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2023-09-20 10:18| 来源: 网络整理| 查看: 265

精简、开源、中立,RISC-V这三个标签,似乎应和了时代的召唤。

为了设计出第一款高性能RISC-V芯片,从苹果、英伟达到AMD的顶级人才纷纷出走创立新公司;行走芯片大厂江湖二十多年的“硅仙人”早已经用脚投票,加入了一家RISC-V芯片设计公司;第一家生产RISC-V ISA 的芯片公司,已经开始扩展其生态;中国芯片企业和研究机构也加大投入,开始推出产品;甚至俄罗斯也指望能借此破解芯片“断供”。

今年 7 月,RISC-V 国际基金会的首席执行官 Calista Redmond 在嵌入式世界展览会上透露,市场上已经有 100 亿颗 RISC-V 核心,完成这一初级阶段,仅用了12年的时间。

这一数字是具有里程碑意义。其竞争对手ARM完成这一数量用了17年,如果以RISC-V基金会成立的年份来算,则只用了7年就达到这一显赫成就。这也印证了开源模式的巨大的魅力。由于RISC-V指令集的巨大发展,引来了各个巨头的竞相加入,比如处理器巨头英特尔就在去年加入了基金会,成为高级会员,且设立10亿美元创新基金,全面支持RISC-V生态发展。还传出消息英特尔希望高价收购第一家生产RISC-V芯片初创公司SiFive。一系列的行动已经证明,面对ARM进逼深感不安的X86指令集拥有者已经开始布局RISC-V赛道,希望扶植更加开放的开源指令集来打击IP授权模式指令集的王者ARM。这不禁让人想起当年拥有专有UNIX系统的IBM和HP等IT巨头扶植开源操作系统Linux,去对付开放授权模式的WindowsNT。

RISC(reduced instruction set computer)的意思是精简指令集计算机。开源的RISC-V诞生于伯克利校园,自2010年一路走来,又一段开源的历史即将重演,结果不会出人意料,唯一的区别是过程。

从最老牌的MIPS放弃自己指令集转而开发RISC-V的处理器内核,到曾经收购MIPS的GPU巨头Imagination也开始投入RISC-V内核的开发,再加上一众处理器IP授权公司的倾情投入,整个处理器IP授权市场几乎变成ARM和RISC-V的二人转,当然这也符合处理器指令集日渐收敛的整体趋势,过去几十年间曾经耳熟能详的一些处理器指令集已经离开了我们,其中包括DEC的ALPHA、Sun的SPARC、HP的PA-RISC、Intel的IA64,还有RISC指令集的先锋MIPS。只有IBM的Power处理器仍旧在继续坚持,但以技术发展的趋势看,这种坚持不会持续太久。

“硅仙人” 之选

(Jim Keller已经用脚投票,加入了一家RISC-V芯片设计初创公司)

这几天又有一个新闻将RISC-V的热度炒到沸点,那就是行业内处理器架构大神级人物、外号“硅仙人”的Jim Keller公开为RISC-V站台。Jim Keller是何许人也?很多人只闻其名。他1998年之前在DEC参与了Alpha处理器研发。后来在AMD公司参与了K7、K8架构CPU研发,K8的X64指令集最后彻底打败了IA64。从AMD离职后又经历了由SiByte到博通,以及由PA Semi到苹果的历程,为苹果自有处理器打下了坚实的基础。2012年重回AMD公司,参与了Zen架构内核的研发,拯救了AMD。2016年在Zen处理器上市前半年离开AMD,跳槽特斯拉开发自动驾驶芯片,设计出了马斯克在一次发布会上展示的“世界最强”自动驾驶AI芯片。2018年又加入Intel公司,革新了酷睿的核心架构并优化了研发流程,不过在2020年离职。现在一家名为Tenstorrent的初创公司担任联合创始人,主要设计RISC-V架构的AI芯片,号称要超越AMD/NVIDIA。

JimKeller在公开演讲中认为RISC-V未来必胜。RISC-V芯片现在已经可行,而且是开放标准,这个领域的创新正在发生,相比其他架构崛起得更快。他的结论和理由非常简单干脆,没有任何伪饰的成分,而且已经用脚投票。传奇性的Jim Keller,操刀开发的几乎每一款经典处理器都改写了行业上限,似乎就没有他不了解的处理器架构。当然,Jim Keller不仅仅是一个架构师,他最强大之处并不是架构设计能力,而是架构路线设计能力,两字之差,天壤之别。前者让Jim Keller可以设计出一款强大的处理器,而后者则让Jim Keller能够以超前的眼光为企业设计未来数年的架构发展路线,使得企业一直保持领先。所以,当Jim Keller坚定看好RISC-V,甚至为此而抛弃“硅谷游侠”(因为四处“救火”而在硅谷业内得名)身份开始创业,结果一些完全不看好RISC-V的公司,也开始重新考虑这个指令集架构的未来前景。这也是近期整个业界都在沸腾的根本原因,大神的眼光和能力显然就是行业风向标啊!

实际上这波RISC-V处理器创业潮不止吸引了Jim Keller,近期爆出来的一家RISC-V处理器创业公司RIVOS,人员构成非常豪华,高管的职业履历和大神非常相似,也有DEC、SiByte、PA Semi、Nuvia等公司的成就,与十多年前以PA semi为代表的那波ARM处理器创业潮的团队构成几乎一致,也就是说大致是一批人在做相同的事情,只不过赛道换成RISC-V高性能处理器。这里再赞叹一下开创小型机时代的代表厂商DEC,虽然商业方面不太成功,最终被康柏所收购,但DEC的技术和团队因此扩散到整个行业,在处理器领域滋养了Intel、AMD、ARM、苹果等巨头,操作系统滋养了微软,整机系统滋养了Google,对业界的贡献之巨,值得被历史所铭记。

如果从生态繁荣程度进行对比,RISC-V目前可能处在ARM在2000-2005年的阶段——市场上关于ARM的资料、书籍、培训班大量出现,企业对ARM开发者需求爆增,在嵌入式领域与X86、MIPS展开了激烈的竞争。RISC-V现在的情形与那时非常相似,教育科研、文档材料、人才培训、商用场景、出货量等等,整个生态系统处于发力的阶段,无论是个人还是企业,都已经走出了观望的阶段。十多年前开始的那波创业潮的结果,是ARM处理器成功进入桌面和服务器市场,真正动摇了X86处理器的统治地位。按此推测,几年以后,RISC-V处理器也会进入上述领域,而不是仅仅局限于目前所在的智能物联网领域。

高性能计算

尽管RISC-V依然弱小,但ARM已经开始担心RISC-V会重演自己成功的故事,尤其是在服务器领域。

近期ARM在发布服务器内核Neoverse的媒体会议上对RISC-V做出了评价,他们认为在数据中心领域RISC-V目前并没有展现出强有力的竞争力,哪怕是在短期内也没法对ARM造成威胁。在他们看来,尽管RISC-V站在巨人的肩膀上,仍缺乏在架构、标准和软件等生态上的积累,而且在治理模式上仍有不少可以向ARM学习的地方。

要知道ARM自己也是经过多年的沉淀下才打入数据中心市场。相较x86来说,市场份额目前大约在5%左右,更不必说RISC-V了。即便如此,ARM对RISC-V已经相当警惕和在意。这也令人想起ARM几年前专门做了一个网站来抨击RISC-V,结果仍然无法阻止后者的迅速崛起。所以这次可能又是一次历史重演:竞争对手的反应带来更大的传播效应,反而加速了RISC-V阵营前进的步伐。

的确,RISC-V阵营已经开始行动,盯上了高性能计算领域。其标准制定者RISC-V国际基金会已成立数据中心工作组(Datacenter SIG)和高性能计算工作组(HPC SIG)。其中,数据中心工作组主要由谷歌、Ventana等组成,高性能计算特别兴趣小组则由141名成员组成,专注于促进高性能RISC-V处理器生态的发展。尤其是数据中心工作组内出现了谷歌的名字,这是令人振奋的消息。

由于云计算的日渐风靡,互联网巨头掌握了数据中心的市场话语权,近期ARM在服务器市场能够打开局面,主要依靠亚马逊微软等巨头的鼎力支持。这些互联网巨头不愿意被处理器厂商所牵制,希望能够做到指令集架构中立。当年谷歌也是OpenPower基金会的核心会员,就是想平衡不同指令集的势力范围,可惜由于IBM的私心,这个联盟最后没有对行业产生多大的涟漪。巧合的是,当年OpenPower基金会的负责人正是现在RISC-V国际基金会的CEO Calista Redmond。业内所有人都相信,一个真正做到完全中立开源的指令集不会重蹈OpenPower的覆辙。

在互联网巨头的支持下,RISC-V进入数据中心市场是必然的结果,因为这些巨头需要完全中立而生态丰富的指令集架构,X86和ARM都不能完全满足它们的需求。再加上大量初创公司和行业巨头在高性能处理器内核和制造领域的努力,指令集架构的开源化与中立化的过程,显然会比ARM的崛起更快一些,业内专家预测四五年以后就会有结果,让我们拭目以待。

地缘对峙的中间地带

由于地缘政治对峙,一个中立与开源指令集具备了独特的价值。RISC-V国际基金会甚至为了减少地缘政治的风险而将注册地迁移到永久中立国瑞士。RISC-V是人类第一次以开源模式、由全世界参与构建的计算生态体系,RISC-V也是中国第一个从发展初期就可以深度参与、发挥核心作用的全球范围的新指令集架构、新的生态,这是一个难得的历史机遇。

中国有一些得天独厚的优势:没有国外一些老牌厂商和机构的历史包袱;没有已经存在的商业利益或者技术上的惯性;中国有机会从一个全新的视角、一个全新的架构去做开创性工作。相应的劣势,就是中国在很多技术领域缺乏国外巨头在历史上积累的丰富经验;在高端核心人才储备上也没有像国外处理器、基础软件巨头那么多;在专利等知识产权方面也存在较大差距。正因为如此,中国企业和研究机构在RISC-V投入巨大,给中国IT产业的发展带来的好处令人期待。

RISC-V国际基金会已经吸引全球70多个国家的2300个会员,覆盖芯片厂商、芯片设计服务公司、软件提供商等软硬件公司,以及大学、科研机构和投资机构等。截至2022年上半年,在RISC-V国际基金会的机构会员中,中、美、欧三方呈现并驾齐驱的态势。其中,中美企业的参与度较高;欧洲学术机构的参与度较高。此外,印度政府推出了RISC-V处理器发展规划,将它定位为国家级指令集;俄罗斯则加大扶持RISC-V架构的力度,以求在现有断供条件下能够独立自主发展;欧洲的巴塞罗那超算中心也在和Intel合作开发,将超算推向Zettascale级别的RISC-V高性能处理器。

(来源:RISC-V国际基金会)

指令集架构作为软硬件的核心界面,具有一定的公共性特征,以前几乎所有的指令集都是由企业开发和拥有,使得中立性缺失,天然具有某种技术垄断性。这样整个世界整个行业都希望存在一个完全开源并且中立的指令集,而且成为业界主流的架构,正是这种需求,成为RISC-V迅速发展的最大动力。

今天开源软件已经占据了绝大部分软件市场领域,成为整个互联网的基础设施,并且仍在不断开疆拓土,开源硬件相对来说发展滞后,但大趋势不可逆转。作为软硬件核心界面的处理器指令集架构,它的开源化进程也是开源运动的一部分。RISC-V生态这几年的加速发展态势,已经超出大部分业内人士的预期,随着大量传统巨头的不断加大投入和初创公司的颠覆式创新研发,这个开源指令集一定会成为业内最重要的处理器指令集架构,就像Linux今天的地位一样。



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