RISC-V跃出IoT圈,高性能计算三分天下雏形初现

RISC-V跃出IoT圈,高性能计算三分天下雏形初现

建安十二年,刘备只拥兵士数千,孤城一座。

一纪过后,刘于西川进位汉中王,麾下尽聚荆、益豪杰。孔明口中的三国鼎立之势,正式确立。从新野走到西川,刘备花了整整十二年。

从指令集到芯片,从无人问津到在IoT市场攻城略地,再到如今成功跃级高性能计算领域,RISC-V也整整走了十二年。

PC和移动互联网格局未定的年代,计算架构领域也曾刀光剑影,最终只留下了x86和Arm,大量计算架构闪耀一时,然后被世人遗忘。

面对正在到来的万物互联时代,一场x86、Arm、RISC-V三分天下的竞赛又将展开。

为了获得与x86和Arm正面竞争的入场券,RISC-V阵营在2022年交出量产100亿颗IoT处理器成绩单后,又迅速拿出了高性能RISC-V处理器。

今天开幕的2022 RISC-V中国峰会上,阿里平头哥发布的SoC平台无剑600,CPU主频达到2GHz,基于无剑600平台的首款SoC原型曳影1520的最高主频更是达到了2.5GHz,将RISC-V量产处理器的主频从1GHz时代带入2GHz时代。

2GHz主频的RISC-V CPU与Arm的性能核Cortex-A73和能效核Cortex-A55相当。

与平头哥同阵营的跃昉科技和赛昉科技,也在近期推出了CPU主频超过1.5GHz的高端应用处理器。填补RISC-V高性能处理器空白的同时,RISC-V也实现了从IoT领域向边缘计算领域的跨越,2022年成为RISC-V高性能计算的元年。

CPU主流架构三分天下的雏形才刚刚出现。面对这场漫长而艰苦的竞赛,RISC-V首先需要打消业界疑虑,然后,领导者们就可以描绘一张蓝图。

蓄力12年,RISC-V跃入高性能计算元年

罗马不是一日建成,RISC-V能迈入高性能计算领域也并非一日之功。从指令集的开发,到产品的设计,再到商用量产,RISC-V蓄力十多年,硬件的设计才能迈上新的台阶。

RISC-V指令集从走出校园到量产100亿颗IoT处理器,耗时12年。不过,RISC-V处理器在IoT市场快速攻城略地实际上也就是过去的三四年间,凭借免授权和更灵活的优势,上百款基于RISC-V的MCU迅速占领市场。

RISC-V从MCU切入的主要原因是对生态依赖较小,能够更快速应用,但性价比更高、灵活开放的RISC-V一定会走向高性能计算市场。今年RISC-V 国际基金会主导的工作从技术完善到推动RISC-V进入云计算、边缘计算和车载等领域。

于是,仅仅在今年8月,跃昉科技、赛昉科技、平头哥就相继发布了高性能RISC-V SoC。

RISC-V的商用落地从1GHz走向2GHz,性能是一个重要的分水岭。”平头哥副总裁孟建熠表示,“但要实现RISC-V处理器性能的提升需要解决众多挑战,包括架构设计的改变,性能、功耗的平衡。另外,高性能的RISC-V芯片需要采用更先进的工艺,设计的难度也更大。还有,更高性能的系统也更加复杂,要能达到量产的水平需要投入大量资源。”

小编注意到,与另外两家直接发布SoC芯片产品不同,平头哥发布的无剑600是一个CPU+XPU的软硬件全栈平台。

RISC-V跃出IoT圈,高性能计算三分天下雏形初现

无剑600平台集成了平头哥自研的玄铁C910 CPU,最高主频可达2.5GHz,同时集成适配了GPU、NPU、VPU、DSP等众多第三方IP,还集成了丰富的高速接口,并进行了全面优化,是一个高性能、高内存带宽、异构计算和人工智能加持的软硬件平台,主要面向平板、智慧大屏、智能NVR、AR/VR和低速UGV等高性能旗舰级的产品。

孟建熠指出,“无剑600平台与单纯买卖芯片的生意不同,与授权标准的、几乎不可改的处理器IP也不一样,它的目标在于帮助更多的人设计满足需求的高性能RISC-V芯片,共同推动RISC-V生态繁荣。”

也就是说,与直接购买芯片相比,无剑600可以有更高的定制化,可以在无剑600平台上增加定制化的IP,实现差异化的功能,而这种差异化的实现,让芯片设计公司可以直接进入系统级、体系化的框架,能够更高效地开发芯片。

与直接购买授权IP相比,无剑600有更明显的开放性优势,不会被限制只能采用某一家的IP。

显然,与此前推出并已经被大量应用的无剑100平台一样,平头哥推出无剑600也是要将RISC-V高性能处理器推向各行各业。

“很长一段时间,许多人选择观望RISC-V的原因还是对RISC-V处理器的可靠性、稳定性有疑虑。”平头哥生态副总裁杨静表示,“经过平头哥过去几年的努力,让RISC-V处理器在很多行业实现了量产,有些客户量产的芯片达到了千万级,证明了RISC-V是一个可量产、稳定可靠的选项。”

但是,刚刚迈入高性能计算领域的RISC-V处理器,需要再次面对潜在用户对于技术可靠性、产品稳定性以及软件生态的疑虑。

首次适配国产云操作系统,RISC-V进入桌面软件生态

要消除外界对新事物的疑虑,最好的方法就是给出一个完整、具体启发性的“使用指南”。放到RISC-V高性能计算芯片中,就可以选择几个明确的合作伙伴,在有代表性的实际应用中量产落地,给业界传递信心,迈出坚实一步。

基于无剑600平台,平头哥先“打样”了SoC原型芯片曳影1520。

曳影出自“古有神剑曳影,置匣中如龙虎之吟”,命名曳影,取其内含巨大威力,轻巧、但锋芒初露之意。曳影1520集成4核高性能玄铁RISC-V处理器C910,最高主频达2.5GHz,最高吞吐率4266MT,AI算力达4TOPs,支持全链路安全防护,具有4K视频处理能力,包含丰富的异构计算和高速IO资源。

硬件能力只是曳影1520成功的一半,另一半是软件。

平头哥选择与龙蜥开源社区、中科院软件所PLCT实验室合作,打通了从曳影1520底层核心硬件到操作系统再到上层应用软件的全链路,实现了RISC-V高性能处理器首次兼容龙蜥Linux操作系统,能够运行大型桌面级软件,足以覆盖边缘计算、人工智能、图像识别、多媒体等多种场景,已在阿里展开应用,接下来将以芯片、开发板等多种形式对外供给开发者。

孟建熠表示,“曳影1520,让大家能够对RISC-V的能力看得见、摸得着、可评估。对于那些在等待定制化芯片到来的开发者,可以提前在曳影1520芯片上开发自己的系统,缩短产品的上市时间。”

实际上,曳影1520更重要的意义是推动RISC-V生态的繁荣。

RISC-V跃出IoT圈,高性能计算三分天下雏形初现

RISC-V从对软件生态依赖不强的MCU走向对性能要求更高的边缘计算市场,运行在硬件上的软件栈越来越厚重,所以RISC-V高性能处理器首先要解决的是可用的问题。

解决可用性的问题,可以选择从对生态需求相对小一点的垂直应用,比如工业、轨道交通等市场切入,先选择少量合作伙伴深度合作,共同打造全栈解决方案,再向行业推广。

细分行业的生态建设相对简单一点,但平头哥要引领RISC-V生态往前走,所以要打造最开放的生态,与各个行业的合作伙伴合作,将RISC-V带到最热的地方,推动不同细分行业软件生态的发展。”孟建熠表示。

平头哥适配基于Linux的龙蜥操作系统,就是要引领RISC-V与Linux的技术融合,希望将RISC-V推往桌面端乃至云端。此前,RISC-V可以运行基于Linux的Ubuntu桌面应用操作系统,但曳影1520与龙蜥操作系统的适配,是RISC-V首次适配国产云操作系统。

既然是首次,适配的挑战可想而知。

平头哥与龙蜥开源社区、中科院软件所的联合优化,适配了龙蜥系统的3000多个基础包,在曳影1520上首次运行FireFox浏览器、LibreOffice等大型桌面级软件,运行龙蜥社区的 Alibaba Dragonwell、Alibaba Node 等云上应用,OpenJDK、NodeJS、Python 等上游社区常见应用,以及NCNN等AI 应用。

RISC-V跃出IoT圈,高性能计算三分天下雏形初现

“在适配过程中,我们针对特定领域、特定应用实现了从处理器到上层软件的联合优化,让用户获得更好体验。”孟建熠透露。

如此多大量而具有挑战性的工作,能够加速基于NodeJS和JAVA的应用与RISC-V芯片的适配和融合,增加想要用RISC-V高性能芯片开发应用开发者信心的同时,也极大扩展了RISC-V应用的想象力。

对此,RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond评价称,“基于玄铁RISC-V处理器的平台支持Linux和Android,进一步丰富和加强了RISC-V 软件生态系统,也印证了RISC-V社区技术融合与蓬勃发展的巨大潜力。”

中科院计算机所研究员包云岗也表示,“无剑600平台的发布及曳影1520量产芯片,证明了RISC-V架构完全能够胜任更高性能的商用场景,今后在这个平台必定会涌现出更多高性能RISC-V芯片。RISC-V正从IoT终端走向边缘侧和云端,未来在数据中心场景的潜力同样巨大。

想要构建繁荣的RISC-V生态,一定要有标准化的稳定可靠的硬件平台,这样才能有源源不断的软件会进行适配,应用才能不断丰富,开发的门槛越来越低,生态也会在这个过程中慢慢形成。” 孟建熠强调,“平头哥在提供稳定可靠的软硬件平台方面具有优势,一方面是因为我们的技术能力很强;另一方面,依托阿里的应用和生态,我们也会投入大量的资源来提升产品的可靠性和稳定性。”

一个实际的例子是,为了提升RISC-V芯片的可用性和易用性,编译器至关重要。平头哥在编译器上投入了大量精力,GCC和LLVM编译器已经达到了商用产品的性能。

走入高性能计算元年之后,RISC-V领导者们接下来需要考虑的就是如何发挥RISC-V的优势,在市场上占有一席之地。

想要三分天下,RISC-V需要领头羊

图灵奖得主John L. Hennessy和David A. Patterson在2019年发布长篇报告阐述,未来十年将是计算机系统架构领域 “新的黄金十年”。

David A. Patterson作为RISC-V的发明者明确表示,希望开放的RISC-V架构在未来五年内成为专有架构的非常强大的竞争对手。

过去的两年间,RISC-V发展确实在飞速发展,国际基金会已经布局70多个技术小组开展技术标准制定,有超过160个面向各领域处理器核,会员数量超过3100家。2022年,Clockwork发布首台基于RISC-V的便携式计算机,芯片产业领军企业英特尔设立10亿美元创新基金,全面支持RISC-V生态发展。

这些数据和标志性事件,都表明RISC-V技术完善度越来越高,生态多样性越来越体现,参与者越来越多。在RISC-V处于生态繁荣前夜,应用的深度和广度都向前延展的时,业界更需要领导者,带领RISC-V成为业界的主流架构。

中科院软件所PLCT实验室项目总监吴伟表示,PLCT实验室相信在未来五到十年之内,RISC-V会和X86、Arm一起成为三大CPU主流架构。这个过程并非自然发生,而是需要全球软件及硬件开发者的共同努力,有一个漫长艰苦的爬坡期。

实际上,在新的应用爆发时,总会出现各种处理器架构,然而最终每个时代只能留下一种架构和系统组合,典型的就是PC时代的x86+Windows,移动互联网时代的Arm+Android。正在到来的物联网时代,无疑是RISC-V的巨大机遇。

“每个架构都有自身的特点,无论是arm与x86的竞争,还是RISC-V与arm和x86,很难谈颠覆。RISC-V更开放,能让对系统有掌控力的公司,从处理器架构去定义,满足自身需求。我认为,RISC-V的这种开放性,可以让它从应用出发,在多个细分领域都能占有一席之地。”孟建熠表示。

云计算、边缘计算以及车载等都是RISC-V发展的好机会。由此看来,率先实现与龙蜥操作系统适配的平头哥,拥有了先发优势。

另外,平头哥的产品路线图也展示了其作为业界领头羊的前瞻性。平头哥在现有7款处理器产品的基础上,将继续推进3个系列产品持续演进,包括面向高端复杂计算场景的C系列,面向高能效低成本的应用场景E系列,面向工控车载场景的R系列。

平头哥基于拥有的技术实力,充分理解并发挥RISC-V开放灵活的优势,不断培育生态,适配了Anolis、AliOSThings、AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等操作系统,在量产芯片中得到了应用,最终能让产品广泛应用于MCU、蓝牙、无线、语音、视觉等30多个领域,也成就了其领头羊地位。

作为RISC-V国际基金会的董事会成员,平头哥也是公认的投入力量最大的中国机构,在未来也将成为RISC-V生态繁荣重要的推动者,成为RISC-V蓝图中浓墨重彩的一笔。

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