這些年,我們目睹了開(kāi)源對(duì)于軟件產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的巨大變革,中國(guó)科學(xué)院院士梅宏說(shuō):“目前幾乎沒(méi)有不涉及、不從開(kāi)源中獲益的軟件?!焙罄m(xù),開(kāi)源之火會(huì)不會(huì)徹徹底底改變未來(lái)芯片產(chǎn)業(yè)呢?答案正在變得清晰。
目前開(kāi)源指令集架構(gòu)RISC-V正贏得越來(lái)越多的支持者,成為后摩爾時(shí)代深刻影響芯片產(chǎn)業(yè)的重要變量。就像芯來(lái)科技創(chuàng)始人兼CEO胡振波在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)所言:“以RISC-V為代表的開(kāi)放架構(gòu)指令集熱潮,在世界范圍內(nèi)以一種領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的形式,為處理器領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新以及半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的生態(tài)帶來(lái)了前所未有的良機(jī)?!?/p>
賽迪顧問(wèn)預(yù)測(cè),到2025年全球市場(chǎng)將需要192億顆RISC-V CPU內(nèi)核。而Semico Research預(yù)測(cè)更為樂(lè)觀,預(yù)計(jì)到2025年,基于RISC-V架構(gòu)的CPU出貨量將超過(guò)600億個(gè)。投資機(jī)構(gòu)ARK Invest預(yù)測(cè),到2030年Arm和RISC-V可能成為新的處理器標(biāo)準(zhǔn),在云業(yè)務(wù)領(lǐng)域取代英特爾x86架構(gòu),Arm+RISC-V的組合將占據(jù)服務(wù)器市場(chǎng)份額的71%。
RISC-V顛覆x86與Arm模式
在創(chuàng)立芯來(lái)科技之前,胡振波在Synopsys(新思科技)和Marvell(美滿電子科技)等公司任職,有8年CPU和超過(guò)10年的ASIC設(shè)計(jì)與驗(yàn)證經(jīng)歷,除了技術(shù)上的積累,胡振波說(shuō)這些年最大的心得是做CPU其實(shí)不是技術(shù)的問(wèn)題而是生態(tài)的問(wèn)題。因?yàn)榧夹g(shù)的問(wèn)題通過(guò)努力可以彌補(bǔ),但是生態(tài)的問(wèn)題,在x86等封閉架構(gòu)下,其他芯片從業(yè)者要想做CPU,基本上是入無(wú)人絕境。前英特爾公司副總裁、首任英特爾中國(guó)研究院院長(zhǎng)方之熙在英特爾(美國(guó))任職二十余年,經(jīng)歷了芯片產(chǎn)業(yè)跨越三個(gè)計(jì)算平臺(tái)的過(guò)程,他也曾在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)表達(dá)了這樣的觀點(diǎn):“做芯片不僅僅是技術(shù)的問(wèn)題,最難的其實(shí)是商業(yè)、是生態(tài)的問(wèn)題?!?/p>
談及CPU與計(jì)算生態(tài),就需要談及CPU指令集?!疤幚砥髦噶罴擒浻布慕涌?,是核心基礎(chǔ)軟硬件生態(tài)系統(tǒng)的基石?!敝袊?guó)科學(xué)院計(jì)算所研究員包云崗此前表示,指令集的重要性體現(xiàn)在生態(tài)建設(shè),指令集向上承載的是整個(gè)軟件生態(tài),向下則規(guī)范了以處理器芯片為代表的整個(gè)硬件生態(tài)。
“雖然指令集并非復(fù)雜的黑科技,但指令集的真正價(jià)值在于圍繞其建設(shè)的軟件生態(tài)和指令集的發(fā)展權(quán)?!焙癫ㄕf(shuō)。
“軟件與硬件一起才能形成計(jì)算產(chǎn)業(yè),而指令集是軟件與硬件交互的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。”中國(guó)科學(xué)院軟件所所長(zhǎng)趙琛在接受《中國(guó)電子報(bào)》記者采訪時(shí)說(shuō)。
在RISC-V誕生之前,市場(chǎng)上主要有Arm、MIPS、SPARC、x86等指令集。
其中x86指令集由英特爾在1978年推出;MIPS于1981年出現(xiàn),由MIPS科技公司開(kāi)發(fā)并授權(quán);Arm則由Arm公司推出,目前全世界超過(guò)95%的智能手機(jī)和平板電腦采用Arm架構(gòu)。
2010年,加州大學(xué)伯克利分校的一研究團(tuán)隊(duì)啟動(dòng)新項(xiàng)目,需選擇一種處理器指令集,在分析了Arm、MIPS、X86等指令集后,發(fā)現(xiàn)它們不僅設(shè)計(jì)復(fù)雜,而且存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。于是該研究團(tuán)隊(duì)用了3個(gè)月的時(shí)間,設(shè)計(jì)出一套全新的指令集,能滿足各種尺寸的處理器,支持從FPGA到ASIC到未來(lái)器件等各種實(shí)現(xiàn),能支持大量的定制與加速功能,能和現(xiàn)有軟件棧與編程語(yǔ)言很好適配,而且很穩(wěn)定。其后該團(tuán)隊(duì)將新的指令集命名為RISC-V,并將指令集徹底開(kāi)放,使用BSD License開(kāi)源協(xié)議。
2015年RISC-V基金會(huì)成立,RISC-V以基金會(huì)方式運(yùn)作,吸引了大量廠商加盟,包括高通、英偉達(dá)、NXP、三星、Microsemi、美光、華為海思、聯(lián)發(fā)科、谷歌、IBM、西數(shù)、希捷、Mentor Graphics、Express Logic等,RISC-V在全球范圍內(nèi)迅猛發(fā)展,目前RISC-V基金會(huì)成員近1000多名遍布全球70多個(gè)國(guó)家。為了進(jìn)一步保持中立性,2020年3月RISC-V基金會(huì)將總部遷到瑞士。
RISC-V開(kāi)源模式改變了傳統(tǒng)的封閉性X86和授權(quán)模式的ARM的模式,為半導(dǎo)體行業(yè)帶來(lái)經(jīng)營(yíng)模式和架構(gòu)創(chuàng)新的新機(jī)會(huì)。賽昉科技聯(lián)合創(chuàng)始人兼CEO徐滔對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者表示:“RISC-V的典型優(yōu)勢(shì)是低成本、模塊化和定制化。RISC-V指令集的開(kāi)源特性使用戶可以免費(fèi)開(kāi)發(fā)自己的處理器,讓芯片設(shè)計(jì)更平民化,降低芯片設(shè)計(jì)的門檻,讓更多的人和公司能擁有自主的芯片。其開(kāi)源特性一方面大大降低了成本,因?yàn)榭梢悦赓M(fèi)使用指令集;另一方面允許任何用戶自由修改,從而能滿足量身定制的需求?!?/p>
除了降低成本,可以復(fù)用IP、縮短開(kāi)發(fā)時(shí)間外,趙琛認(rèn)為RISC-V開(kāi)源指令集的好處還在于帶來(lái)了強(qiáng)勁的創(chuàng)新力,實(shí)現(xiàn)大眾化、持續(xù)化的創(chuàng)新演進(jìn),開(kāi)源軟件的蓬勃發(fā)展就是最好的例證。
RISC-V作為開(kāi)源的架構(gòu),其商業(yè)模式顛覆了x86/Arm的做法,其模塊化架構(gòu)給DSA提供了創(chuàng)新平臺(tái),給予業(yè)界創(chuàng)新的自由,具有頑強(qiáng)的生命力。
最近有媒體爆出英特爾或?qū)⒁?0億美元收購(gòu)RISC-V創(chuàng)業(yè)公司SiFive的消息,這意味著RISC-V的燎原之勢(shì)已經(jīng)讓芯片巨頭關(guān)注到它的重要性。
能否三分天下還待時(shí)日
也有觀點(diǎn)稱RISC-V誕生已十年之久,看起來(lái)前景美好,但到目前為止,基于RISC-V的創(chuàng)業(yè)還沒(méi)有出現(xiàn)比較有影響力的半導(dǎo)體企業(yè),而大企業(yè)雖然支持RISC-V但也僅僅是將其作為備份來(lái)發(fā)展。
“RISC-V大發(fā)展需要一個(gè)契機(jī),需要等待新計(jì)算模式的確立。事實(shí)上包括X86、Arm都經(jīng)超過(guò)三四十年的等待,才迎來(lái)了x-86在服務(wù)器市場(chǎng)、Arm在移動(dòng)市場(chǎng)成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn) ‘一統(tǒng)江湖’的這一天。計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展從主機(jī)時(shí)代、PC時(shí)代、互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代,到今天的智能物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代不斷演進(jìn),目前智能物聯(lián)網(wǎng)新計(jì)算模式并未完全確立?!壁w琛表示。
方之熙曾表示,芯片產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域有兩個(gè)重要定律,除了大家熟悉的摩爾定律外,貝爾定理相對(duì)提及較少。貝爾定律提出,系統(tǒng)架構(gòu)(CPU+OS)決定了運(yùn)算平臺(tái),運(yùn)算平臺(tái)決定了應(yīng)用軟件生態(tài)。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用市場(chǎng)增長(zhǎng)的需求,每隔10~15年運(yùn)算平臺(tái)技術(shù)會(huì)發(fā)生一次重大演進(jìn),運(yùn)算芯片的系統(tǒng)架構(gòu)會(huì)隨著應(yīng)用場(chǎng)景及商業(yè)模式的變化而發(fā)生一次重大變革,伴隨著其新的編程平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)接口和用戶界面,會(huì)帶來(lái)新的用戶體驗(yàn)和新的商業(yè)機(jī)會(huì)。
“RISC-V發(fā)展最大的挑戰(zhàn)是生態(tài)!生態(tài)!生態(tài)!” 徐滔表示,RISC-V流行是因?yàn)闃I(yè)界相信RISC-V生態(tài)會(huì)發(fā)展得很好。但是任何生態(tài)都是需要時(shí)間,RISC-V的生態(tài)依舊有待完善,需要時(shí)間和過(guò)程來(lái)培養(yǎng)開(kāi)發(fā)者,適配應(yīng)用,開(kāi)發(fā)更多的應(yīng)用。RISC-V的發(fā)展必須通過(guò)IP-先驅(qū)芯片-開(kāi)發(fā)版-生態(tài)發(fā)展-大量芯片的過(guò)程。RISC-V從出現(xiàn)到今天發(fā)展的速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)X86/ARM當(dāng)年的速度。“行業(yè)普遍認(rèn)為,RISC-V生態(tài),三年時(shí)間完成了Arm生態(tài)10年的工作。” 徐滔說(shuō)。
此前包云崗曾表示,經(jīng)歷十年發(fā)展,10歲的RISC-V也到了一個(gè)平臺(tái)期,缺少標(biāo)志性事件來(lái)展現(xiàn)RISC-V的能力上限。這涉及到多方面原因,其中很重要的一個(gè)原因是RISC-V指令集標(biāo)準(zhǔn)化工作在過(guò)去幾年推進(jìn)相對(duì)緩慢了。另外需要一些標(biāo)志性的事件來(lái)展示RISC-V的上限,給業(yè)界以信心,這些標(biāo)志性的事件可以是商業(yè)上出現(xiàn)一個(gè)數(shù)億美元的投資案例,也包括從技術(shù)層出現(xiàn)三種標(biāo)桿事件:一是用RISC-V研制一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī),進(jìn)入Top500前十,甚至更高的排名;二是用RISC-V做服務(wù)器芯片,在一些頭部企業(yè)得到規(guī)模應(yīng)用,并呈現(xiàn)較好的效果;三是用RISC-V做一款手機(jī)芯片,解決手機(jī)生態(tài)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)發(fā)貨量達(dá)到百萬(wàn)級(jí)甚至千萬(wàn)級(jí)。
如果英特爾以20億美元對(duì)SiFive的收購(gòu)能達(dá)成,那么這應(yīng)該稱得上是重要得標(biāo)志性事件。如果說(shuō)RISC-V生態(tài),三年時(shí)間已經(jīng)完成了ARM生態(tài)10年的工作,那么接下來(lái)RISC-V的發(fā)展應(yīng)該不需要經(jīng)歷x86與Arm那樣的漫長(zhǎng)等待。
不久前,中國(guó)工程院院士倪光南在2021RISC-V中國(guó)峰會(huì)上表示,未來(lái)RISC-V很可能發(fā)展成為世界主流CPU之一,從而在CPU領(lǐng)域形成Intel、Arm、RISC-V三分天下的格局。
胡振波認(rèn)為,未來(lái),x86、Arm、RISC-V三者將長(zhǎng)期并存,發(fā)揮各自不同的優(yōu)勢(shì)。從開(kāi)放生態(tài)、參與公司的情況看,RISC-V未來(lái)占據(jù)應(yīng)用定義芯片的市場(chǎng)應(yīng)該是水到渠成的事,隨著最近幾年越來(lái)越多的廠商選擇RISC-V布局新產(chǎn)品,市場(chǎng)上將會(huì)出現(xiàn)各種標(biāo)志性事件來(lái)促成RISC-V的產(chǎn)業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)局面。特別是在國(guó)際形勢(shì)的影響下,各國(guó)各地的自主可控需求將會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)開(kāi)放架構(gòu)應(yīng)用的進(jìn)程。
“與其說(shuō)三分天下,不如說(shuō)三代天下!產(chǎn)業(yè)和市場(chǎng)空間不是簡(jiǎn)單地瓜分和替代存量,而是要迭代和創(chuàng)造新經(jīng)濟(jì)生態(tài)的增量。歷史曾經(jīng)預(yù)測(cè)并驗(yàn)證了ARM的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)是X86的PC互聯(lián)網(wǎng)10倍規(guī)模,堅(jiān)信移動(dòng)是新大陸并拿到船票者成長(zhǎng)為新生態(tài)的巨頭、而固守PC網(wǎng)思維的舊霸主只能把守傳統(tǒng)X86數(shù)據(jù)中的的存量市場(chǎng)。未來(lái)AIoT市場(chǎng)將擁有更大的發(fā)展空間和全新的業(yè)態(tài),新市場(chǎng)將是百倍以上的增長(zhǎng)等待開(kāi)創(chuàng)者,從封閉,到開(kāi)放,到完全開(kāi)源的架構(gòu)與生態(tài)將被證明是必然的選擇?!鼻迦A伯克利-帕特森RISC-V國(guó)際開(kāi)源實(shí)驗(yàn)室開(kāi)源生態(tài)負(fù)責(zé)人劉明對(duì)記者表示。
對(duì)于未來(lái)x86、Arm、RISC-V是否三分天下,賽迪顧問(wèn)集成電路產(chǎn)業(yè)研究中心分析師李秧表達(dá)了不一樣的觀點(diǎn):“盡管我們很看好RISC-V的未來(lái),但RISC-V能否形成一些高性能的產(chǎn)品,形成自己強(qiáng)有力的生態(tài),依然是可遇而不可求的,充滿不確定性的?!崩钛碚J(rèn)為,后摩爾時(shí)代或許還會(huì)有一種全新的、一種新型的、一種開(kāi)源的、更精簡(jiǎn)指令架構(gòu)出現(xiàn),代替RISC-V成為崛起新星,也有可能,所以未來(lái)這個(gè)是不是這三足鼎立不確定。
中國(guó)應(yīng)以生態(tài)方式全鏈條推進(jìn)
如果RISC-V能夠三分天下,那么中國(guó)應(yīng)該如何布局。談及目前中國(guó)RISC-V的發(fā)展,中國(guó)軟件行業(yè)協(xié)會(huì)嵌入式分會(huì)副理事長(zhǎng)何小慶在接受采訪時(shí)特別提及了不久前在上海舉辦的2021 RISC-V中國(guó)峰會(huì)的情況,超過(guò)1000多人的會(huì)場(chǎng)、數(shù)萬(wàn)人線上觀看、100余場(chǎng)技術(shù)峰會(huì),從一個(gè)維度看出RISC-V在中國(guó)的蓬勃態(tài)勢(shì)。
不過(guò)業(yè)界也有觀點(diǎn)認(rèn)為,目前中國(guó)RISC-V創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)都相對(duì)小而分散,幾家大公司雖然支持RISC-V但也僅僅是將其作為備份來(lái)發(fā)展,中國(guó)對(duì)于RISC-V的重視程度也不夠,在RISC -V基金會(huì)的參與度不高。在傳出英特爾或?qū)⑹召?gòu)SiFive消息后,業(yè)內(nèi)資深人士曾對(duì)《中國(guó)電子報(bào)》記者表示,或許RISC-V留給中國(guó)的機(jī)會(huì)窗口時(shí)間并不長(zhǎng),中國(guó)應(yīng)該集中力量加快RISC-V企業(yè)的做強(qiáng)。
胡振波認(rèn)為應(yīng)該高度重視RISC-V這個(gè)指令集,國(guó)家從整體布局和頂層設(shè)計(jì)上,要繼續(xù)加強(qiáng)政策支持,有步驟、分階段地落實(shí)推進(jìn),從特殊專用市場(chǎng)到大眾市場(chǎng)進(jìn)行應(yīng)用實(shí)施,逐步打造開(kāi)放架構(gòu)處理器IP共性技術(shù)平臺(tái)。同時(shí)要重視知識(shí)產(chǎn)權(quán)布局,避免在新生態(tài)形成后缺失關(guān)鍵技術(shù)與關(guān)鍵專利,布局標(biāo)準(zhǔn)必要專利,協(xié)同重點(diǎn)企業(yè)打通關(guān)鍵技術(shù)突破通道。
睿思芯科公司創(chuàng)始人譚章熹博士是加州大學(xué)伯克利分校RISC-V的原創(chuàng)項(xiàng)目組主力成員之一,他向記者透露,其實(shí)中國(guó)人、華人在RISC-V基金會(huì)的董事會(huì)的人還是蠻多的,但在標(biāo)準(zhǔn)層面參與推動(dòng)的并不多,“聽(tīng)者眾,有發(fā)言權(quán)的不多”,因?yàn)殚_(kāi)源社區(qū)的話語(yǔ)權(quán)與貢獻(xiàn)率成正比,沒(méi)有貢獻(xiàn)就沒(méi)有話語(yǔ)權(quán)。
趙琛進(jìn)一步表示,中國(guó)企業(yè)與機(jī)構(gòu)應(yīng)該積極參與到基金會(huì)的各個(gè)層次中,雖然說(shuō)在開(kāi)源世界是話語(yǔ)權(quán)取決于貢獻(xiàn)率,但如果不積極參與基金會(huì)的各個(gè)層次中,最后貢獻(xiàn)率也并一定能夠影響話語(yǔ)權(quán)。軟件開(kāi)源的運(yùn)作的機(jī)制相對(duì)成熟,而在芯片、指令集、硬件領(lǐng)域的開(kāi)源剛剛開(kāi)始,目前這個(gè)領(lǐng)域的運(yùn)作機(jī)制并未完全成熟,越是早期越需要更深層次的介入。在深度參與RISC-V基金會(huì)和標(biāo)準(zhǔn)制定上,何小慶表達(dá)了與趙琛相同的觀點(diǎn),目前中國(guó)企業(yè)參與基金會(huì)標(biāo)準(zhǔn)工作組工作的不夠,希望中國(guó)企業(yè)和個(gè)人積極投身開(kāi)源指令集架構(gòu)基礎(chǔ)技術(shù)發(fā)展,更多參與和共享才能夠影響risc-v技術(shù)線路和生態(tài)環(huán)境,贏得更多話語(yǔ)權(quán)。
“參與和推動(dòng)RISC-V標(biāo)準(zhǔn)制定,需要發(fā)揮集體的力量,開(kāi)展廣泛的國(guó)際化合作,保證RISC-V生態(tài)的統(tǒng)一和完整?!毙焯险f(shuō)。
“開(kāi)源并不意味自己做好的東西扔到社區(qū)里就叫開(kāi)源,它是一個(gè)體系化的思路,一種迭代的思路,而且開(kāi)源基金會(huì)的標(biāo)準(zhǔn)也并是固化的,它是不斷更新、不斷迭代的,所以我們必須要在這樣的大框架下有大量自己的原始創(chuàng)新。”劉明說(shuō)。
談及推進(jìn)RISC-V的原始創(chuàng)新方向,譚章熹認(rèn)為,中國(guó)企業(yè)應(yīng)該往高端化方向走,在高端路線上數(shù)據(jù)中心和新能源汽車是兩個(gè)大有建樹(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景?!癛ISC-VRISC-V的生命力在于差異化、快速迭代,便于新東西落地,而這兩個(gè)領(lǐng)域都對(duì)算力和差異化有巨大訴求。數(shù)據(jù)中心每三年更新一次,對(duì)于迭代速度有很高的要求。”譚章熹說(shuō)。
對(duì)于中國(guó)企業(yè)的高端化路線,李秧表達(dá)了同樣觀點(diǎn),他認(rèn)為中國(guó)企業(yè)要發(fā)展高性能的RISC-V芯片,而且要在市場(chǎng)上得到規(guī)?;膽?yīng)用。
對(duì)于目前RISC-V創(chuàng)業(yè)企業(yè)都相對(duì)比較小而散的問(wèn)題,譚章熹認(rèn),小企業(yè)更敢于創(chuàng)新,事實(shí)上在硅谷很多產(chǎn)業(yè)包括GPU的發(fā)展都是從小而散的“一地雞毛”開(kāi)始,最后大浪淘沙,適者生存,活下來(lái)的長(zhǎng)成參天大樹(shù),這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的規(guī)律。產(chǎn)業(yè)大的更迭往往是小企業(yè)首先意識(shí)到機(jī)會(huì),率先行動(dòng),未來(lái)的芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展最大動(dòng)力,一定會(huì)是來(lái)自開(kāi)源,而正在興起的開(kāi)源芯片、開(kāi)源硬件將給中國(guó)做芯片帶來(lái)一個(gè)變局機(jī)會(huì)。
在采訪中,幾位受訪人都談及了教育與生態(tài)的問(wèn)題,目前中國(guó)不缺資金、不缺應(yīng)用場(chǎng)景,但是缺乏耐心、缺乏全棧的芯片人才,缺乏全線生態(tài)的意識(shí)。國(guó)家重視要把錢投到教育上。
徐滔認(rèn)為,RISC-V給中國(guó)在處理器核心技術(shù)上提供了突破口,應(yīng)該從資金、政策、科研、教學(xué)等各個(gè)角度全面布局推動(dòng)RISC-V的發(fā)展。加大對(duì)教育科研機(jī)構(gòu)的支持力度,支持基于RISC-V的大學(xué)教育與研究,包括軟硬件以及應(yīng)用的開(kāi)發(fā),為產(chǎn)業(yè)發(fā)展持續(xù)提供新鮮血液;進(jìn)行廣泛的生態(tài)鏈布局,推動(dòng)軟件在RISC-V的適配,包括RISC- V基礎(chǔ)軟件、操作系統(tǒng)、中間件以及應(yīng)用軟件。
趙琛認(rèn)為,我們需要加大對(duì)于RISC-V軟件生態(tài)構(gòu)建的關(guān)注,X86與Arm能夠成為PC、服務(wù)器與移動(dòng)市場(chǎng)的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn),得益于CPU+OS,操作系統(tǒng)對(duì)于指令集能夠否成為成功起著關(guān)鍵重用。