吳新

在以RISC-V為核心的半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域，國產(chǎn)企業(yè)正彰顯著自己的力量。

隨著安卓系統(tǒng)的迭代更新，安卓12.0版本引入了Bazel新架構(gòu)、Rust新語言和Studio新功能，其Art和Bionic模塊也實現(xiàn)了架構(gòu)層面的進化。這給RISC-V兼容安卓系統(tǒng)提出了全新挑戰(zhàn)。

基于此，平頭哥對安卓12.0進行了系統(tǒng)性的RISC-V優(yōu)化支持，并通過Android Studio在 RISC-V 架構(gòu)上成功運行Tensor Flow Lite模型，開啟了RISC-V在安卓平臺上對人工智能的支持。

而針對RISC-V第三方組件開發(fā)面臨的支持缺乏、系統(tǒng)不兼容及認證水平低等問題，平頭哥首次在安卓12.0版本上集成并驗證了RISC-V架構(gòu)的音頻播放、視頻播放、WiFi和相機等關(guān)鍵功能：這證明了RISC-V兼容最新版本安卓12.0的可行性，也將極大降低RISC-V廠商開發(fā)和集成相關(guān)組件的門檻。

“此次我們將RISC-V對安卓的支持擴展到核心工具集、第三方庫和 SoC 板級支持包（BSP）上，首次將它們都集成到系統(tǒng)中來實現(xiàn)，將RISC-V與安卓的融合再往前推進一步。這些架構(gòu)支持若被接收為安卓官方的ABI接口，將是下一個里程碑?！逼筋^哥技術(shù)專家毛晗介紹說。

除此之外，全球權(quán)威AI基準(zhǔn)測試MLPerf在4月7日發(fā)布最新榜單，在聚焦低功耗、高能效的IoT領(lǐng)域Tiny v0.7榜單中，基于平頭哥玄鐵RISC-V C906處理器的軟硬件聯(lián)合優(yōu)化方案，取得了全部4個指標(biāo)的第一，并且達到了其他競品同類最優(yōu)性能的10倍以上。這也意味著，玄鐵RISC-V C906處理器成為了目前最高能效比的AIoT計算內(nèi)核。

MLPerf Tiny是目前全球IoT領(lǐng)域?qū)浻布阅芎蛢?yōu)化能力測試的權(quán)威AI榜單，包含視覺喚醒、圖像分類、語音喚醒及異常監(jiān)測等4個典型AI任務(wù)。今年，參與比拼的CPU覆蓋ARM、RISC-V及自研架構(gòu)等。

此次Tiny v0.7榜單中，在不使用加速器的情況下，阿里基于平頭哥玄鐵RISC-V C906處理器提交的軟硬件性能優(yōu)化結(jié)果，在滿足精度要求的同時，刷新了全部4個benchmark指標(biāo)的紀錄，創(chuàng)造了RISC-V架構(gòu)在AI基準(zhǔn)測試上的最好成績。

依靠阿里在算法、編譯、硬件的軟硬一體創(chuàng)新，平頭哥玄鐵RISC-V處理器實現(xiàn)了AIoT領(lǐng)域的性能優(yōu)化。算法層面，阿里云震旦異構(gòu)加速平臺利用架構(gòu)感知的模型優(yōu)化工具SinianML，通過壓縮、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搜索、蒸餾、彈性伸縮等優(yōu)化，使得AI推理實現(xiàn)了計算效率的大幅提升。同時，結(jié)合達摩院在語音和視覺AI算法方面的領(lǐng)域知識，在具體任務(wù)上通過算法優(yōu)化實現(xiàn)加速。

長期以來圍繞芯片架構(gòu)、安全性和性能改進的 IP 設(shè)計一直是半導(dǎo)體供應(yīng)鏈的關(guān)鍵。英特爾憑借其 X86 指令集一直主導(dǎo)著計算市場的 CPU 系統(tǒng)架構(gòu)，而 ARM 憑借其芯片架構(gòu)改變了智能手機市場。

市場研究機構(gòu) Counterpoint 的分析師 William Li 表示，隨著個人電腦和智能手機市場接近飽和，“全球半導(dǎo)體 IP 市場正接近拐點。”新的應(yīng)用市場逐漸成長起來，如 AI 智能設(shè)備、5G 通信、高性能計算、自動駕駛汽車等將推動 IC 設(shè)計和 IP 許可行業(yè)的產(chǎn)品都實現(xiàn)了價值增長。

據(jù)Counterpoint最新的報告，到 2025 年，全球半導(dǎo)體 IP 市場規(guī)模將以年均 11%的復(fù)合增長率增長至 86 億美元。該市場目前由 ARM、Synopsys、Cadence 和 CEVA 等公司主導(dǎo)。ARM 擁有超過三分之一的市場份額，這得益于其在移動設(shè)備領(lǐng)域的極高市場份額。

圖片來源：Counterpoint半導(dǎo)體IP報告

與此同時，RISC-V 的崛起不容忽視。由于 RISC-V 的開源優(yōu)勢、更好的功耗性能、可靠的安全功能等，其成為業(yè)界新星。

William Li 認為：“RISC-V 處理器將繼續(xù)在多個類別中獲得采用。但我們相信，短期內(nèi)，物聯(lián)網(wǎng)仍然是最關(guān)鍵的應(yīng)用領(lǐng)域。到 2025 年，其采用率可能超過 25%，主要是由于其卓越的靈活性、可擴展性和功耗優(yōu)化。其他 RISC-V 可能被采用的領(lǐng)域包括：工業(yè)電子、汽車和 HPC（高性能計算）?！?/p>

全球經(jīng)濟不確定性和國際局勢復(fù)雜化影響下，RISC-V 等技術(shù)正在變得越來越重要。超過 70% 的 RISC-V 主要成員來自中國，這些成員的努力將加強中國的 IP 庫和 IC 設(shè)計能力，重塑供應(yīng)鏈，并擴張 RISC-V 的影響力。

信息安全是近幾年來一直在強調(diào)的話題。RISC-V給中國處理器IP帶來“自主可控”的發(fā)展契機。我國從政府政策到學(xué)術(shù)研究到產(chǎn)業(yè)落地多方面協(xié)同推動RISC-V架構(gòu)在中國加速發(fā)展。

RISC-V并非首個嘗試開源的ISA，但卻是首個產(chǎn)生如此影響力的開源指令集架構(gòu)。

伴隨著RISC-V生態(tài)的發(fā)展，給國內(nèi)RISC-V新生派企業(yè)更多信心。由于RISC-V基金會注冊地從美國遷往中立國家瑞士，為規(guī)避潛在貿(mào)易限制風(fēng)險打下了一定基礎(chǔ)。當(dāng)下常用開源許可證，如BSD、MIT、GPL等都是圍繞代碼的版權(quán)說明、修改后是否可以閉源等問題展開的。換言之，當(dāng)下常用的開源許可證保護的是知識產(chǎn)權(quán)。

中科院計算所、華為公司、阿里巴巴集團等在內(nèi)的20多個國內(nèi)企事業(yè)單位，都加入了RISC-V基金會。伯克利、清華兩所高校還在深圳成立了RIOS實驗室，以扶持RISC-V軟件生態(tài)。早在2018年7月，上海經(jīng)信委就出臺了國內(nèi)首個支持RISC-V的政策。

SiFive首席執(zhí)行官Naveed Sherwani在接受《EE Times》訪問時表示，中國目前已有大約300家公司都在關(guān)注或以RISC-V進行開發(fā)。而發(fā)展至今，已經(jīng)有不少企業(yè)基于RISC-V構(gòu)建了開源芯片關(guān)鍵技術(shù)，推出了相關(guān)產(chǎn)品，比如平頭哥半導(dǎo)體推出的基于RISC-V架構(gòu)的玄鐵系列。

RISC-V正在成為芯片世界中的Linux

芯片是信息技術(shù)的引擎，推動著人類社會的數(shù)字化、信息化與智能化。隨著摩爾定律瀕臨終結(jié)，維持芯片技術(shù)創(chuàng)新面臨挑戰(zhàn)。開源芯片設(shè)計將是應(yīng)對挑戰(zhàn)的新思路。

“開源”（開放源代碼）是一種開發(fā)模式和商業(yè)模式，以Linux為代表的開源軟件已經(jīng)成為當(dāng)前軟件產(chǎn)業(yè)的主流。而RISC-V開源指令集可以理解為與開源軟件相對應(yīng)的一種開源硬件。開源芯片設(shè)計可以將芯片設(shè)計門檻大大降低，甚至3-5人的小團隊在3-4個月內(nèi)，只需幾萬元就可以研制出一款有市場競爭力的芯片。

對此，倪光南曾表示，“未來RISC-V很可能發(fā)展成為世界主流CPU之一?！边@與其本身開放、簡約的特點有關(guān)。在設(shè)計方面，免除授權(quán)費用和知識產(chǎn)權(quán)風(fēng)險的完全開源免費，是RISC-V存在的主要意義。RISC-V指令集在最初設(shè)計時，其研發(fā)團隊就明確表示要追求簡約，丟棄歷史包袱。目前成型的技術(shù)代碼集小、支持模塊化、性能優(yōu)越，能滿足從微控制器到超級計算機等各種復(fù)雜程度的處理器需求，支持FPGA、ASIC乃至未來器件等多種實現(xiàn)方式。

微架構(gòu)或者叫微結(jié)構(gòu)設(shè)計，指的是集成電路層面的架構(gòu)。簡單來說就是在確定了指令集和相關(guān)的CPU核心之后根據(jù)微架構(gòu)完善為CPU的設(shè)計，經(jīng)過流片、封裝等步驟，最后推出的就是具體的CPU產(chǎn)品了。

RISC-V是開源的，其指令集是免費的。但基于免費的指令集進一步開發(fā)的微架構(gòu)是可以收費的。

x86適合處理大量數(shù)據(jù)，在傳統(tǒng)PC與服務(wù)器領(lǐng)域處于霸主地位;手機需要快速處理數(shù)據(jù)，ARM架構(gòu)在手機處理器IP領(lǐng)域一統(tǒng)江湖。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，RISC-V作為新興架構(gòu)，以其精簡的體量，在未來的IoT領(lǐng)域中有一定的優(yōu)勢。RISC-V搶奪的是新興定制芯片市場的機會，難以撼動成熟市場現(xiàn)有格局，例如手機處理器市場。RISC-V是當(dāng)前“游戲”局限性的補充者，而不是新加入的競爭者，例如它為需求創(chuàng)新或定制的物聯(lián)網(wǎng)提供了一個替代機會。而RISC-V架構(gòu)憑借開源和開放等優(yōu)點，且高速適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)碎片化市場，有望成為中國AIoT領(lǐng)域自主可控處理器架構(gòu)的最佳選擇之一。