汽车电子&服务器，为什么非RISC-V不可？

2023年3月，RISC-V之父、图灵奖得主David Patterson在平头哥玄铁RISC-V生态大会上曾大胆预言：“3~5年后，RISC-V将无处不在！”

2023年6月，RISC-V技术主要发明者，同时也是SiFive联合创始人兼首席架构师的Krste Asanović教授则在2023 SiFive RISC-V 中国技术论坛上表示：“未来2~3年内，RISC-V将突破性能水平或应用领域的限制，很快超越所有其他架构！”

那么RISC-V到底发展得如何呢？

从数据面来看，根据RISC-V国际基金会发布的最新数据显示，截至2023年7月，RISC-V全球会员单位数量已超过3820个，2023年8月，该数据已经上升至将近4千个，遍布全球70多个国家。从出货量的角度来看，2022年年底出货100亿颗，预计到2025年将达到600亿颗。换言之，RISC-V用12年的时间走完了传统指令集30年的发展历程。

从应用生态面来看，笔者曾在2020年撰写的《产业观察 | 10年过去，RISC-V阵营怎么样了？》一文中提到：“除了在IoT/MCU等领域绽放光彩以外，未来2~3年RISC-V的高性能应用在服务器、移动端及车载电子等领域将会有更多的实现，而基于应用软件的技术及生态也将持续增进，并且在特定领域，如DSP/AI/图像/网络领域也会有所斩获。”该文链接请复制到浏览器打开：https://www.eefocus.com/article/465846.html

3年过去，如今看来，RISC-V产业的发展轨迹正如预期。2023年8月28日，在第三届滴水湖中国RISC-V产业论坛上，我们看到除了汽车电子以外，今年又多了服务器芯片的身影。这意味着，就国内的RISC-V生态来讲，在时间维度上，RISC-V在车载领域的实现早于服务器领域，然而仅这一维度并不能充分说明服务器领域才是RISC-V更难啃的骨头。

图 | 第三届滴水湖中国RISC-V产业论坛上首次出现国产RISC-V服务器芯片的身影

汽车电子&服务器，为什么非RISC-V不可？

在回答汽车电子和服务器这两种RISC-V的高端应用，哪一个相对更容易落地的问题前，我们先来聊聊使用RISC-V内核的必要性。

Tenstorrent Inc.首席CPU架构师练维汉告诉与非网：“在特斯拉发明了第一个自制车载芯片后，我们公司收到了很多关于这方面的需求。那么，汽车大公司们都在焦虑些什么呢？我认为未来的汽车基本上就是现在的手机加四个轮子，因此进入汽车市场的门槛就降低了，然而对于传统车厂而言，他们以前最会做的驾驶系统不见了，车载系统正在成为新的竞争焦点，同时产品的市场竞争力和其差异化优势深度耦合。所以未来的汽车，它的电子系统一定是定制指令集。英特尔、AMD不太可能，ARM只会卖IP，不可能给你量身定做。所以你唯一可以选择的就是RISC-V，通过定制化做出你想要做出来的东西，你才有差异性，才可以卖更好的价钱，这是时代的趋势，也是电动车带来的问题。”

对于这一点，笔者认为今年8月的一则消息就是很好的佐证：高通、恩智浦、英飞凌、Nordic和博世发布联合声明,宣布将携手共同投资组建一家芯片公司，专攻RISC-V架构，目标是通过支持下一代硬件开发来推动 RISC-V 在全球的应用。

业内人士对此表示：“高通选择RISC-V的原因可能与它和Arm公司之间的诉讼有关，比如禁止自选GPU核心，强制采用公版架构等，这会对高通的独家优势构成威胁。相对来说，更加自由、开放的RISC-V可能更符合高通接下来的需求。”

而在服务器领域又是另外一番景象，我们看到如今x86架构处理器依旧统治着PC和服务器市场，而Arm架构处理器则统治着移动市场。但是随着数据上云趋势的演变，x86架构向前发展裹挟着沉重的向后兼容包袱，没有办法做到专注于云，而反过来看，专注于云端计算的芯片它即要在关键云需求上做加法，带来性能的提升，比如根据需求增加大量寄存器等，也要在没有需要的地方做减法，带来能耗的降低。

我们以视频云为例来解释一下，我们了解到视频编码对算力的要求很高，因为我们常常试图用算力换存储，用算力换传输带宽。那么我们要如何提升视频云服务器CPU的算力呢？第一步就是要选择好的内核架构，但不管是Hyper-Threading还是其他，采用传统架构的CPU走的都是提高主频的路子，在视频处理时就会遇到一些问题，比如视频压缩的时候会分成I帧、P帧、B帧，每一帧的算力并不是平均分配的，就会带来对算力需求不稳定的问题。所以为了让芯片不跑超频，就可能会做一些降频处理，这时候它的算力就可能达不到相应的编码需求。在实际业务中，由于视频业务不是单机运行的，会有很多的服务器集群配合来处理，为了防止CPU跑超等复杂情况的出现，就不得不把服务器集群的水位降低，这是传统架构CPU比较大的问题。相比之下，RISC-C和Arm就可以在复杂任务中实现稳定的输出，做到良好的资源调配和水位调配，不用预留很多冗余来防止芯片跑超。

此外，我们也可以看到除了主频高以外，传统架构CPU的核不多，通常是两个vCPU/HT共享一个物理核、1份ALU，但RISC-C和Arm可以实现128/256/512或更多的核，类似GPU的设计，如此一来，对于不同应用场景而言，就可以用少核应对低算力需求的场景，多核应对高算力需求的场景，实现更优的业务调配，降低投入成本。

而对比Arm，RISC-V之所以能吸引服务器领域公司的目光的主要原因之一是，它允许他们使用自己的自定义指令扩展开放的、免版税的指令集架构，以加速特定任务。关于特定任务，Ventana Micro Systems公司首席执行官兼联合创始人 Balaji Baktha举例道：“这些自定义指令在初级程序员看来是 RISC-V ISA 扩展，比如您用RISC-V处理器加速数据解压缩，在其中一个自定义的小芯片上，可以指定数字逻辑以在硬件中执行此任务，CPU内核在运行程序或固件代码时可以看到这些指令并与自定义芯片通信以快速完成操作，然后把结果返回给调用代码。”

换句话说，芯片设计公司采用RISC-V定制芯片时，只需要确保该芯片在设计过程中是符合互连规范的，这会比从Arm 获得 CPU 内核许可并将它们设计成具有自定义加速功能的片上系统更容易、更便宜，并且这些指令和连接的功能对客户的芯片来说仍然是专有的，而不会被在同意扩展ISA后提供给所有被许可人。

汽车电子vs服务器，谁更容易落地？

前面提到RISC-V在服务器领域的落地要晚于汽车电子，事实上在2020年以前，RISC-V在服务器赛道的身影几乎为“零”。但是，行业内却很看好RISC-V在服务器领域的潜力。根据投资机构ARKInvest的预测显示，到2030年，ARM和RISC-V可能成为新的处理器标准，在云业务领域取代英特尔x86架构。其中，ARM+RISC-V的组合所占据的服务器市场份额，将从2020年的零，增加到2030年的71%。

所以，汽车电子和服务器这两种RISC-V的高端应用，哪一个相对更容易落地呢？

图 | 红帽软件首席软件工程师傅炜（左三）

红帽软件首席软件工程师傅炜认为，RISC-V在服务器领域更容易落地。

对此，他解释道：“红帽软件也在做车载操作系统，经常跟一些车厂和车载芯片公司接触，在这个过程中我们发现汽车芯片的认证是一件很痛苦的事情，非常复杂，但对于服务器领域来说，就没有类似这样的强制性要求。究其原因是，域控和自动驾驶相关的汽车电子一旦出了问题，就是人命关天的事，而服务器如果出了问题，还可以通过很多备份机制来解决，并不会产生人身伤害，所以门槛会稍微低一些。”

对此，笔者也是秉持着相同的态度，同时RISC-V服务器生态非常专注，在云端的量就足够大，不管是在经济上还是能效上，都拥有替代传统架构的底层优势，因此比较容易上量。笔者认为，服务器很快就会摆脱“非x86不可”的局面。值得一提的是，2023年初，RISC-V International已经将HPC确定为RISC-V增长的战略优先领域。

如果用事实说话，我们看到几年前由于没有必要的服务器友好软件生态系统的支持，加上制造工艺节点也没那么先进，Applied Micro的数据中心处理器尝试失败了。但是到了2022年12月，Ventana Micro Systems推出Veyron V1的尝试可以说是成功的开始。

在软件生态方面，我们看到了一些变化，例如：今年6月，包括谷歌、三星、高通、SiFive、平头哥、英特尔在内的13家IT和半导体头部企业发起了全球RISC-V软件生态计划“RISE”，以推动RISC-V处理器在各个领域的市场化落地。

在Veyron V1的自身条件方面，根据Ventana Micro Systems披露的数据显示，在SPECint 2017测试中，其128核心版本的Veyron V1在300W功耗下，大幅性能领先于64核的AMD EPYC Milan 7763（280W），并且达到了64核心AWS Graviton G3（Neoverse v1内核）、40核心Intel Xeon Ice Lake 8380（270W）的两倍。

图 | 全球首款数据中心级RISC-V处理器Veyron V1与市场主流数据中心级处理器性能对比

因此，虽然说今天的软件生态系统也称不上成熟，Veyron V1还不能算是一款通用型的服务器CPU，但是从性能的角度来看，该解决方案已经可以满足数据中心CPU市场50%的需求，比如内存数据库服务、APP应用及虚拟主机服务、存储服务器、负载平衡、缓存设备、内容交付服务、流媒体服务等。

同时，在经济效益方面，Ventana Micro Systems表示：“客户选择Ventana的CPU、I/O模块来设计自己的SoC可以缩短两年的开发时间，并节省7500万美元的研发费用。”

提到RISC-V在服务器领域的发展，我们还不得不提一下国内的一些成就。2023年3月2日，中国公司算能也在玄铁RISC-V生态大会上推出了其首款基于RISC-V架构的服务器处理器——SOPHON SG2042。

根据算能披露的数据显示，SG2042是一款64核RISC-V服务器芯片，采用了平头哥高性能玄铁RISC-V内核（C920），主频达到了2GHz，9-12流水线设计，支持乱序执行，拥有64MB共享三级缓存。

同时，2023年8月，在第三届滴水湖中国RISC-V产业论坛上，算能又首次披露了其新一代的RISC-V服务器处理器——SOPHON SG2044（升级了DDR带宽和PCIe等）。

未来，RISC-V在服务器领域的迭代会呈指数型加速状态，当然，汽车电子作为这几年的热门赛道，也吸引了一大批技术和资金团队去做更大的投入，所以发展也是非常迅速。

同样用事实说话，我们看到面对巨大的汽车芯片市场，RISC-V的步伐也相当之快。SiFive在去年推出了全新的专为信息娱乐、驾驶舱、连接、ADAS 和电气化等汽车应用而设计的Automotive系列RISC-V内核IP，已经发布的包括E6-A、X280-A 和S7-A 。

据悉，到今年为止已经有多家汽车零部件和服务供应商、工具供应商采用了SiFive Automotive RISC-V 内核，包括 Ashling（RiscFree工具链）、Cadence、Canonical、Elektrobit、Green Hills、IAR Systems、iSystem AG、Lauterbach、Renesas（瑞萨电子）、Resiltech、Segger（赛格）、Siemens（西门子）、Solid Sands、Synopsys（新思科技）、SYSGO、TASKING 和 WITTENSTEIN 等。

与此同时，中国IP初创企业芯来科技的NA系列CPU IP（NA900和NA300）也在今年7月顺利获得了ISO 26262最高汽车功能安全等级ASIL D的认证证书。对此，芯来科技CEO彭剑英表示：“这对于芯来科技，乃至对整个RISC-V生态在汽车电子领域的发展都具有里程碑意义，将开启RISC-V上车的新篇章。”

编辑：黄飞