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RISC-V 推上舆论的风口浪尖,RISC-V开源之路能否实现?

2020年04月27日 10:04 次阅读

一则新闻把 RISC-V 再次推上了舆论的风口浪尖,那就是,为了不受到美国禁令的影响,RISC-V 计划将总部迁到中立国家瑞士,从而更自由地继续走开源之路。自美国发出贸易禁令以来,产业界就一直担心美国会限制中国用户使用 RISC-V,从而让其开源性大打折扣,RISC-V 的这一决策也证实这一点。

RISC-V 在冥冥之中似乎注定会走开源路线。2010 年,美国加州大学伯克利分校的 EECS 部门要设计一款 CPU,然而他们放眼望去,全球 CPU 主流架构只有英特尔的 X86 和软银的 Arm,更让他们绝望的是,X86 架构的授权卡得很死,除了 AMD 和威盛,几乎没有谁还能打动英特尔的心;再看 ARM 的指令集授权非常之贵,贵到他们购买无望,最后他们决心从零开始设计一套全新的指令集,随后他们 4 个人用 3 个月完成了 RISC-V 指令集的开发。

其实定义一套指令集并不难,最难的是如何围绕这一指令集构建一套成熟的软硬件生态系统。我们能够看到,不管是数据中心、物联网,还是汽车、AI 应用,英特尔每次推出一款新产品都会拉上合作伙伴一起建设生态系统,参考英特尔 CPU 产品的成功经验不难发现,生态系统直接决定着一款芯片的命运,只有搭建好生态系统,芯片才会用起来,出货量才能上去。

为了让 RISC-V 指令集快速得到完善,初始团队选择了将其开源,希望通过全球工程师的力量快速 RISC-V 的发展。

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搭载上中国发展集成电路的快车道

有人认为是开源的决策让 RISC-V 名声大噪,笔者觉得这不是主要原因,其实除了 Linux,英特尔还打造了多种开源软件,尤其是在移动市场,甚至物联网市场,取得一席之地,然而以后的产品再也没能创造 Linux 的辉煌。从前几年半导体市场的多起收购和合并案能够看出来,芯片在美国已经不是一个赚钱的朝阳产业,相反已经走向下行期。而芯片的主要应用市场是在中国,2018 年中国的集成电路产品进口金额超过了 3000 亿美金。

中国政府也早就看到了这一进口量背后的隐患,所以几年前政府就开始大力推进集成电路产业的发展,给政策、给钱,希望别在关键时刻被卡住了。这一推进总体来看还是非常有效的,近几年国内公司研发芯片的热情高涨,据统计,2018 年国内芯片设计公司数量达到 1600 多家,今年这一数字增长到 1700 多家,而这些创业公司才是 RISC-V 的主体用户。尤其是 RISC-V 是开源架构,创业公司可以用很少的成本研发芯片,研发成功以后,如果顺利拿到投资,企业存活的几率会就大大提高。

在去年 10 月,中国 RISC-V 产业联盟成立,目的是集聚和整合国内 RISC-V 创新力量,助推 RISC-V 产业生态的建设,提升中国企业在 RISC-V 指令集创新、标准制定中的影响力。从 RISC-V 发展的时间节点来看,和中国的集成电路产业发展步调保持了一致,也是中国的集成电路热将 RISC-V 推上了发展的快车道。

再看 ARM 的授权模式,客户如果要采用 ARM 的芯片设计方案,需要先支付一笔可能高达上百万美金的许可费才可以开始研发,芯片投产后再按照芯片出货量缴纳授权费。对于高通、ST、海思这样的大公司来说这笔许可费或许不算什么,但是对于中小创业公司来说这是一个很高的门槛,很多人都会止步于这笔许可费。可能是迫于 RISC-V 带来的压力,现在 ARM 已经降低了许可费,但是不少用户还是更愿意选择 RISC-V,其开源免费策略吸引了不少用户的加入,这对 RISC-V 的生态建设起到了推动作用。

RISC-V or Arm?用户在两大阵营间徘徊

从架构本身来看,ARM 和 RISC-V 都是基于 RISC 原理开发的,两者的区别在于,ARM 的标准授权方式是,用户只能根据自身需求调整产品频率和功耗,不可以更改原有设计,以至于 ARM 架构文档冗长,指令数目非常复杂;而 RISC-V 的指令数目少,自由定制,操作方便,架构文档页数仅有 200 多页。因此,业界更看好 RISC-V 在物联网领域的应用。

如今,华为、高通、谷歌、三星英伟达NXP 等 100 多家科技公司已经加入 RISC-V 阵营,再加上国内的芯片设计公司,这一阵营更加庞大,到目前为止,国内已经有多家公司推出了基于 RISC-V 架构的芯片,我们可以先看一下:

2018 年 9 月,华米科技发布了人工智能芯片“黄山 1 号”,主要用于可穿戴领域,该芯片采用了 RISC-V 开源指令集,集成了 AI 神经网络模块。通过内置 HeartRate、ECGEngine、ECGEnginePro、Arrhythmias 四大驱动引擎,可实时监测和分析身体各项指标。

2018 年 11 月,睿思芯科推出基于 RISC-V 的 64 位可编程终端 AI 芯片 Pygmy,主频高达 600 MHz,基于 RV64G 指令集,支持双精度浮点运算,主控 CPU 动态功耗仅为 10mW;对比 ARM 的同级别芯片,能耗下降 85%,面积减少 80%,相当于用一般的 32 位处理器的面积和功耗就实现了 64 位处理器的性能;

2019 年 8 月,兆易创新基于 RISC-V 的 Bumblebee 内核推出了 GD32V 系列通用 MCU GD32VF103,相比兆易创新 GD32 的 Arm 内核产品,性能提升 15%;

2019 年 9 月,阿里平头哥基于 RISC-V 架构发布了玄铁 910,采用 12nm 工艺,16 核,主频能跑到 2.5GHZ,单位性能 7.1 Coremark/MHz;

但是很多公司也在左右为难,采用 RISC-V 怕得罪 ARM,后面在授权上被限制;如果只基于 ARM 开发产品,RISC-V 发展势头很猛,一旦 RISC-V 成为主流,公司就错失了市场机会,所以很多公司选择了“两条腿走路”,一边观察一边研发基于 RISC-V 的产品。

IP供应商来了,RISC-V是否还真的开源?

虽然 RISC-V 是开源架构,但是已经有 IP 供应商开始加入进来,比如,晶心科技、芯来科技。其中,晶心科技成立于 2005 年,目前主要围绕低功耗高性能的 CPU 进行开发,除了 CPU IP 之外,还提供平台外围 IP、软硬件开发工具、生态系统等一整套方案。去年 4 月,晶心科技推出了第一代基于 RISC-V 架构的 AndeStar V5,这是晶心第五代指令集架构,支持 64 位处理器以及 RISC-V 指令集架构。

芯来科技成立于 2018 年,致力于研发基于 RISC-V 指令架构的处理器内核 IP,现在已经推出 Nuclei N200 系列商用低功耗处理器内核 IP,以及二级管线超低功耗处理器核等产品。兆易创新 GD32 系列 MCU 的 IP 就是与芯来科技一起打造的。

虽然 RISC-V 以开源免费著称,但是现在 IP 供应商也陆续加入进来,所提供的 IP 产品必然是部分开源,是否会给开发者设计带来局限性?晶心科技总经理林正明表示,“RISC-V 指令集是完全开源的,内核部分由各家公司决定,开源分成三类协议:免费、可授权、封闭。这三种都可以称为开源,但是每一种都必须遵循 BSD 协议。软件本身有自己的游戏规则,在商业上需要有价值,需要获利。但是 RISC-V 作为一个风潮,在学术界支持力度很大,而且 RISC-V 对学术和研究的支持是免费。”

很多公司在 RISC-V 架构上持尝试的态度,晶心科技是把 90%的资源投入到 RISC-V 的研发上。林正明对与非网记者表示,我们在 CPU、IP 领域有十四年的研发经验,并对 RISC-V 做了深入分析,从长期来看,它带给我们的好处大于冲击。晶心科技现在已经有 100 家授权客户,一半涉及 AI 应用。

他也坦言,IP 行业大家都可以做,但是 IP 开发很难,客户会择优选择,所以很多 IP 公司准备转向芯片设计。其实国内的芯片设计市场竞争也非常激烈,现有的 1700 多家芯片设计公司未来一定面临淘汰,类比美国的芯片产业格局不难预测,能够胜出的也不过几十家,甚至十几家。但是笔者认为,只要市场的需求总量足够大,有多少家公司来做芯片对 RISC-V 的影响并不大。

当前,RISC-V 指令集逐步完善,生态系统在慢慢搭建,芯片种类不断增加,中国市场对开源的强烈需求助推 RISC-V 阵营越来越庞大。ARM 是在成立 4-5 年时出货量才快速增加,预计 RISC-V 从第 3-4 年才会上量,RISC-V 的开源之路仍需坚持,爆发式增长期就在不远的未来。

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