中科院重磅发布国产开源高性能RISC-V处理器“香山”

6月22日至25日上午，首届RISC-V中国峰会在上海科技大学举办。本届大会上中科院大学教授、中科院计算所研究员包云岗重磅发布国产开源高性能RISC-V处理器“香山”。

根据包云岗在知乎上发出的介绍，香山是一款开源RISC-V处理器核，是在中科院计算所、鹏城实验室的支持下，通过中国开放指令生态（RISC-V）联盟联合业界企业一起开发的。北京微核芯科技有限公司提供了产业经验、联合完成结构设计及物理设计。

香山处理器基于Chisel硬件设计语言实现，支持RV64GC指令集。在香山处理器的开发过程中，团队使用了包括Chisel、Verilator 等在内的大量开源工具，实现了差分验证、仿真快照、RISC-V检查点等处理器开发的基础工具，建立起了一套包含设计、实现、验证等在内的基于开源工具的处理器前端敏捷开发流程。

值得一提的是，香山处理器二期将与微核芯科技、字节跳动、ESWIN、优矽科技联合开发。

包云岗表示，香山处理器的架构代号将以湖命名：第一版架构代号为“雁栖湖”，第二版架构代号为“南湖”，第三版、第四版和后续版本将依然以湖命名（X湖、Y湖……）。

第一版架构“雁栖湖”是一个11级流水、6发射、4个访存部件的乱序处理器核。“雁栖湖”在2020年6月代码仓库完成建立，2021年4月完成RTL代码。

“雁栖湖”计划在7月基于台积电28nm工艺流片，目前频率为1.3GHz，预估SPEC CPU2006分值在7分/GHz左右。这款产品主要对标ARM A72、A73。

第二版架构“南湖”计划在今年年底流片，将采用中芯国际14nm工艺，目标频率为2GHz，SPECCPU分值达到10分/GHz。

根据介绍，“南湖”相比第一版“雁栖湖”相比性能有大幅度提高，已经接近i9-10900K的11.08/GHz，并且支持双通道 DDR 内存以及PCIe、USB、HDMI等更多功能。

“雁栖湖”架构在发射宽度上已能与一些ARM高端处理器核相当，不过目前还未进行充分地优化，因此实际性能还有不小的差距。他希望未来能够通过从“雁栖湖”到“南湖”再到“X湖”、“Y湖”的新架构持续迭代优化，达到ARM A76水平的性能。

包云岗希望“香山”能够存活30年，并约定30年后再聚一聚。除此之外，香山将保持半年更新一代架构的迭代优化频率，每年2次流片并对新架构、新功能进行验证，建立规范的开源社区管理机制。

包云岗强调，流程/平台/基础设施非常重要，他更多是扮演啦啦队队长的角色，真正将理念落实到了具体行动的是他的“小伙伴们”。

去年7月25日，由包云岗负责的“一生一芯”计划成果被爆出后，引发了社会不小的讨论。彼时，包云岗介绍表示，这项计划源于对“如何将教学和开源芯片结合起来”这一问题的思考，更启发于中国通讯科技巨头华为面临的芯片困境。包云岗曾与华为专家交流，了解到短期内的需求华为自己基本能应对，而最需要的是处理器芯片设计人才。

据他的介绍，“一生一芯”计划的五位同学在本科一毕业就加入了香山的开发，成为了技术骨干。

RISC-V是伯克利大学发明的一种特定指令集架构，严格说起来，并不是一种全新的架构，它与我们熟悉的ARM同属RISC（精简指令集，Reduced Instruction Set Computer）范畴。目前市面上主流的架构分为RISC和CISC（复杂指令集，Complex Instruction Set Computer）两种，RISC专注于低功耗、高性能功耗比，主要面向小体积以及移动设备领域，CISC强调运算性能，专注桌面电脑、服务器和超算市场。RISC的代表为ARM，而CISC的代表则是我们耳熟能详的x86。

RISC-V可以看做是现有RISC的更升级版，从架构的推出在时间上来说，具备后发优势，可以规避许多现代计算机体系结构中存在的漏洞，如前段时间大热的Spectre以及meltdown漏洞，已经明确是与现代计算机体系中分支预测和乱序执行功能有关。由于计算机体系结构经过多年的发展已经成为比较成熟的技术，多年来在不断成熟的过程中暴露的问题都已经被研究透彻，ARM和x86无法轻易堵住的问题，RISC-V架构的新诞生没有向后兼容的历史包袱，则可以轻松避免。

从国内厂商到国外巨头，RISC-V已经成为“抢滩争夺战”的重点。

平头哥是阿里巴巴于2018年9月成立的一家半导体公司，该公司整合了阿里达摩院半导体部门和此前收购的中天微电子。

成立之初，阿里巴巴曾表示要做两类芯片，分别是用于神经网络的NPU（微处理器）和嵌入式芯片，而基于的芯片架构则是业界一致看好的RISC-V。

最近的一则消息显示，玄铁系列嵌入式CPU，实现了指令集、处理器架构及配套工具链的创新突破，量产超20亿颗。

除此之外，平台哥还在今年5月18日发布新款处理器玄铁907，该处理器对开源RISC-V架构进行优化设计，并首次实现了RISC-V最新的DSP指令标准，兼顾高性能及低功耗特点，可应用于MPU（微处理器）、智能语音、导航定位、存储控制等领域。

英特尔作为x86阵营的巨头，本月上旬被爆料收购基于RISC-V架构的IP供应商SiFive的消息。20亿美元（约合人民币128亿元）的收购价格，引起业界一片哗然。

消息还未及时得到证实，传言就越来越大。国外科技媒体“The Register”报道显示，英特尔与SiFive已开启在高性能RISC-V处理器设计验证及代工方面的合作。英特尔推出了基于其7nm工艺及SiFive RISC-V高性能内核IP的“Horse Creek”开发平台。

业界认为，收购并进入RISC-V领域是对NVIDIA收购ARM的风险对冲，这样不仅能够丰富英特尔自身IP授权的多元化布局，还可以给自己刚刚开放的芯片代工引流。

但无论如何，此举对于RISC-V架构本身都是一种利好，这是因为x86架构和ARM之所以成功就是因为积累多年的“生态墙”，巨头的进发必然能够壮大RISC-V的生态。

甚至，曾经叱咤风云的MIPS架构也“投敌”RISC-V，放弃了具有悠久历史和技术联系的同名架构。此举显然预示着MIPS作为CPU系列的终结，并进一步减少了可用处理器的种类。这是架构的最后一环。

为何RISC-V的诞生还是受到了业界的大力追捧？答案有以下四点：

1、 免费是最好的招牌；2、 大道至简 ，RISC-V指令格式不同type之间规律性很强；

3、 RISC领域市场巨大；4、 新技术意味着新机遇。

通用处理器一直以来都是国产的“痛”，相比x86架构和ARM架构，开源RISC-V架构无疑是目前国产处理器的好选择。

“为什么CPU领域还没有一个像Linux那样的开源主线？1991年开源的Linux诞生，到今天正好30年”，包云岗如此设想，正因这样的想法，才得以有香山处理器的问世。包云岗表示和团队的唐丹博士一直认为要建立一个像Linux那样的开源RISC-V核主线。

网友评论表示：“首先，RISC V现在挑战的目标是ARM，而包云岗老师团队自带发起的是一项开源芯片项目，目标是要和linux一样，做一个开源芯片社区。本次开发过程中有多项突破，开发语言上，采用了chisel语言，而非传统的，verilog，同时配套做了很多工具，其次差分验证框架也是一。”

相信在更多巨头进入RISC-V领域后，RISC-V的生态会逐渐被完善，香山处理器就是迈出的重要一步。

编辑：jq