浅谈平头哥RISC-V设计生态发展

　　在PC和移动互联网时代，中国企业经历了一段难忘的“芯酸”往事，造成这一局面的核心原因之一就是处理器架构技术的空白，芯片的软硬件生态长期被x86和ARM垄断。

　　在PC时代，Intel x86架构芯片称霸了PC市场数十年，其性能无可挑剔，但Intel x86架构并不对外授权，全球仅有AMD等少数几家公司可以使用这一架构研发芯片。

　　移动互联网时代，ARM凭借低功耗优势以及比x86生态更开放的授权模式，构建了庞大的软硬件生态，尤其是在芯片硬件层面，ARM向芯片设计企业授权指令集和处理器核，中国芯片公司借此机会快速发展，但核心技术依旧受制于人的事实并未改变。

　　AIoT市场的爆发改变了x86和ARM两强的格局，这一阶段定制化、专用化的芯片成为新的趋势，而x86和ARM的商业模式远远无法满足市场需求。2010年，加州大学伯克利分校的David Patterson教授团队领导研发了RISC-V指令集，并宣布对外开源，任何企业、开发者都可以免费使用它；2015年，RISC-V由国际基金会运营，这一技术开始从高校走向产业界。

　　如果说ARM推动了从纯封闭架构走向半开放架构时代的进程，那么RISC-V则将开放推向了极致，其开放、灵活、精简的独特优势完美解决了AIoT市场的需求。对芯片设计厂商而言，这种全新模式还大幅降低了芯片设计的周期、成本。这样的天然优势很快便让RISC-V成为半导体产业的新宠，据统计，RISC-V基金会员已有高通、NVIDIA和Google等超过3000名成员，第三波芯片浪潮的序幕由此拉开。

　　在这波浪潮里，阿里巴巴无疑是最早布局的科技公司之一。2015年，正值互联网企业造芯潮的肇始，阿里巴巴宣布与大陆唯一拥有自主嵌入式CPU IP core的中天微合作研发云芯片架构，这是阿里成立16年以来首次踏进半导体领域，也为后续研发RISC-V处理器埋下了伏笔。在大洋彼岸，亚马逊几乎在同一时间宣布收购以色列芯片创业公司Annapurna Labs，谷歌推出AI专用芯片TPU。

　　此后，阿里则芯片布局的版图不断扩大。2017年10月，阿里巴巴成立达摩院，芯片是核心研究方向之一；2018年4月，阿里巴巴全资收购中天微；2018年9月，达摩院芯片研发团队与中天微团队合并成立平头哥，新团队延续了阿里巴巴的普惠使命：一方面，为阿里云数据中心研发芯片，在云端提供普惠算力；另一方面，投入RISC-V处理器架构研发，帮助芯片设计企业降低AIoT芯片的设计门槛。

　　这样的策略充分发挥了平头哥团队两股力量的优势，仅仅不到一年的时间，平头哥便交出首份成绩单。2019年7月，平头哥发布当时业界性能最强的RISC-V处理器玄铁910。玄铁910打破了RISC-V性能的天花板，让基于RISC-V架构的高性能芯片成为可能，这是阿里巴巴构建芯片生态的重要一步，也引领了芯片行业的新趋势，国内外科技企业和机构纷纷涌进RISC-V赛道。

　　2021年6月，中科院计算所发布高性能RISC-V处理器香山；2022年2月，Intel宣布加入RISC-V阵营，成为RISC-V基金会高级会员；2022年11月，美国芯片创业公司SiFive推出3.4GHz的RISC-V处理器。与此同时，各国政府的投入力度更是把该技术的研发推向了高潮：印度政府资助的处理器相关项目都开始向RISC-V 靠拢，让RISC-V成为了事实上的国家级指令集；巴基斯坦政府也宣布将RISC-V列为国家级preferred architecture；2022年6月，俄罗斯数字发展部宣布将大力扶持RISC-V处理器的发展；此外，欧盟在2022年9月发布了《关于建立欧洲开源硬件、软件和RISC-V技术主权的建议和路线图》报告，支持RISC-V与开源硬件。

　　但具有先发优势的平头哥，不仅在RISC-V的技术攻坚上踏进了无人区，还在生态上做出了前无古人的尝试，持续解决RISC-V在移动设备、服务器等市场的生态匮乏问题。2020年平头哥内部启动了玄铁910处理器兼容安卓系统的项目，并在2021年初完成了安卓系统的Linux内核、运行时库、JAVA虚拟机、软件模拟器、编译工具等主要技术栈的支持，在全球范围内首次流畅运行安卓系统的基础功能。这一成果已成为RISC-V历史上的标杆事件之一，在国际上取得了重大影响，也极大地提振了行业的信心。2022年，谷歌与平头哥达成公司层面的贡献者许可协议（CLA，Contributor License Agreement），双方就安卓系统支持RISC-V架构等工作进行技术合作和分享，平头哥RISC-V移植安卓的代码还被安卓AOSP社区收录进系统源代码，这是安卓官方首次对RISC-V架构的原生支持。

　　当然，RISC-V的想象空间不仅仅局限于终端市场，平头哥还积极推动RISC-V向云端服务器场景发起冲击。2022年8月，平头哥与阿里云、中科院软件所PLCT实验室等专注服务器操作系统的开源龙蜥社区成立RISC-V架构联合小组，推动RISC-V向云计算和数据中心领域发展，为阿里云“一云多芯“策略注入了新鲜血液。值得一提的是，在首届玄铁RISC-V生态大会上，算能推出64核玄铁RISC-V服务器芯片，进一步拓宽了RISC-V在云计算领域的想象力。

　　5年的时间，平头哥玄铁RISC-V的硬件、软件和应用生态呈现了滚雪球式成长。已拥有三大系列8款处理器产品，并持续坚持普惠策略，向全球开发者开源4款量产玄铁RISC-V处理器；另一方面，构建了工具链、中间件与组件、操作系统、AI加速库等软件栈，同时和芯片、基础软件及应用伙伴展开了全栈技术合作。

　　得益于全球企业和机构的持续贡献，RISC-V技术和市场的发展速度远超众人预期。目前，RISC-V架构芯片的出货量已达成100亿颗里程碑，仅用十二年就走完了传统架构30年的发展历程，据预测，2025年RISC-V架构芯片更有望突破800亿颗。2023年，麻省理工科技评论将RISC-V评选为十大突破性技术，并给出了高度评价，认为其有望改变一切的芯片设计。中国工程院院士倪光南更是预测——在CPU领域，未来将形成英特尔（x86）、Arm、RISC-V三分天下的格局。

　　幸运的是，中国企业抓住了这一机遇。中国已有数百家公司都在关注或以RISC-V指令集进行开发，在RISC-V 22个高级会员中，12家为中国企业，包括阿里巴巴、华为、腾讯、中兴等。而在标准制定方面，凭借深厚的技术沉淀和生态布局，平头哥领导了数据中心、存储管理、安卓、安全等11个技术方向，重要性及数量居世界前列，并拿到了第一张架构兼容性测试的证书。这也意味着，以阿里为代表的中国企业在RISC-V技术的发展上有更多的话语权，纵观从六十多年半导体的发展历程，中国企业从未有过如此全面、深度的参与。

　　编辑：黄飞