前几年,在芯片领域中谈到架构无外乎是x86、arm两大架构。这两大架构分工明确,x86占据了pc市场95%以上的市场,arm则垄断手机市场。看似二者分境而治,实则业界对于二者谁主宰未来的市场的讨论一直进行着。
谁也没想到,risc-v直接闯进两大架构之争,并且势如破竹。今年7月,risc-v内核出货量已达100亿颗,而arm实现这一目标花费了17年,risc-v仅仅用了12年。并且预计到2025年,risc-v架构内核的出货量将达到800亿颗。
risc-v的成长正在加速。
01
risc-v极速成长
risc-v的迅速发展超出了很多人的预料,开源指令集的魅力使得不少企业从arm阵营转向risc-v,risc-v的包容性与安全性也让越来越多的公司选择这一架构。
2022年,risc-v的发展可谓欣欣向荣。
risc-v中国阵营
倪光南院士在risc-v的致辞中说到:“新兴的开源指令集risc-v将为我国芯片产业发展提供新机遇,如果抓住机会,就有可能在cpu核心技术上掌握主动权。”这句话也透露出risc-v会在中国蓬勃发展的原因,离不开国内希望掌握对芯片自主技术。
一些国内芯片公司从一开始就选择risc-v架构,从源头上摆脱对arm架构的依赖,一方面避免了高昂的授权费用,另一方面也获得了自由定制的空间。
此前国际risc-v基金会80%以上最高会员均为中国企业,包括华为、阿里巴巴、紫光展锐、中兴通讯、中科院、成为资本、北京开源芯片研究院、希姆计算等,就足以看出国内企业对risc-v的支持。
最近,腾讯也宣布加入risc-v国际基金会,并且是以高级会员的身份加入,这让中国企业在高级会员中的比例进一步上升。实际上,腾讯也是最早支持“香山”开源高性能risc-处理器的企业之一。
国内企业对risc-v的布局很早。阿里旗下平头哥发展势头强劲,已相继发布多款基于risc-v架构的处理器ip“玄铁系列”;华为已成为risc-v基金会成员,出于供应链安全性考虑,也在进行相关芯片产品的研发;小米生态链公司华米科技已于2018年发布了全球首款基于risc-v架构的可穿戴处理器。
无论是无论是ip、设计还是终端应用都涌现诸多企业,中国risc-v产业联盟目前也有了超过120家联盟会员。
在今年,国内risc-v生态链条参与者正逐渐多元化。芯片ip设计开发公司方面,睿思芯科发布其高性能risc-v v系列dsp ip,面向高端音视频、ai市场需求,可用于处理复杂数字信号,解决ar/vr、ai等领域的复合音频任务挑战。
平头哥也发布了高性能risc-v芯片设计平台无剑600。它一方面帮助芯片公司降低开发芯片成本和风险,另一方面向第三方ip和基础软件公司开放,让更多资源接入到risc-v生态。
芯片设计方面,跃昉科技、赛昉科技相继发布cpu主频超过1.5ghz的基于risc-v的高端应用处理器,赛昉科技发布惊鸿8100芯片,是面向于高性能运算的智能视觉处理soc平台。并且赛昉科技在今年8月发布的jh7110芯片已经正式量产,预计明年会有十万片以上的销量。跃昉科技在2月推出的risc-v soc产品,面向边缘计算、深度学习等高阶边缘侧系统应用。
risc-v芯片香山“雁栖湖”也在今年1月份回片并成功点亮,实测数据达到预期目标——spec cpu 2006分值达到7分/ghz。而且,今年迎来的发展一个里程碑,中科院计算所、北京开源芯片研究院、腾讯、阿里、中兴通讯、中科创达、奕斯伟、算能等形成了联合研发团队,开展第三代香山(昆明湖架构)的联合开发。
2022年,risc-v初创企业的融资数量也不在少数,自研risc-v dsp主控芯片的中科昊芯获近亿元人民币a+轮融资;risc-v处理器ip及整体解决方案提供商芯来科技,获君联资本领投数亿元新一轮融资。
risc-v国际阵营
很多国际大厂也在拥抱risc-v架构。
ip厂商imagination在今年夏季,推出了其首款商用risc-v内核,用于片上系统(soc)设计。img rtxm-2200是一款可授权的32位嵌入式实时处理器,具有高达128kb的紧密耦合存储器,用于指令和数据。这确保了确定性响应和高达128kb的1级缓存大小以实现稳健的性能。
英特尔是今年2月宣布加入正式加入risc-v international标准组织,成为其premire高级会员。自加入后,英特尔也开始了大动作,宣布与西班牙超算中心联合,掏出4亿欧元(约合28.5亿元),在10年内开发出基于risc-v的超算cpu。
尽管高通一直在使用arm指令集,但高通也正准备转向risc-v阵营。高通产品管理总监manju varma表示,高通已经基于risc-v打造了许多产品,截至2022年,采用risc-v架构的高通芯片出货量已经超过6.5亿颗。在今年高通与arm之间的专利战爆发后,高通对于risc-v的布局更加积极。
实际上,从2019年的骁龙865处理器时期开始,高通的cpu战略和路线图就开始转向risc-v。目前,高通的pc、移动设备、可穿戴设备、联网汽车以及ar/vr头显的soc中都使用了risc-v微控制器。
谷歌也宣布为risc-v芯片推出新的开源操作系统,并且为其数据中心,用于“ai计算主机”,以加速机器学习工作的mxu模块选择sifive risc-v内核。
02
risc-v生根发芽
risc-v在全世界生根发芽,根据risc-v international的数据,还有70个国家的3180多个risc-v成员。
碎片化是物联网天性,在iot应用领域,成本重于一切。由于risc-v拥有架构简单、易于移植,设计成本低的特点,并且还有功耗低、体积小等优势,满足了物联网时代对芯片的需求。risc-v开源开放的特性和其轻量化的架构可以帮助研发人员从授权、功耗等多个角度降低芯片的研发成本和应用成本。
从目前risc-v的应用来看,尽管risc-v的应用落地相对丰富,但仍然处在积累期。risc-v在“无线连接芯片”部分的落地会相对完整,因为其中包括蓝牙、wifi、nb在内,已经有诸多risc-v芯片实现量产。
目前,紫光展锐的tws真无线蓝牙耳机芯片—春藤5882采用risc-v处理器,中科蓝讯的蓝牙音频soc——“讯龙二代”bt8922e内置32位高性能risc-v cpu。中国移动旗下芯片公司芯昇科技在近日也发布了两款risc-v内核物联网通信芯片,一颗为40nm工艺的nb-iot芯片,另一颗为22nm工艺的cat.1bis芯片。
03
risc-v冲向高端
跻身高性能领域,是芯片架构走向主流的重要标志。许多业内人士分析,未来risc-v必然会向服务器、pc等主战场发展。平头哥的孟建熠认为,高性能、软硬件全栈、更广的生态合作是未来risc-v的三个必然趋势。
也有人预测:“risc-v最快两三年就可以达到arm最强ip的性能水平,特别是在桌面级和服务器端risc-v的cpu内核领域。”
可以看出,面向高性能发展将成为risc-v未来的发展方向之一。为了让risc-v追求高性能计算,成立了risc-v高性能计算特别兴趣小组(sig-hpc)。risc-v国际基金把推动risc-v在高性能计算、深度学习等领域的应用作为下阶段突破的重点之一。
目前,国际方面已经有厂商计划将risc-v引入hpc领域。ventana micro systems公司宣布推出其veyron v1芯片,称该芯片可提供与基于x86和arm架构的芯片相当的性能。
该芯片最多有16个内核,可以与集群中最多12个其他芯片配对,总共有192个内核。每个内核的运行频率高达3.6ghz,芯片将采用台积电的5nm工艺制造。该芯片具有48mb的共享l3缓存,并支持cxl2.0互连。
需要注意的是,向高性能发展的risc-v,会面临来自处理器和软件多方面的挑战,一方面risc-v处理器本身需要在性能方面取得突破的同时保持稳定性,另一方面基础软件适配也有一些难题未解。
芯片性能越高,设计的门槛也就越高。2ghz以上的芯片架构设计,与中低端领域的mcu架构不同,涉及先进工艺,还要综合考虑内存、算力、功耗、成本的均衡性,在有限的功耗条件下跑更复杂的ip核。同时,芯片的性能要足以承接高性能计算厚重的软件生态。
04
总结
risc-v在中国的发展非常迅速,英国机构global data甚至认为:“中国大陆在大力发展risc-v架构,以摆脱对arm的依赖,5年后将会见到显著的成果,那时候说不定arm就可有可无了。”
此语实在有些危言耸听,但不可否认的是,risc-v的潮流正在迅速席卷而来。但就目前来说,risc-v不可能太快取代现有的芯片架构,一些使用arm的企业转向risc-v仍要经历漫长的过程。
gartner芯片行业分析师也表示:“risc-v这类芯片架构的市场需要培养5-10年才有机会与arm竞争,现在的问题不仅仅是生态没有建立起来,产品的性能也还有待提升。”
risc-v的集成并不简单,需要更多的应用来管理核心质量和验证。随着risc-v的生态系统的发展,未来肯定会展现出新的优势和挑战。
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