平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠專訪：揭開玄鐵RISC-V處理器開源背后的秘密

芯智訊|Core Zhixun|

2022-03-10 13:30:53 14

10月19日，在2021云棲大會(huì)上，阿里云智能總裁、達(dá)摩院院長(zhǎng)張建鋒宣布旗下平頭哥半導(dǎo)體自研的四款玄鐵RISC-V系列處理器開源，并開放系列工具及系統(tǒng)軟件，引發(fā)了業(yè)界的極大關(guān)注。

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芯智訊在會(huì)后對(duì)平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠進(jìn)行了專訪，揭開了阿里及平頭哥半導(dǎo)體對(duì)于RISC-V生態(tài)的深度布局與發(fā)展愿景。

RISC-V已是大勢(shì)所趨

2025年RISC-V CPU內(nèi)核出貨量將達(dá)624億個(gè)

雖然目前在PC及服務(wù)器市場(chǎng)X86架構(gòu)一家獨(dú)大，在移動(dòng)市場(chǎng)Arm架構(gòu)一統(tǒng)江湖，但是他們都是屬于封閉的架構(gòu)系統(tǒng)。而且X86架構(gòu)主要掌握在英特爾和AMD手中，并不對(duì)外授權(quán)。Arm雖然對(duì)外提供其內(nèi)核IP授權(quán)，但是對(duì)于下游的芯片開發(fā)商來(lái)說(shuō)，開發(fā)Arm芯片的難度并不小、開發(fā)的成本也比較高，而且在開發(fā)當(dāng)中并不能根據(jù)需要對(duì)Arm IP核進(jìn)行任何修改，缺乏足夠的自由度和靈活度。這對(duì)于需求非常碎片化、對(duì)功耗、成本也更為敏感的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，并不友好。

相比X86和Arm的封閉架構(gòu)來(lái)說(shuō)，RISC-V架構(gòu)則是完全開放的，具有指令精簡(jiǎn)、模塊化、可擴(kuò)展、開源等眾多優(yōu)點(diǎn)，任何人都可以不受限的基于RISC-V指令集來(lái)做開發(fā)。

特別是近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于核心芯片的自主可控需求越來(lái)越高，在此背景之下，符合國(guó)內(nèi)自主可控要求的開源的RISC-V架構(gòu)開始大受國(guó)內(nèi)廠商的歡迎。

目前國(guó)內(nèi)像平頭哥半導(dǎo)體、兆易創(chuàng)新、華米科技、賽昉科技、芯來(lái)科技等眾多半導(dǎo)體廠商都有推出基于RISC-V架構(gòu)的芯片或IP。此外，還有更多的中國(guó)半導(dǎo)體廠商正在積極的基于RISC-V架構(gòu)進(jìn)行相關(guān)的研發(fā)。

根據(jù)RISC-V基金會(huì)的數(shù)據(jù)顯示，目前其會(huì)員已有超過(guò)2000家，覆蓋了70個(gè)*。而在此之前的2018年，則只有不到200家左右的會(huì)員，足見RISC-V近幾年發(fā)展之迅猛。這也與中國(guó)廠商的大力支持密不可分。

目前，在RISC-V基金會(huì)僅有的14家最*別的會(huì)員當(dāng)中，中國(guó)廠商就占據(jù)了9家。包括阿里巴巴（平頭哥半導(dǎo)體）、華為、中興、賽昉科技、紫光展銳、西姆計(jì)算、中國(guó)科學(xué)院軟件研究所（ISCAS）、中科院計(jì)算所（ICT）、成為資本。另外，在RISC-V基金會(huì)的戰(zhàn)略會(huì)員中，中國(guó)廠商也是非常之很多。

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在中國(guó)廠商的追捧之下，RISC-V生態(tài)開始加速繁榮，這也吸引了越來(lái)越多的國(guó)際一線大廠也開始加入或進(jìn)行相關(guān)布局。

比如，機(jī)械硬盤大廠西部數(shù)據(jù)和希捷都推出了自研的RISC-V處理器；知名的RISC-V CPU IP提供商SiFive近兩年累計(jì)獲得了超1億美元的投資，投資者包括高通、SK海力士、西部數(shù)據(jù)等大廠。今年6月，業(yè)內(nèi)還傳出消息稱，英特爾將以20億美元收購(gòu)SiFive；甚至連MIPS指令集的持有者Wave Computing（在破產(chǎn)重組后改名MIPS）也在今年初宣布，今后將不再設(shè)計(jì)MIPS 處理器，開始轉(zhuǎn)向基于RISC-V 的芯片。

根據(jù)Semico Research預(yù)測(cè)，到2025年，RISC-V CPU內(nèi)核的出貨量將達(dá)到624億個(gè)，2018-2025年復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)146.2%。其中在工業(yè)領(lǐng)域?qū)⒁?67億個(gè)核心的出貨量居于*位置。

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加速RISC-V生態(tài)繁榮

阿里平頭哥開源玄鐵系列處理器

雖然RISC-V指令集是開源的，任何人都能夠輕松的獲得RISC-V指令集來(lái)做開發(fā)，但是從拿到RISC-V指令集，到開發(fā)出可用的自研CPU仍需要投入不少的人力、物力和資金進(jìn)行研發(fā)。這就好比造房子，即使有人給你提供免費(fèi)的水泥和磚頭，但并不代表就一定能夠造出堅(jiān)固耐用且美觀的房子。

因此，在RISC-V生態(tài)當(dāng)中，也有著很多專門提供基于RISC-V架構(gòu)的CPU IP核設(shè)計(jì)的廠商，其扮演角色類似于Arm，主要是向第三方的芯片設(shè)計(jì)廠商授權(quán)基于RISC-V架構(gòu)的CPU IP核，芯片設(shè)計(jì)廠商可以基于這些IP核，結(jié)合其他相關(guān)IP，就能夠快速搭建出符合自己需求的芯片設(shè)計(jì)，這有點(diǎn)像跟開發(fā)商買毛坯房，不需要頭到尾自己來(lái)一磚一瓦的來(lái)建造，自己只需要進(jìn)行戶型選擇與內(nèi)部裝修設(shè)計(jì)即可。

比如前面提到的平頭哥半導(dǎo)體、SiFive、芯來(lái)科技等都是RISC-V CPU IP核提供商。他們向客戶提供RISC-V CPU IP核授權(quán)或相關(guān)設(shè)計(jì)服務(wù)。

自2019年7月25日，在“2019 阿里云峰會(huì)”正式發(fā)布了號(hào)稱業(yè)界最強(qiáng)的高性能RISC-V處理器——玄鐵910之后，平頭哥近兩年又陸續(xù)推出了玄鐵902、906、907等多款RISC-V CPU IP，覆蓋了從低功耗到高性能的各類場(chǎng)景，支持AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等操作系統(tǒng)，并已成功應(yīng)用于微控制器、工業(yè)控制、智能家電、智能電網(wǎng)、圖像處理、人工智能、多媒體和汽車電子等領(lǐng)域。

據(jù)最新公布的數(shù)據(jù)顯示，目前平頭哥玄鐵系列處理器出貨已超25億顆，擁有150余家客戶、超500個(gè)授權(quán)數(shù)。

為什么在玄鐵系列處理器蓬勃發(fā)展之時(shí)，平頭哥卻主動(dòng)打破行業(yè)的商業(yè)模式，將旗下玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量產(chǎn)處理器IP，以及基于玄鐵的多操作系統(tǒng)的全棧軟件及工具進(jìn)行開源呢？

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平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠告訴芯智訊：“對(duì)于RISC-V這種開放型的架構(gòu)，需要新的相比傳統(tǒng)授權(quán)更加開放模式，才能更好的支持創(chuàng)新。通過(guò)我們過(guò)去幾年的發(fā)展，我們也感覺到，我們自己來(lái)推動(dòng)RISC-V這個(gè)架構(gòu)的力量還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。所以我們希望今天把它開放出來(lái)之后，讓大家能夠在這個(gè)上面做自己軟硬件的適配，有助于RISC-V架構(gòu)往更深層次的創(chuàng)新演進(jìn)，給整個(gè)產(chǎn)業(yè)帶來(lái)更大的收益。”

在半導(dǎo)體IP公司中，除了Synopsys、Arm等頭部廠商之外，想要賺錢本身就很不容易，更何況是基于免費(fèi)開源的RISC-V來(lái)做IP。對(duì)平頭哥來(lái)說(shuō)，單純IP授權(quán)業(yè)務(wù)本身也并不能覆蓋團(tuán)隊(duì)成本。

但是，IP卻又是半導(dǎo)體行業(yè)非常重要的環(huán)節(jié)，他可以降低行業(yè)的創(chuàng)新門檻，幫助大家降低芯片開發(fā)的難度和成本。這對(duì)于推動(dòng)RISC-V生態(tài)的繁榮起著非常重要的作用。因此，這也是阿里切入半導(dǎo)體領(lǐng)域之后，首先布局的一環(huán)。

孟建熠坦言：“對(duì)于普通的一家IP公司來(lái)說(shuō)，所有的回報(bào)都需要從IP授權(quán)來(lái)。但對(duì)于整個(gè)阿里體系來(lái)說(shuō)，我們則需要從整個(gè)云端一體的大生態(tài)來(lái)看。我們認(rèn)為就開源玄鐵處理器有利于這個(gè)大生態(tài)，我們就會(huì)開源。投入不是問(wèn)題，我們現(xiàn)在投入那么大，所以也不會(huì)以傳統(tǒng)IP廠商的思維來(lái)考慮。阿里有著強(qiáng)大的生態(tài)基因，很多事情是從塑造和影響生態(tài)作為出發(fā)點(diǎn)考慮的。我們的生態(tài)就需要更多定制化的、普惠的芯片，進(jìn)一步推動(dòng)云端一體的生態(tài)繁榮。”

據(jù)了解，開源的玄鐵RISC-V CPU雖然默認(rèn)是面向阿里的AliOS進(jìn)行優(yōu)化，但是也會(huì)對(duì)市面上主流的FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android進(jìn)行支持。因此，開發(fā)者也可以自己自由選擇。

孟建熠強(qiáng)調(diào)，玄鐵CPU的開源，并不單單是為了阿里本身，而更多的是為了整個(gè)社會(huì)和RISC-V生態(tài)的基礎(chǔ)設(shè)施的完善。

“我們首先考慮的是RISC-V怎樣做的更加完善，因?yàn)橐懈嗳藖?lái)做這件事情，把創(chuàng)新成本降的更低。然后等整個(gè)架構(gòu)成熟的時(shí)候，自然而然會(huì)有更多的OS服務(wù)方面的需求，從這個(gè)賽道里跑出來(lái)。我想等到整個(gè)生態(tài)成熟的時(shí)候，阿里一定會(huì)是這個(gè)生態(tài)的受益者之一。”孟建熠向芯智訊解釋道。

那么，平頭哥玄鐵RISC-V的開源，是否會(huì)對(duì)SiFive、芯來(lái)等RISC-V CPU IP廠商帶來(lái)沖擊呢？

在孟建熠看來(lái)，在RISC-V的領(lǐng)域，開源的CUP核已經(jīng)不是稀缺資源，目前RISC-V網(wǎng)站上就已經(jīng)有了110多款CPU核，很多是開源的。所以，SiFive這些廠商一直都面臨著開源RISC-V CPU核的競(jìng)爭(zhēng)。同時(shí)，他們也面臨著其他設(shè)計(jì)能力更強(qiáng)的RISC-V CPU IP廠商的競(jìng)爭(zhēng)。但是大家都是在共同推動(dòng)RISC-V生態(tài)的發(fā)展，為RISC-V貢獻(xiàn)開源代碼，存在著既競(jìng)爭(zhēng)又合作的關(guān)系。這就是RISC-V生態(tài)。

同樣，即便平頭哥的開源了玄鐵CPU，也會(huì)面臨著其他開源CPU的競(jìng)爭(zhēng)。

“如何讓這些開源的核具有穩(wěn)定、可靠和持續(xù)演進(jìn)的能力，推動(dòng)開源核與開源軟件的生態(tài)融合，以及如何幫助客戶使用這些開源核，真正成功量產(chǎn)才是關(guān)鍵。我們后續(xù)會(huì)加強(qiáng)提供產(chǎn)品化過(guò)程中的服務(wù)。”孟建熠說(shuō)到。

全棧式開源，*賦能AIoT生態(tài)

得益于阿里龐大的生態(tài)體系的支持，在涉足RISC-V CPU IP核領(lǐng)域之初，阿里似乎就已經(jīng)計(jì)劃將其RISC-V CPU IP核及相關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行開源，以最大程度的賦能整個(gè)AIoT生態(tài)。

在2019年阿里平頭哥正式發(fā)布*RISC-V處理器玄鐵910之時(shí)，阿里巴巴集團(tuán)副總裁戚肖寧博士就表示：“傳統(tǒng)通用芯片的模式越來(lái)越難適應(yīng)碎片化AIoT場(chǎng)景的需求，開源、開放是大勢(shì)所趨，平頭哥致力于做AIoT時(shí)代的芯片基礎(chǔ)設(shè)施提供者，降低企業(yè)設(shè)計(jì)芯片的門檻，讓芯片更普惠。”

當(dāng)時(shí)阿里還宣布了“普惠芯片”計(jì)劃。即平頭哥將*開放玄鐵910的IP Core，全球開發(fā)者可以免費(fèi)下載該處理器的代碼（當(dāng)時(shí)開放的是FPGA代碼），在其基礎(chǔ)上快速開展芯片原型設(shè)計(jì)和架構(gòu)創(chuàng)新。

隨后，為了加速基于玄鐵CPU核的芯片開發(fā)設(shè)計(jì)，2019年8月，平頭哥半導(dǎo)體發(fā)布了面向AIoT時(shí)代的一站式芯片設(shè)計(jì)平臺(tái)“無(wú)劍”，提供集芯片架構(gòu)、基礎(chǔ)軟件、算法與開發(fā)工具于一體的整體解決方案，能夠幫助芯片設(shè)計(jì)企業(yè)將設(shè)計(jì)成本降低50%，設(shè)計(jì)周期壓縮50%。

2019年10月21日，在第六屆烏鎮(zhèn)互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上，平頭哥半導(dǎo)體又宣布，正式開源基于RISC-V架構(gòu)的低功耗微控制芯片(MCU)設(shè)計(jì)平臺(tái)。

2021年5月29日，在2021阿里云峰會(huì)上，平頭哥半導(dǎo)體推出三款RISC-V開發(fā)板，分別基于玄鐵910、C906、E906處理器，適用于高性能、高能效、低功耗場(chǎng)景，可支持Android、Linux、AliOS Things等操作系統(tǒng)，解決了RISC-V生態(tài)的配套軟硬件及工具的稀缺問(wèn)題，進(jìn)一步滿足開發(fā)者和企業(yè)的需求。

隨著此次平頭哥宣布開源玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量產(chǎn)處理器IP，以及基于玄鐵的多操作系統(tǒng)的全棧軟件及工具。

至此，平頭哥用三年多的時(shí)間，完成了從玄鐵RISC-V CPU IP核、到基于玄鐵的MCU設(shè)計(jì)平臺(tái)、到基于玄鐵CPU的開發(fā)板、再到開源EDA工具及系統(tǒng)軟件的全棧式開源，圍繞RISC-V生態(tài)全鏈條的*開放、透明和普惠，實(shí)現(xiàn)了阿里最初既定的目標(biāo)。

在此次云棲大會(huì)上，阿里云智能總裁、達(dá)摩院院長(zhǎng)張建鋒還宣布，“未來(lái)，我們將開源更多RISC-V處理器，也希望有更多的合作伙伴，在玄鐵基礎(chǔ)上研發(fā)出更多有價(jià)值的IP核和基礎(chǔ)軟件，共同構(gòu)建開放、透明和普惠的RISC-V生態(tài)。”

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△在云棲大會(huì)期間的《前沿計(jì)算突破論壇》上，復(fù)旦大學(xué)教授范益波還透露了其與達(dá)摩院聯(lián)合研發(fā)的基于人工智能的XK-ISP后續(xù)將會(huì)推出開源的ISP IP Core版本。

在訪談當(dāng)中，孟建熠也向芯智訊進(jìn)一步透露，除了玄鐵RISC-V CPU IP之外，平頭哥還會(huì)繼續(xù)在其他一些核心IP上進(jìn)行研發(fā)投入，同時(shí)還計(jì)劃與一些商業(yè)IP公司合作，讓商業(yè)IP公司也針對(duì)玄鐵RISC-V生態(tài)推出開源版本的IP（平頭哥也會(huì)幫助其去實(shí)現(xiàn)硅驗(yàn)證），一起推動(dòng)開源的發(fā)展。

關(guān)于RISC-V的未來(lái)

由于RISC-V架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)就在于非常的精簡(jiǎn)，具有非常*的能效比，且免費(fèi)開源，可定制化程度高，可以方便的進(jìn)行擴(kuò)展，綜合成本更低，這也使得其更適用于對(duì)于定制化功能、能效、成本要求較高的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)。目前RISC-V在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)也已經(jīng)取得了不錯(cuò)的成績(jī)。

那么接下來(lái)，隨著RISC-V架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)，以及越來(lái)越多的芯片廠商及上下游產(chǎn)業(yè)鏈廠商的加入，RISC-V是否有機(jī)會(huì)進(jìn)入移動(dòng)終端、汽車、PC/服務(wù)器等對(duì)于性能要求更高的新的市場(chǎng)，與英特爾、Arm等廠商正面競(jìng)爭(zhēng)呢？

從RISC-V基金會(huì)公布的路線圖來(lái)看，目前RISC-V指令集已經(jīng)支持64位，支持更多核心，這也使得其性能將得到大幅提升，另外在軟件上加強(qiáng)對(duì)于Linux系統(tǒng)及AI編譯器的支持。

孟建熠也表示，目前性能并不是阻礙RISC-V進(jìn)入其他市場(chǎng)的瓶頸。其透露，玄鐵CPU在12nm下的主頻已經(jīng)可以跑到了2.5GHz，還有一家美國(guó)公司的RISC-V CPU甚至可以跑到了5GHz。如果要提升集群性能，那么就是做并行擴(kuò)展就是了，RISC-V現(xiàn)在最高已經(jīng)可以做到2048位的位寬了。

“RISC-V要進(jìn)入其他市場(chǎng)，目前最大的問(wèn)題是，沒有構(gòu)建出一個(gè)上層的軟件生態(tài)，這個(gè)是必須要補(bǔ)的課，補(bǔ)完課之后他還要去創(chuàng)新，才能夠有機(jī)會(huì)。”

在移動(dòng)端，雖然谷歌一直并未正式提供對(duì)開源的 RISC-V ISA 基于硬件的 Android 編譯支持，但在今年1月，平頭哥已經(jīng)成功在玄鐵RISC-V硬件上運(yùn)行了安卓系統(tǒng)，并將相關(guān)代碼進(jìn)行了開源。這也意味著未來(lái)RISC-V后續(xù)將有望進(jìn)入移動(dòng)市場(chǎng)。

“我們?nèi)ヅ蹵ndroid的初衷，就是看RISC-V能不能承擔(dān)瀏覽器、Java這種交互很強(qiáng)的應(yīng)用的壓力。Android的軟件棧很厚，我們需要通過(guò)移植他來(lái)進(jìn)一步探索RISC-V架構(gòu)的完整性和能力的極限。”孟建熠透露：“通過(guò)不斷的測(cè)試和優(yōu)化，目前已經(jīng)可以流暢的運(yùn)行Android系統(tǒng)，跑網(wǎng)頁(yè)多媒體目前也沒有問(wèn)題，預(yù)計(jì)在今年年底或明年年初，將會(huì)有更好的版本推出來(lái)。”

另外，在服務(wù)器端，芯片初創(chuàng)企業(yè)Esperanto公司去年也推出了自研的單芯片集成了1000多個(gè)RISC-V內(nèi)核的ET-SoC-1處理器，主要面向服務(wù)器端的大規(guī)模機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用。阿里云面向服務(wù)器的飛天操作系統(tǒng)也已*兼容X86、ARM、RISC-V架構(gòu)。

我們都知道，RISC-V的優(yōu)勢(shì)就是指令精簡(jiǎn)、可擴(kuò)展、開源、免費(fèi)，但是如果未來(lái)RISC-V往越來(lái)越“重”的方向去做的話，可能會(huì)與Arm越來(lái)越像，其原有的一些優(yōu)勢(shì)可能也將會(huì)被弱化。那么屆時(shí)又該如何去與其競(jìng)爭(zhēng)呢？

對(duì)此，孟建熠認(rèn)為：“最終要看市場(chǎng)的選擇，如果RISC-V在市場(chǎng)上大家選擇了它，要進(jìn)入哪個(gè)行業(yè)，我覺得它就要具備那種能力。如果說(shuō)那個(gè)市場(chǎng)里面沒有需求，就算你進(jìn)去了，也是沒用的。要說(shuō)RISC-V進(jìn)入新市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，那就是新架構(gòu)在新的市場(chǎng)中有望完全走出一條新的路，其全球的并行開發(fā)模式能夠讓RISC-V更快的適應(yīng)創(chuàng)新。”

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