在PC时代，英特尔（Intel）凭借x86架构称霸了PC市场数十年，但x86架构不对外授权，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架构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。
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。开源开放、简洁、模块化、可定制、可扩展的特性，让所有开发者、创业者、高校师生、商业公司都能基于RISC-V架构便利地开发自己的处理器，这与在同时期兴起的物联网热潮不谋而合。
物联网市场的爆发改变了x86和Arm两强称霸的局面，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。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，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物联网市场的需求。
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，得益于这些成员的持续贡献，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。
除技术外，生态是所有芯片架构能否发展壮大的最关键因素。英特尔X86架构以及Arm架构的成功，离不开与操作系统、软硬件生态的深度融合，也因此推动人类社会进入PC时代和移动时代。如今，RISC-V的横空出世与AIoT时代的迅猛发展极为契合，生态建设更成为这一波新浪潮的决定性因素。
日前，在阿里平头哥（T-Head）举办的“玄铁RISC-V生态大会”上，平头哥半导体有限公司副总裁孟建熠在主题为《推动架构开放 促进生态连接》的演讲中，分享了当前全球及国内RISC-V生态发展的情况以及平头哥的最新进展，并在会后接受了《电子工程专辑》等媒体的采访。
图1、平头哥半导体有限公司副总裁孟建熠
回顾2016年名列前茅次在上海参加RISC-V峰会时，孟建熠感叹道当时业界更多认为RISC-V是一项需要探索和落地的‘时髦’新技术，参与者大多数是学生、教师。而如今会议的参与者更多来自企业，这意味着RISC-V已经从学术技术逐渐开始商业化。
在RISC-V技术链上，有从事芯片、CPU、开发工具、基础软件、应用等不同工作的人，唯有抱着开放的态度做事，才能让大家看到更多技术上存在的问题，实现快速迭代。用孟建熠的话来说就是“竞合关系”——在商业产品上竞争，在标准建立上合作。同时，RISC-V不仅要实现单一生态开放，还要与现有生态连接并被接纳，如GNU、Android、Linux等开源生态，以及由各大公司主导的生态。
“如今RISC-V的势头已经非常清晰，未来五年的赛道也已经显现。”孟建熠说到。据RISC-V基金会统计，预计到2025年，RISC-V会占据物联网领域28%的市场，其中在最有机会发力的AI和机器学习领域复合增长率超过70%，到2027年会有250亿台设备在RISC-V生态中。
图2、多家公司在通信、车载、高性能计算、数据中心领域尝试采用RISC-V架构，并逐步完善
而到具体的应用领域采用RISC-V的时间点，孟建熠认为整体趋势是从简单到复杂逐步铺开，规模（中低端）和标杆（高端）应用对于RISC-V都很重要。“我预计五年左右，基本在各个领域都能看到RISC-V的落地。车规应用在一到两年的时间就会落地，在数据中心上应用的时间会稍微晚一点。”
从过去一年全球范围内的RISC-V技术演进事件来看，北美地区依然是RISC-V的创新高地，从处理器IP到软件、数据中心级应用都在全面探索；欧洲的不少老牌公司在逐步从原有架构转到RISC-V架构；亚洲地区也保持非常快的发展速度，Andes、StarFive、香山、芯来和平头哥等公司都在努力推动RISC-V处理器的发展。
孟建熠表示，当前大部分芯片企业正在思考如何使用RISC-V架构来开发自家生态产品，很多基础软件公司也逐步进入到RISC-V生态中。
图3、全球协同的RISC-V技术演进正持续加速
能够在技术上实现全球协同发展，是因为RISC-V本身就是一个全球协同的标准。在推出产品竞争之前，首先要把这个处理器架构如何工作、运行、标准化的原理等竞争前标准化的技术让大家明白。举例来说，今天的以太网、USB等行业标准都是全球协同做出的，只是原来国内参与的力度不像今天的RISC-V这么大。可以说在RISC-V标准化上，中国和其他国家地区站在了同一起跑线上。
截至目前，RISC-V基金会已经有81个TG，在2022一年内就新增了30多个TG。每年新推出的标准让产业可以循序渐进地跟进，据悉2022年已完成6项标准，2023上半年会达到10项左右。
图4、RISC-V标准制定的最新进展
增加标准并不难，难在长期维护花费的精力，以及让其他开发者接受。RISC-V作为一个开放的标准，大家都可以在标准上进行增加或修改，如何维护架构？对此孟建熠表示，平头哥已经拿到名列前茅张RISC-V架构兼容性测试证书，“今后所有RISC-V处理器会在架构兼容性上有所要求。RISC-V碎片化是一种必经的过程和现象，但其发展的本质一定是趋向统一的。因为处理器所有人都需要，如果没有让大家共同认可的标准，仅靠一家企业很难长期维持并进入主流生态中。”
玄铁产品方面，平头哥目前保持每年推出一款新品的节奏。2022年云栖大会上发布的玄铁908处理器主频已经达到2.0GHz。在软件方面，由于RISC-V是新事物，如果由芯片和应用公司独自开发，周期会拉得很长，所以平头哥坚持全栈软件优化，从应用角度在某些细分市场先把产品优化好，再提供给客户。
图5、平头哥有三个重点产品赛道，分别是面向计算增强的C系列、面向成本功耗优化的E系列以及面向可靠性实时性的R系列
据悉，在推动国际RISC-V技术标准建设上，平头哥团队有11位同事在基金会中发挥了重要作用。在过去一年中，平头哥在RISC-V技术标准、IOMMU、Linux对于Svpbmt的功能支持以及安卓指令兼容性和底层接口上做出了非常重要的贡献。
“在RISC-V基金会持续贡献不仅要有决心，还要有实实在在的投入。”孟建熠也在生态大会上呼吁国内从事RISC-V技术的精英都去基金会做贡献。
开发工具方面，平头哥推出了玄铁开发工具三剑客（基础软件三件套）——编译器（TAC）、编译环境（CDK）以及部署工具集（HHB）。其中，编译器性能较过去一年提升了20%多，为开源社区Patch贡献200+；CDK集成了全新的Language Server；AI部署工具则新增了混合量化功能，新增Transformer网络支持。这些技术软件上的贡献也得到了国内创新型公司的支持。
图6、玄铁开发工具三剑客最新进展
未来芯片技术中，安全是非常重要的一环，也是让RISC-V有机会成为名列前茅架构的重点。平头哥在过去一年已把安全标准具体落实到应用和产品中，2022年4月发布的基于虚拟化隔离的TEE安全技术兼容了Global. Platform TEE规范；2023年2月发布了基于物理核隔离的TEE安全技术，并在金融类应用场景的芯片中内置。
RISC-V Vector1.0标准也在2022年完成了设计，基于平头哥玄铁908的嘉楠K230成为全球首颗支持Vector1.0的商用芯片，预计不久Vector1.0开发板就可以到开发者手中。与此同时，孟建熠表示基金会仍会持续维护Vector 0.7在性能上的稳定。
图7、Vector 1.0架构正式量产——RVV1.0
孟建熠透露，目前一些端侧AI芯片正逐步开始采用RISC-V技术，然而要在RISC-V上跑AI算法，只有Vector远远不够。据介绍，平头哥已经在基金会形成标准之前，完成了面向人工智能算法的Matrix计算架构。具备8个二维矩阵寄存器，支持INT8、FP16和BF16，Matrix扩展指令集20+条，单核最大支持2TOPS，目前AI工具、model、编译器都已经开源在GitHub上。
对于RISC-V这样的处理器架构来说，技术和生态需要齐头并进，但他们是不一样的两个概念——技术上的创新更多需要自己付出努力，而生态只有自己创新还不够，需要得到更多合作伙伴的支持和投入。
孟建熠表示，RISC-V作为CPU架构，得到操作系统的支持很重要。不管是RTOS、Linux，还是Android、桌面操作系统，唯有完成对主流操作系统的适配，才能解决通向各个应用场景的“拦路虎”。
从2020年8月开始，平头哥开始针对Android支持立项。2021年4月完成了名列前茅代Kernel、ART及NDK，2021年8月基金会成立SIG，2021年12月适配Android 12、Java浏览器和多媒体，直到2022年8月Google正式认可了平头哥的贡献。据透露，一些非手机类的Android系统产品可能率先商用RISC-V架构。
Linux操作系统的适配也一直在进行，从Debian、Fedora、Gentoo到Ubuntu，目前平头哥已完成近6万个开源软件包的适配，以及 SPDK和DPDK两个开发套件的适配。
国内生态开发的速度也非常快，平头哥在去年完成了RISC-V与龙蜥操作系统（Anolis OS）在Java等基础软件上的适配，新增3500多个基础软件对架构的支持。据介绍，龙蜥是拥有300万装机量、300多家合作伙伴、由阿里云主导的服务器端操作系统。
图8、RISC-V对统信操作系统的适配与优化
与统信的适配，是RISC-V名列前茅次尝试与桌面操作系统适配。项目从2022年7月开始，3个月时间就完成了6500多个应用软件包的适配和移植，也完成了DDE桌面、Firefox、Node.JS、OpenJDK、LibreOffice等桌面软件的应用，得到了操作系统、基础软件、第三方库的支持。
平头哥还与国内最大桌面操作系统供应商openKylin进行了深度适配，该操作系统从桌面到数据中心共有76万用户。适配重点是图形化的优化，完成了UKUI的适配，目前openKylin上所有开源软件包都已经完成适配。
除了操作系统，RISC-V还完成了与钉钉移动办公应用软件的适配。据孟建熠介绍，这次适配编译了27000多个文件，突破了Qt和CEF核心组件，“钉钉发出了名列前茅个的‘Hello RISC-V’的消息，标志着从RISC-V到操作系统，再到应用软件，真正具备了交互的能力。也期待更多的应用软件能够加入到RISC-V适配过程中。”
图9、钉钉发出了名列前茅个的“Hello RISC-V”的消息
合作伙伴方面，平头哥在过去三个月与创维酷开操作系统进行了适配，这也是RISC-V适配的为数不多的TV WebOS。不仅完成了功能适配，还实现了NFS一碰投屏、DLNA/Airplay等操作，使用体验良好。这也证明了RISC-V架构可以很好地适配到视频类应用中。
此外，中科院软件所与平头哥联合打造RISC-V开源组件，为RISC-V生态提供了“开源软件公共品”，这些工作也会逐步集成到中科院软件所的“如意SDK”中，未来所有的RISC-V都可以基于如意SDK找到自己所需要的开源软件。
算能与平头哥从嵌入式到云计算芯片都有合作，也开始在数据中心中展开尝试做64 core SMP算能服务器芯片。这款芯片主频2.0 GHz，支持CCIX、4 Channel DDR，功耗120W（typ）。
“这次尝试是算能的一大步，也是整个RISC-V领域的一大步。”孟建熠说到。由于RISC-V架构在AI处理能力扩展性上更具优势，可以很好地解决CPU与加速引擎之间的延迟和带宽问题，形成更完整、更一致的解决方案和结构。所以在数据中心AI方向上有不少国外企业已经在尝试：谷歌TPU越来越多地开展加速引擎和RISC-V结合的编程范式，以更高效率支持AI workload；近期大热的ChatGPT类应用也有厂商尝试采用RISC-V架构来做训练芯片，同时在推理上也很有机会。
图10、平头和与算能从嵌入式到云计算芯片全面合作
应用侧具代表性的合作伙伴是网易有道，主要产品是字典笔。这类产品与手机类似，但屏幕更小、电池更小，如何在能效、操作系统等底层逻辑上进行优质创新？RISC-V如何在这类新一代智能终端中跟上节奏，并且产生新的生态？创新类应用是RISC-V非常适合的场景，把握住这样的机会非常重要。
孟建熠表示，已经有越来越多的合作伙伴开发出RISC-V芯片，软件、终端上的合作伙伴也越来越多。“平头哥也在推动RISC-V商业生态发展，不断贡献软件，在下游应用中真正让大家感受到使用RISC-V的优势。”
图11、玄铁芯片的商业生态合作伙伴
过去三年中，平头哥一直在推动“玄铁优选芯片”计划，主要在生态伙伴中选择品质好，又符合在智能交互、智慧视觉、物联网与安全几个赛道中能与全栈软硬件很好融合的产品。目前已推动生态芯片落地应用1亿颗，阿里巴巴生态的很多硬件也使用了大部分玄铁RISC-V芯片。
孟建熠表示，平头哥有很大一部分工作在提升云计算能力上，主要服务于阿里云；“如今我们希望把这项能力逐步推广到外部生态中，这部分主要靠RISC-V来释放。”
谈生态，永远离不开开发者。目前平头哥正日益完善开发者的开发板资源，除了此前与全志科技推出的D1开发板，还有基于玄铁C910的TH1520 SOM核心板，以及与嘉楠耘智一起推动的Vector1.0开发板。
图12、玄铁的开发板资源
在人才培养方面，平头哥与高校合作的RISC-V Institute计划，把与20多所高校合作30多门课程的经验，逐步搬到平头哥芯片开放社区上，让新同学能接触到并快速学习RISC-V。目前这个社区已经有15万多名用户。
“RISC-V基金会也在主导RVFA（RISC-V基础水平）认证，平头哥提供了三分之二的题库，希望有更多机构能把这项工作推广开。”孟建熠说到。
谈到RISC-V与Arm、x86之间三足鼎立的关系，孟建熠认为三者将长期以互相渗透、互相补充的关系存在下去。在他看来，RISC-V是这三者中相对较“草根”的，由于入门门槛低，可以填补很多x86和Arm做不到的领域。比如做一款芯片，Arm可以提供标准化设计，但如何做得更好？无疑RISC-V这种可扩展的架构能够做到更多。
回顾过去，阿里平头哥从2018年开始踏入RISC-V，2019年在上海发布了名列前茅款高性能RISC-V处理器——玄铁910。从2019年到2023年，已经有来自多媒体、网络、边缘计算、存储、服务器等多个领域的芯片采用玄铁处理器。
图13、围绕RISC-V技术链，形成创新链，构建价值链
就中国目前对整个RISC-V产业的投入来说，仍不及美国，这主要是因为缺乏英特尔、高通这样的芯片巨头参与。但中国也有自身的优势，例如有最大的终端市场，可以用RISC-V做出更有竞争力的产品；有大量工程师，如果做好高校学生的培养，让他们刚开始学习就接触RISC-V，那么将来在人才储备上将极具优势。
“从今天开始面向未来，RISC-V要再出发，在AI推理计算、工业、5G计算、服务器周边等更多领域布局，并在最近逐步推出。” 孟建熠说到，“RISC-V就像初升的太阳，尽管还温润如玉，但已经初步照亮了东方，一些赛道已初步明确，我们期待它骄阳似火的那天。”
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