超越X86和ARM！2年出貨將翻8倍！RISC-V出圈的拐點(diǎn)到了？

性能無上限，應(yīng)用無限制！2-3年后全面超越X86和ARM！2025年出貨量將在目前基礎(chǔ)上翻8倍，達(dá)到800億顆！

這是SiFive 聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席架構(gòu)師Krste Asanovic在不久前的2023 SiFive RISC-V中國(guó)技術(shù)論壇上的發(fā)言，作為RISC-V的主要發(fā)明人，Krste Asanovic和他的公司一直致力于在全球推動(dòng)RISC-V的商業(yè)化進(jìn)程。盡管從概念的普及到商用化實(shí)踐不過短短7年，搭載RISC-V內(nèi)核的芯片的出貨量就已經(jīng)達(dá)到100億顆（截止2022年），但上述言論依然可以說是極具顛覆性。

從誕生以來，指令精簡(jiǎn)、模塊化、可擴(kuò)展的RISC-V處理器的主場(chǎng)一直是面向?qū)ι鷳B(tài)依賴較小的嵌入式、低功耗應(yīng)用場(chǎng)景，但業(yè)界對(duì)RISC-V的“出圈”應(yīng)用也一直有所期待，然而要出來的這個(gè)圈子，基本上是專有ISA（指令集架構(gòu)）的天下。

為什么要把你的軟件投資委托給一個(gè)專有的ISA？Krste Asanovic提出了這個(gè)問題。他例舉了一些專有架構(gòu)——Intel的i960/i860/Itanium、Sun的SPARC、幾經(jīng)易手的MIPS、IBM的POWER，以及當(dāng)下最有影響力的ARM。這些架構(gòu)要么已經(jīng)消亡，要么停止更新，要么被某家公司收購(gòu)，要么正在收購(gòu)的路上。

另一個(gè)問題是，隨著SoC規(guī)模的增大，內(nèi)部ISA越來越碎片化，包括應(yīng)用處理器、圖形處理器、圖像處理器、無線電 DSP、音頻DSP、安全處理和電源管理等等。一些SoC有十幾個(gè)ISA，每個(gè)ISA又都有獨(dú)立的軟件堆棧，復(fù)雜而缺乏靈活性，并且對(duì)其他專有核心不兼容，IP不通用，使得每個(gè)專有ISA的開發(fā)人員都要構(gòu)建自己的ISA內(nèi)核。Krste Asanovic認(rèn)為這是不可取的，業(yè)界需要一個(gè)穩(wěn)定的、免費(fèi)的、開放的ISA，而這正是RISC-V誕生的背景。

總部位于瑞士的RISC-V國(guó)際基金會(huì)是加速RISC-V應(yīng)用的主要推手，該組織為會(huì)員和行業(yè)提供服務(wù)，為整個(gè)利益相關(guān)者社區(qū)帶來共同利益。具體工作包括推動(dòng)批準(zhǔn)規(guī)范、合規(guī)性套件和其他技術(shù)，以及可交付成果的進(jìn)展；發(fā)展生態(tài)系統(tǒng)和成員，促進(jìn)多樣性，同時(shí)防止碎片化，深化社區(qū)參與和透明度。Krste Asanovic表示，在業(yè)界的共同推動(dòng)下，RISC-V在未來5年內(nèi)將快速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)到2025年采用該內(nèi)核的芯片出貨量將達(dá)到800億顆，而這還是保守的估計(jì)。

圖1、這張RISC-V的生態(tài)圖顯示了其欲三分天下的底氣

目前，RISC-V已廣泛應(yīng)用在MCU領(lǐng)域，很多學(xué)校也在開展相關(guān)課程的教育，之所以受到歡迎，不僅僅是更快的運(yùn)行速度和更低的功耗——SiFive 稱其能效比ARM高30-40%——Krste Asanovic強(qiáng)調(diào)，變化之所以發(fā)生，是因?yàn)樾碌纳虡I(yè)模式改變了一切——人們可以首先選擇ISA，然后選擇供應(yīng)商或構(gòu)建自己的內(nèi)核，無需獲得許可即可添加自己的商業(yè)擴(kuò)展，相關(guān)的學(xué)術(shù)和開源生態(tài)系統(tǒng)可以圍繞單一開放標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行整合和共享。

圖2、和專有ISA商業(yè)模式的比較

一個(gè)對(duì)RISC-V有利的趨勢(shì)是，垂直半導(dǎo)體商業(yè)模式正在改變，大型商業(yè)公司不再使用芯片公司的標(biāo)準(zhǔn)器件，而是構(gòu)建自己的差異化芯片系統(tǒng)，例如蘋果、亞馬遜、谷歌、三星的手機(jī)、筆記本電腦和客戶端；谷歌、亞馬遜、微軟、Facebook、阿里巴巴的云服務(wù)器；汽車領(lǐng)域的特斯拉、Waymo、Cruise等。

這種面向終端系統(tǒng)而非芯片的銷售，證明了芯片設(shè)計(jì)成本的合理性取決于制造+軟IP +工具對(duì)垂直設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)的支持模式。Krste Asanovic表示，對(duì)于垂直設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)而言，使用RISC-V可以避免當(dāng)前SoC必須使用專有ISA造成的IP供應(yīng)商的碎片化帶來的影響。所有內(nèi)核都可以是RISC-V，從主應(yīng)用內(nèi)核到微控制器，也可以為專門的任務(wù)定制RISC-V內(nèi)核，可以為每個(gè)核心選擇不同的供應(yīng)商，但都是RISC-V，因而可以使用通用的軟件和工具棧。

伴隨上述趨勢(shì)的，是RISC-V正在邁向高性能處理器和高算力場(chǎng)景，這在SiFive的產(chǎn)品線上得到了印證。目前，該公司IP產(chǎn)品線有Performance，Intelligence、Essential和 Automotive四個(gè)系列。Performance系列旨在實(shí)現(xiàn)最大吞吐量，同時(shí)為分支密集型操作系統(tǒng)和多媒體處理等各種工作負(fù)載保持效率。其旗艦型號(hào)P650的性能與ARM的A77對(duì)標(biāo)，該系列是RISC-V處理器從深度嵌入式處理器市場(chǎng)向更高性能市場(chǎng)和更復(fù)雜場(chǎng)景滲透的主力，SiFive正在推動(dòng)該系列和NASA、谷歌、Intel Horse Creek的合作。

Intelligence系列主要面向AI/ML計(jì)算。該系列具有可擴(kuò)展矢量計(jì)算資源，全部基于開放指令集，可擴(kuò)展，可滿足從極低功耗到高性能計(jì)算的ML處理要求。SiFive也提供了軟件+硬件的ML解決方案，支持流行的ML框架。就生成式AI而言，數(shù)據(jù)中心的大模型和輔助駕駛所依托的CNN都將繼續(xù)發(fā)揮作用，但考慮到AI應(yīng)用的迅速變化，如何針對(duì)尚未發(fā)明的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)一個(gè)芯片？如何在短時(shí)間內(nèi)，能充分利用硬件資源，在現(xiàn)有的芯片上部署新的模型，并且把它的性能跑到最優(yōu)最快？顯然，開放式標(biāo)準(zhǔn)和開源是一個(gè)合適的選擇。

Essential是一個(gè)處理器內(nèi)核組合，涵蓋從高性能多核異構(gòu)應(yīng)用處理器到面積優(yōu)化的低功耗嵌入式微控制器，提供64位和32位選項(xiàng)，擁有豐富的產(chǎn)品線，能夠滿足各種需求。

Automotive系列面向汽車，產(chǎn)品多元且符合不同層級(jí)的ASIL安全標(biāo)準(zhǔn)。這個(gè)系列實(shí)際上也是基于前三個(gè)系列核心的組合。

圖3、SiFive IP產(chǎn)品線顯示了RISC-V的可擴(kuò)展性

在通往高性能應(yīng)用的路上，用戶生態(tài)一直是RISC-V的瓶頸，當(dāng)谷歌承諾讓RISC-V成為一級(jí)架構(gòu)平臺(tái)時(shí)，這一問題得到緩解。一個(gè)例子是，當(dāng)SiFive 剛剛發(fā)布高性能應(yīng)用處理器系列時(shí)，三星和高通就已率先宣布與之合作。事實(shí)上，谷歌也已采用SiFive的Intelligence X280作為其TPU中的協(xié)處理器。而不久前由谷歌、Intel、高通、平頭哥等13家企業(yè)發(fā)起的全球RISC-V軟件生態(tài)計(jì)劃“RISE”正在 RISC-V上加速Android的優(yōu)化，這將為RISC-V帶來Android的龐大生態(tài)創(chuàng)造條件。

另一個(gè)顧慮是開源帶來的碎片化，Krste Asanovic表示，通過提供原始的擴(kuò)展、ISA配置文件、軟硬件平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)，可以有效管理多樣性，SiFive在規(guī)劃產(chǎn)品時(shí)遵循的正是這個(gè)邏輯。

性能無上限，應(yīng)用無限制。目前的RISC-V在性能上已經(jīng)可以看齊ARM A76/A78，甚至Neoverse-N1/N2，幾年前，這一切還無法想象。截至目前，SiFive RISC-V處理器已經(jīng)涵蓋AI、ML、車用電子、數(shù)據(jù)中心、移動(dòng)計(jì)算與消費(fèi)電子等高效能計(jì)算，其客戶包括全球前十大半導(dǎo)體廠商中的八家。該公司正在啟動(dòng)在中國(guó)市場(chǎng)的直接運(yùn)營(yíng)——之前則是通過賽昉科技做分銷——包括推廣、銷售和支持，準(zhǔn)備在這個(gè)為RISC-V提供了一半出貨量的市場(chǎng)大干一場(chǎng)。

IBM360主導(dǎo)了晶體管時(shí)代，X86主導(dǎo)了微處理器時(shí)代，ARM主導(dǎo)了移動(dòng)時(shí)代，而在垂直半導(dǎo)體時(shí)代，RISC-V將是主導(dǎo)者。Krste Asanovic相信，2-3年內(nèi)，RISC-V就將超越其他所有架構(gòu)。無論如何，這一顛覆性斷言的背后，存在著一個(gè)基于事實(shí)的基礎(chǔ)：20年來，精簡(jiǎn)指令集發(fā)展上位過程中的那些坑，都被ARM蹚過了，那么，開放式標(biāo)準(zhǔn)和開源的RISC-V，會(huì)更難嗎？