就是很好的佐證：高通、恩智浦、英飛凌、Nordic和博世發(fā)布聯(lián)合聲明,宣布將攜手共同投資組建一家芯片公司，專攻RISC-V架構(gòu)，目標(biāo)是通過支持下一代硬件開發(fā)來推動 RISC-V 在全球的應(yīng)用。

業(yè)內(nèi)人士對此表示：“高通選擇RISC-V的原因可能與它和Arm公司之間的訴訟有關(guān)，比如禁止自選GPU核心，強制采用公版架構(gòu)等，這會對高通的獨家優(yōu)勢構(gòu)成威脅。相對來說，更加自由、開放的RISC-V可能更符合高通接下來的需求?！?/p>

而在服務(wù)器領(lǐng)域又是另外一番景象，我們看到如今x86架構(gòu)處理器依舊統(tǒng)治著PC和服務(wù)器市場，而Arm架構(gòu)處理器則統(tǒng)治著移動市場。但是隨著數(shù)據(jù)上云趨勢的演變，x86架構(gòu)向前發(fā)展裹挾著沉重的向后兼容包袱，沒有辦法做到專注于云，而反過來看，專注于云端計算的芯片它即要在關(guān)鍵云需求上做加法，帶來性能的提升，比如根據(jù)需求增加大量寄存器等，也要在沒有需要的地方做減法，帶來能耗的降低。

我們以視頻云為例來解釋一下，我們了解到視頻編碼對算力的要求很高，因為我們常常試圖用算力換存儲，用算力換傳輸帶寬。那么我們要如何提升視頻云服務(wù)器CPU的算力呢？第一步就是要選擇好的內(nèi)核架構(gòu)，但不管是Hyper-Threading還是其他，采用傳統(tǒng)架構(gòu)的CPU走的都是提高主頻的路子，在視頻處理時就會遇到一些問題，比如視頻壓縮的時候會分成I幀、P幀、B幀，每一幀的算力并不是平均分配的，就會帶來對算力需求不穩(wěn)定的問題。所以為了讓芯片不跑超頻，就可能會做一些降頻處理，這時候它的算力就可能達不到相應(yīng)的編碼需求。在實際業(yè)務(wù)中，由于視頻業(yè)務(wù)不是單機運行的，會有很多的服務(wù)器集群配合來處理，為了防止CPU跑超等復(fù)雜情況的出現(xiàn)，就不得不把服務(wù)器集群的水位降低，這是傳統(tǒng)架構(gòu)CPU比較大的問題。相比之下，RISC-C和Arm就可以在復(fù)雜任務(wù)中實現(xiàn)穩(wěn)定的輸出，做到良好的資源調(diào)配和水位調(diào)配，不用預(yù)留很多冗余來防止芯片跑超。

此外，我們也可以看到除了主頻高以外，傳統(tǒng)架構(gòu)CPU的核不多，通常是兩個vCPU/HT共享一個物理核、1份ALU，但RISC-C和Arm可以實現(xiàn)128/256/512或更多的核，類似GPU的設(shè)計，如此一來，對于不同應(yīng)用場景而言，就可以用少核應(yīng)對低算力需求的場景，多核應(yīng)對高算力需求的場景，實現(xiàn)更優(yōu)的業(yè)務(wù)調(diào)配，降低投入成本。

而對比Arm，RISC-V之所以能吸引服務(wù)器領(lǐng)域公司的目光的主要原因之一是，它允許他們使用自己的自定義指令擴展開放的、免版稅的指令集架構(gòu)，以加速特定任務(wù)。關(guān)于特定任務(wù)，Ventana Micro Systems公司首席執(zhí)行官兼聯(lián)合創(chuàng)始人 Balaji Baktha舉例道：“這些自定義指令在初級程序員看來是 RISC-V ISA 擴展，比如您用RISC-V處理器加速數(shù)據(jù)解壓縮，在其中一個自定義的小芯片上，可以指定數(shù)字邏輯以在硬件中執(zhí)行此任務(wù)，CPU內(nèi)核在運行程序或固件代碼時可以看到這些指令并與自定義芯片通信以快速完成操作，然后把結(jié)果返回給調(diào)用代碼?！?/p>

換句話說，芯片設(shè)計公司采用RISC-V定制芯片時，只需要確保該芯片在設(shè)計過程中是符合互連規(guī)范的，這會比從Arm 獲得 CPU 內(nèi)核許可并將它們設(shè)計成具有自定義加速功能的片上系統(tǒng)更容易、更便宜，并且這些指令和連接的功能對客戶的芯片來說仍然是專有的，而不會被在同意擴展ISA后提供給所有被許可人。

汽車電子vs服務(wù)器，誰更容易落地？

前面提到RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域的落地要晚于汽車電子，事實上在2020年以前，RISC-V在服務(wù)器賽道的身影幾乎為“零”。但是，行業(yè)內(nèi)卻很看好RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域的潛力。根據(jù)投資機構(gòu)ARKInvest的預(yù)測顯示，到2030年，ARM和RISC-V可能成為新的處理器標(biāo)準(zhǔn)，在云業(yè)務(wù)領(lǐng)域取代英特爾x86架構(gòu)。其中，ARM+RISC-V的組合所占據(jù)的服務(wù)器市場份額，將從2020年的零，增加到2030年的71%。

所以，汽車電子和服務(wù)器這兩種RISC-V的高端應(yīng)用，哪一個相對更容易落地呢？

圖 | 紅帽軟件首席軟件工程師傅煒（左三）

紅帽軟件首席軟件工程師傅煒認為，RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域更容易落地。

對此，他解釋道：“紅帽軟件也在做車載操作系統(tǒng)，經(jīng)常跟一些車廠和車載芯片公司接觸，在這個過程中我們發(fā)現(xiàn)汽車芯片的認證是一件很痛苦的事情，非常復(fù)雜，但對于服務(wù)器領(lǐng)域來說，就沒有類似這樣的強制性要求。究其原因是，域控和自動駕駛相關(guān)的汽車電子一旦出了問題，就是人命關(guān)天的事，而服務(wù)器如果出了問題，還可以通過很多備份機制來解決，并不會產(chǎn)生人身傷害，所以門檻會稍微低一些。”

對此，筆者也是秉持著相同的態(tài)度，同時RISC-V服務(wù)器生態(tài)非常專注，在云端的量就足夠大，不管是在經(jīng)濟上還是能效上，都擁有替代傳統(tǒng)架構(gòu)的底層優(yōu)勢，因此比較容易上量。筆者認為，服務(wù)器很快就會擺脫“非x86不可”的局面。值得一提的是，2023年初，RISC-V International已經(jīng)將HPC確定為RISC-V增長的戰(zhàn)略優(yōu)先領(lǐng)域。

如果用事實說話，我們看到幾年前由于沒有必要的服務(wù)器友好軟件生態(tài)系統(tǒng)的支持，加上制造工藝節(jié)點也沒那么先進，Applied Micro的數(shù)據(jù)中心處理器嘗試失敗了。但是到了2022年12月，Ventana Micro Systems推出Veyron V1的嘗試可以說是成功的開始。

在軟件生態(tài)方面，我們看到了一些變化，例如：今年6月，包括谷歌、三星、高通、SiFive、平頭哥、英特爾在內(nèi)的13家IT和半導(dǎo)體頭部企業(yè)發(fā)起了全球RISC-V軟件生態(tài)計劃“RISE”，以推動RISC-V處理器在各個領(lǐng)域的市場化落地。

在Veyron V1的自身條件方面，根據(jù)Ventana Micro Systems披露的數(shù)據(jù)顯示，在SPECint 2017測試中，其128核心版本的Veyron V1在300W功耗下，大幅性能領(lǐng)先于64核的AMD EPYC Milan 7763（280W），并且達到了64核心AWS Graviton G3（Neoverse v1內(nèi)核）、40核心Intel Xeon Ice Lake 8380（270W）的兩倍。

圖 | 全球首款數(shù)據(jù)中心級RISC-V處理器Veyron V1與市場主流數(shù)據(jù)中心級處理器性能對比

因此，雖然說今天的軟件生態(tài)系統(tǒng)也稱不上成熟，Veyron V1還不能算是一款通用型的服務(wù)器CPU，但是從性能的角度來看，該解決方案已經(jīng)可以滿足數(shù)據(jù)中心CPU市場50%的需求，比如內(nèi)存數(shù)據(jù)庫服務(wù)、APP應(yīng)用及虛擬主機服務(wù)、存儲服務(wù)器、負載平衡、緩存設(shè)備、內(nèi)容交付服務(wù)、流媒體服務(wù)等。

同時，在經(jīng)濟效益方面，Ventana Micro Systems表示：“客戶選擇Ventana的CPU、I/O模塊來設(shè)計自己的SoC可以縮短兩年的開發(fā)時間，并節(jié)省7500萬美元的研發(fā)費用?！?/p>

提到RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域的發(fā)展，我們還不得不提一下國內(nèi)的一些成就。2023年3月2日，中國公司算能也在玄鐵RISC-V生態(tài)大會上推出了其首款基于RISC-V架構(gòu)的服務(wù)器處理器——SOPHON SG2042。

根據(jù)算能披露的數(shù)據(jù)顯示，SG2042是一款64核RISC-V服務(wù)器芯片，采用了平頭哥高性能玄鐵RISC-V內(nèi)核（C920），主頻達到了2GHz，9-12流水線設(shè)計，支持亂序執(zhí)行，擁有64MB共享三級緩存。

同時，2023年8月，在第三屆滴水湖中國RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇上，算能又首次披露了其新一代的RISC-V服務(wù)器處理器——SOPHON SG2044（升級了DDR帶寬和PCIe等）。

未來，RISC-V在服務(wù)器領(lǐng)域的迭代會呈指數(shù)型加速狀態(tài)，當(dāng)然，汽車電子作為這幾年的熱門賽道，也吸引了一大批技術(shù)和資金團隊去做更大的投入，所以發(fā)展也是非常迅速。

同樣用事實說話，我們看到面對巨大的汽車芯片市場，RISC-V的步伐也相當(dāng)之快。SiFive在去年推出了全新的專為信息娛樂、駕駛艙、連接、ADAS 和電氣化等汽車應(yīng)用而設(shè)計的Automotive系列RISC-V內(nèi)核IP，已經(jīng)發(fā)布的包括E6-A、X280-A 和S7-A 。

據(jù)悉，到今年為止已經(jīng)有多家汽車零部件和服務(wù)供應(yīng)商、工具供應(yīng)商采用了SiFive Automotive RISC-V 內(nèi)核，包括 Ashling（RiscFree工具鏈）、Cadence、Canonical、Elektrobit、Green Hills、IAR Systems、iSystem AG、Lauterbach、Renesas（瑞薩電子）、Resiltech、Segger（賽格）、Siemens（西門子）、Solid Sands、Synopsys（新思科技）、SYSGO、TASKING 和 WITTENSTEIN 等。

與此同時，中國IP初創(chuàng)企業(yè)芯來科技的NA系列CPU IP（NA900和NA300）也在今年7月順利獲得了ISO 26262最高汽車功能安全等級ASIL D的認證證書。對此，芯來科技CEO彭劍英表示：“這對于芯來科技，乃至對整個RISC-V生態(tài)在汽車電子領(lǐng)域的發(fā)展都具有里程碑意義，將開啟RISC-V上車的新篇章?！?/p>

編輯：黃飛