RISC-V未來5年賽道逐漸清晰，“草根”生態迸發勃勃生機

在PC時代，英特爾（Intel）憑借x86架構稱霸了PC市場數十年，但x86架構不對外授權，全球僅有AMD等少數幾家公司可以使用這一架構研發芯片。移動互聯網時代，Arm架構憑借低功耗優勢以及比x86生態更開放的授權模式，構建了龐大的軟硬件生態，尤其是在芯片硬件層面，Arm向芯片設計企業授權指令集和處理器核，中國芯片公司借此機會快速發展，但核心技術依舊受制于人的事實并未改變。

2010年，加州大學伯克利分校的David Patterson教授團隊領導研發了RISC-V指令集，并宣布對外開源，任何企業、開發者都可以免費使用它。開源開放、簡潔、模塊化、可定制、可擴展的特性，讓所有開發者、創業者、高校師生、商業公司都能基于RISC-V架構便利地開發自己的處理器，這與在同時期興起的物聯網熱潮不謀而合。

物聯網市場的爆發改變了x86和Arm兩強稱霸的局面，這一階段定制化、專用化的芯片成為新的趨勢，而x86和Arm的商業模式遠遠無法滿足市場需求。2015年，RISC-V由國際基金會運營，這一技術開始從高校走向產業界，將開放推向了極致，其開放、靈活、精簡的獨特優勢完美解決了物聯網市場的需求。

對芯片設計廠商而言，這種全新模式還大幅降低了芯片設計的周期、成本。這樣的天然優勢很快便讓RISC-V成為半導體產業的新寵，據統計，RISC-V基金會員已有高通、NVIDIA和Google等超過3000名成員，得益于這些成員的持續貢獻，RISC-V技術和市場的發展速度遠超眾人預期。目前，RISC-V架構芯片的出貨量已達成100億顆里程碑，僅用十二年就走完了傳統架構30年的發展歷程，據預測，2025年RISC-V架構芯片更有望突破800億顆。

從單一生態開放，到多生態連接

除技術外，生態是所有芯片架構能否發展壯大的最關鍵因素。英特爾X86架構以及Arm架構的成功，離不開與操作系統、軟硬件生態的深度融合，也因此推動人類社會進入PC時代和移動時代。如今，RISC-V的橫空出世與AIoT時代的迅猛發展極為契合，生態建設更成為這一波新浪潮的決定性因素。

日前，在阿里平頭哥（T-Head）舉辦的“玄鐵RISC-V生態大會”上，平頭哥半導體有限公司副總裁孟建熠在主題為《推動架構開放 促進生態連接》的演講中，分享了當前全球及國內RISC-V生態發展的情況以及平頭哥的最新進展，并在會后接受了《電子工程專輯》等媒體的采訪。

圖1、平頭哥半導體有限公司副總裁孟建熠

回顧2016年第一次在上海參加RISC-V峰會時，孟建熠感嘆道當時業界更多認為RISC-V是一項需要探索和落地的‘時髦’新技術，參與者大多數是學生、教師。而如今會議的參與者更多來自企業，這意味著RISC-V已經從學術技術逐漸開始商業化。

在RISC-V技術鏈上，有從事芯片、CPU、開發工具、基礎軟件、應用等不同工作的人，唯有抱著開放的態度做事，才能讓大家看到更多技術上存在的問題，實現快速迭代。用孟建熠的話來說就是“競合關系”——在商業產品上競爭，在標準建立上合作。同時，RISC-V不僅要實現單一生態開放，還要與現有生態連接并被接納，如GNU、Android、Linux等開源生態，以及由各大公司主導的生態。

“如今RISC-V的勢頭已經非常清晰，未來五年的賽道也已經顯現。”孟建熠說到。據RISC-V基金會統計，預計到2025年，RISC-V會占據物聯網領域28%的市場，其中在最有機會發力的AI和機器學習領域復合增長率超過70%，到2027年會有250億臺設備在RISC-V生態中。

圖2、多家公司在通信、車載、高性能計算、數據中心領域嘗試采用RISC-V架構，并逐步完善

而到具體的應用領域采用RISC-V的時間點，孟建熠認為整體趨勢是從簡單到復雜逐步鋪開，規模（中低端）和標桿（高端）應用對于RISC-V都很重要。“我預計五年左右，基本在各個領域都能看到RISC-V的落地。車規應用在一到兩年的時間就會落地，在數據中心上應用的時間會稍微晚一點。”

RISC-V在全球范圍內的格局和標準演進

從過去一年全球范圍內的RISC-V技術演進事件來看，北美地區依然是RISC-V的創新高地，從處理器IP到軟件、數據中心級應用都在全面探索；歐洲的不少老牌公司在逐步從原有架構轉到RISC-V架構；亞洲地區也保持非?？斓陌l展速度，Andes、StarFive、香山、芯來和平頭哥等公司都在努力推動RISC-V處理器的發展。

孟建熠表示，當前大部分芯片企業正在思考如何使用RISC-V架構來開發自家生態產品，很多基礎軟件公司也逐步進入到RISC-V生態中。

圖3、全球協同的RISC-V技術演進正持續加速

能夠在技術上實現全球協同發展，是因為RISC-V本身就是一個全球協同的標準。在推出產品競爭之前，首先要把這個處理器架構如何工作、運行、標準化的原理等競爭前標準化的技術讓大家明白。舉例來說，今天的以太網、USB等行業標準都是全球協同做出的，只是原來國內參與的力度不像今天的RISC-V這么大。可以說在RISC-V標準化上，中國和其他國家地區站在了同一起跑線上。

截至目前，RISC-V基金會已經有81個TG，在2022一年內就新增了30多個TG。每年新推出的標準讓產業可以循序漸進地跟進，據悉2022年已完成6項標準，2023上半年會達到10項左右。

圖4、RISC-V標準制定的最新進展

增加標準并不難，難在長期維護花費的精力，以及讓其他開發者接受。RISC-V作為一個開放的標準，大家都可以在標準上進行增加或修改，如何維護架構？對此孟建熠表示，平頭哥已經拿到第一張RISC-V架構兼容性測試證書，“今后所有RISC-V處理器會在架構兼容性上有所要求。RISC-V碎片化是一種必經的過程和現象，但其發展的本質一定是趨向統一的。因為處理器所有人都需要，如果沒有讓大家共同認可的標準，僅靠一家企業很難長期維持并進入主流生態中。”

關于玄鐵產品

玄鐵產品方面，平頭哥目前保持每年推出一款新品的節奏。2022年云棲大會上發布的玄鐵908處理器主頻已經達到2.0GHz。在軟件方面，由于RISC-V是新事物，如果由芯片和應用公司獨自開發，周期會拉得很長，所以平頭哥堅持全棧軟件優化，從應用角度在某些細分市場先把產品優化好，再提供給客戶。

圖5、平頭哥有三個重點產品賽道，分別是面向計算增強的C系列、面向成本功耗優化的E系列以及面向可靠性實時性的R系列

據悉，在推動國際RISC-V技術標準建設上，平頭哥團隊有11位同事在基金會中發揮了重要作用。在過去一年中，平頭哥在RISC-V技術標準、IOMMU、Linux對于Svpbmt的功能支持以及安卓指令兼容性和底層接口上做出了非常重要的貢獻。

“在RISC-V基金會持續貢獻不僅要有決心，還要有實實在在的投入。”孟建熠也在生態大會上呼吁國內從事RISC-V技術的精英都去基金會做貢獻。

開發工具方面，平頭哥推出了玄鐵開發工具三劍客（基礎軟件三件套）——編譯器（TAC）、編譯環境（CDK）以及部署工具集（HHB）。其中，編譯器性能較過去一年提升了20%多，為開源社區Patch貢獻200+；CDK集成了全新的Language Server；AI部署工具則新增了混合量化功能，新增Transformer網絡支持。這些技術軟件上的貢獻也得到了國內創新型公司的支持。

圖6、玄鐵開發工具三劍客最新進展

未來芯片技術中，安全是非常重要的一環，也是讓RISC-V有機會成為領先架構的重點。平頭哥在過去一年已把安全標準具體落實到應用和產品中，2022年4月發布的基于虛擬化隔離的TEE安全技術兼容了Global. Platform TEE規范；2023年2月發布了基于物理核隔離的TEE安全技術，并在金融類應用場景的芯片中內置。

RISC-V Vector1.0標準也在2022年完成了設計，基于平頭哥玄鐵908的嘉楠K230成為全球首顆支持Vector1.0的商用芯片，預計不久Vector1.0開發板就可以到開發者手中。與此同時，孟建熠表示基金會仍會持續維護Vector 0.7在性能上的穩定。

圖7、Vector 1.0架構正式量產——RVV1.0

孟建熠透露，目前一些端側AI芯片正逐步開始采用RISC-V技術，然而要在RISC-V上跑AI算法，只有Vector遠遠不夠。據介紹，平頭哥已經在基金會形成標準之前，完成了面向人工智能算法的Matrix計算架構。具備8個二維矩陣寄存器，支持INT8、FP16和BF16，Matrix擴展指令集20+條，單核最大支持2TOPS，目前AI工具、model、編譯器都已經開源在GitHub上。

RISC-V生態上的進展

對于RISC-V這樣的處理器架構來說，技術和生態需要齊頭并進，但他們是不一樣的兩個概念——技術上的創新更多需要自己付出努力，而生態只有自己創新還不夠，需要得到更多合作伙伴的支持和投入。

孟建熠表示，RISC-V作為CPU架構，得到操作系統的支持很重要。不管是RTOS、Linux，還是Android、桌面操作系統，唯有完成對主流操作系統的適配，才能解決通向各個應用場景的“攔路虎”。

從2020年8月開始，平頭哥開始針對Android支持立項。2021年4月完成了第一代Kernel、ART及NDK，2021年8月基金會成立SIG，2021年12月適配Android 12、Java瀏覽器和多媒體，直到2022年8月Google正式認可了平頭哥的貢獻。據透露，一些非手機類的Android系統產品可能率先商用RISC-V架構。

Linux操作系統的適配也一直在進行，從Debian、Fedora、Gentoo到Ubuntu，目前平頭哥已完成近6萬個開源軟件包的適配，以及 SPDK和DPDK兩個開發套件的適配。

國內生態開發的速度也非?？欤筋^哥在去年完成了RISC-V與龍蜥操作系統（Anolis OS）在Java等基礎軟件上的適配，新增3500多個基礎軟件對架構的支持。據介紹，龍蜥是擁有300萬裝機量、300多家合作伙伴、由阿里云主導的服務器端操作系統。

圖8、RISC-V對統信操作系統的適配與優化

與統信的適配，是RISC-V第一次嘗試與桌面操作系統適配。項目從2022年7月開始，3個月時間就完成了6500多個應用軟件包的適配和移植，也完成了DDE桌面、Firefox、Node.JS、OpenJDK、LibreOffice等桌面軟件的應用，得到了操作系統、基礎軟件、第三方庫的支持。

平頭哥還與國內最大桌面操作系統供應商openKylin進行了深度適配，該操作系統從桌面到數據中心共有76萬用戶。適配重點是圖形化的優化，完成了UKUI的適配，目前openKylin上所有開源軟件包都已經完成適配。

除了操作系統，RISC-V還完成了與釘釘移動辦公應用軟件的適配。據孟建熠介紹，這次適配編譯了27000多個文件，突破了Qt和CEF核心組件，“釘釘發出了第一個的‘Hello RISC-V’的消息，標志著從RISC-V到操作系統，再到應用軟件，真正具備了交互的能力。也期待更多的應用軟件能夠加入到RISC-V適配過程中。”

圖9、釘釘發出了第一個的“Hello RISC-V”的消息

合作伙伴方面，平頭哥在過去三個月與創維酷開操作系統進行了適配，這也是RISC-V適配的首個TV WebOS。不僅完成了功能適配，還實現了NFS一碰投屏、DLNA/Airplay等操作，使用體驗良好。這也證明了RISC-V架構可以很好地適配到視頻類應用中。

此外，中科院軟件所與平頭哥聯合打造RISC-V開源組件，為RISC-V生態提供了“開源軟件公共品”，這些工作也會逐步集成到中科院軟件所的“如意SDK”中，未來所有的RISC-V都可以基于如意SDK找到自己所需要的開源軟件。

算能與平頭哥從嵌入式到云計算芯片都有合作，也開始在數據中心中展開嘗試做64 core SMP算能服務器芯片。這款芯片主頻2.0 GHz，支持CCIX、4 Channel DDR，功耗120W（typ）。

“這次嘗試是算能的一大步，也是整個RISC-V領域的一大步。”孟建熠說到。由于RISC-V架構在AI處理能力擴展性上更具優勢，可以很好地解決CPU與加速引擎之間的延遲和帶寬問題，形成更完整、更一致的解決方案和結構。所以在數據中心AI方向上有不少國外企業已經在嘗試：谷歌TPU越來越多地開展加速引擎和RISC-V結合的編程范式，以更高效率支持AI workload；近期大熱的ChatGPT類應用也有廠商嘗試采用RISC-V架構來做訓練芯片，同時在推理上也很有機會。

圖10、平頭和與算能從嵌入式到云計算芯片全面合作

應用側最具代表性的合作伙伴是網易有道，主要產品是字典筆。這類產品與手機類似，但屏幕更小、電池更小，如何在能效、操作系統等底層邏輯上進行優質創新？RISC-V如何在這類新一代智能終端中跟上節奏，并且產生新的生態？創新類應用是RISC-V最適合的場景，把握住這樣的機會非常重要。

玄鐵的商業和開發者生態

孟建熠表示，已經有越來越多的合作伙伴開發出RISC-V芯片，軟件、終端上的合作伙伴也越來越多。“平頭哥也在推動RISC-V商業生態發展，不斷貢獻軟件，在下游應用中真正讓大家感受到使用RISC-V的優勢。”

圖11、玄鐵芯片的商業生態合作伙伴

過去三年中，平頭哥一直在推動“玄鐵優選芯片”計劃，主要在生態伙伴中選擇品質好，又符合在智能交互、智慧視覺、物聯網與安全幾個賽道中能與全棧軟硬件很好融合的產品。目前已推動生態芯片落地應用1億顆，阿里巴巴生態的很多硬件也使用了大部分玄鐵RISC-V芯片。

孟建熠表示，平頭哥有很大一部分工作在提升云計算能力上，主要服務于阿里云；“如今我們希望把這項能力逐步推廣到外部生態中，這部分主要靠RISC-V來釋放。”

談生態，永遠離不開開發者。目前平頭哥正日益完善開發者的開發板資源，除了此前與全志科技推出的D1開發板，還有基于玄鐵C910的TH1520 SOM核心板，以及與嘉楠耘智一起推動的Vector1.0開發板。

圖12、玄鐵的開發板資源

在人才培養方面，平頭哥與高校合作的RISC-V Institute計劃，把與20多所高校合作30多門課程的經驗，逐步搬到平頭哥芯片開放社區上，讓新同學能接觸到并快速學習RISC-V。目前這個社區已經有15萬多名用戶。

“RISC-V基金會也在主導RVFA（RISC-V基礎水平）認證，平頭哥提供了三分之二的題庫，希望有更多機構能把這項工作推廣開。”孟建熠說到。

寫在最后

談到RISC-V與Arm、x86之間三足鼎立的關系，孟建熠認為三者將長期以互相滲透、互相補充的關系存在下去。在他看來，RISC-V是這三者中相對較“草根”的，由于入門門檻低，可以填補很多x86和Arm做不到的領域。比如做一款芯片，Arm可以提供標準化設計，但如何做得更好？無疑RISC-V這種可擴展的架構能夠做到更多。

回顧過去，阿里平頭哥從2018年開始踏入RISC-V，2019年在上海發布了第一款高性能RISC-V處理器——玄鐵910。從2019年到2023年，已經有來自多媒體、網絡、邊緣計算、存儲、服務器等多個領域的芯片采用玄鐵處理器。

圖13、圍繞RISC-V技術鏈，形成創新鏈，構建價值鏈

就中國目前對整個RISC-V產業的投入來說，仍不及美國，這主要是因為缺乏英特爾、高通這樣的芯片巨頭參與。但中國也有自身的優勢，例如有最大的終端市場，可以用RISC-V做出更有競爭力的產品；有大量工程師，如果做好高校學生的培養，讓他們剛開始學習就接觸RISC-V，那么將來在人才儲備上將極具優勢。

“從今天開始面向未來，RISC-V要再出發，在AI推理計算、工業、5G計算、服務器周邊等更多領域布局，并在最近逐步推出。” 孟建熠說到，“RISC-V就像初升的太陽，盡管還溫潤如玉，但已經初步照亮了東方，一些賽道已初步明確，我們期待它驕陽似火的那天。”