美股“七巨頭”（Magnificent 7）全部在使用RISC-V，其中5家與SiFive合作開(kāi)展RISC-V相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)；預(yù)計(jì)到2031年，RISC-V芯片年出貨量將達(dá)到210億顆，RISC-V IP市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到20億美元。
7月18日，由芯原微電子和上海開(kāi)放處理器產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心主辦的"RISC-V和物理智能論壇"在上海張江科學(xué)會(huì)堂舉行，主題為"RISC-V賦能空間計(jì)算與物理智能"。會(huì)上，SiFive現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用主任工程師張巖發(fā)表題為《用RISC-V構(gòu)建人工智能時(shí)代》（Architecting the AI Era with RISC-V）的演講，從NASA的下一代太空計(jì)算機(jī)講起，系統(tǒng)闡述了RISC-V架構(gòu)在物理AI與Agentic AI時(shí)代的技術(shù)價(jià)值，以及SiFive覆蓋從嵌入式到高性能計(jì)算的產(chǎn)品布局。
SiFive現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用主任工程師張巖
RISC-V發(fā)明人創(chuàng)立的公司
張巖本人曾在Arm和MIPS等處理器公司工作，2016年因RISC-V進(jìn)入上海的契機(jī)接觸并認(rèn)識(shí)了RISC-V團(tuán)隊(duì)，此后加入SiFive，負(fù)責(zé)SiFive處理器在國(guó)內(nèi)的技術(shù)落地。SiFive中國(guó)總部也設(shè)立在上海。
SiFive由RISC-V的幾位主要發(fā)明人創(chuàng)立，源自加州大學(xué)伯克利分校——在David Patterson教授的支持和授權(quán)下，團(tuán)隊(duì)制定了第五代RISC處理器架構(gòu)，并堅(jiān)信RISC-V的生命力足以支撐一種全新的商業(yè)模式，與其他指令集架構(gòu)抗衡。
作為RISC-V的創(chuàng)始者和"黃金標(biāo)準(zhǔn)"，SiFive自2010年起引領(lǐng)RISC-V商業(yè)化進(jìn)程，擁有業(yè)內(nèi)最大的團(tuán)隊(duì)和投入，目前已獲得超過(guò)500個(gè)設(shè)計(jì)訂單（design wins），采用其技術(shù)的設(shè)備出貨量達(dá)數(shù)十億顆，并獲評(píng)GSA 2025最受尊敬的私有半導(dǎo)體公司。
張巖給出了一組判斷RISC-V市場(chǎng)潛力的數(shù)據(jù)。美股"七巨頭"（Magnificent 7）全部在使用RISC-V，其中5家與SiFive合作開(kāi)展RISC-V相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)；預(yù)計(jì)到2031年，RISC-V芯片年出貨量將達(dá)到210億顆，RISC-V IP市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到20億美元。
他同時(shí)強(qiáng)調(diào)了RISC-V架構(gòu)本身的靈活性——模塊化（Modular）的指令集設(shè)計(jì)讓開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)不同需求組合出解決問(wèn)題的指令子集，且沒(méi)有像Arm或x86那樣嚴(yán)格的準(zhǔn)入限制——Arm的架構(gòu)授權(quán)掌握在一家公司手中，x86則掌握在為數(shù)不多的幾家公司手中，而任何人都可以參與RISC-V的指令和標(biāo)準(zhǔn)制定，并在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)AI、物理AI等特殊應(yīng)用。谷歌、Meta、英偉達(dá)等公司均在公開(kāi)信息中披露過(guò)與RISC-V的合作。
四大產(chǎn)品線涵蓋從嵌入式到高性能計(jì)算
隨著架構(gòu)不斷演化和成熟，RISC-V正從最初的嵌入式領(lǐng)域進(jìn)入汽車電子、存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)中心等新市場(chǎng)。張巖提到，今年業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)了RISC-V服務(wù)器級(jí)別的芯片，"RISC-V終于在數(shù)據(jù)中心里面得到了應(yīng)用"。AI與機(jī)器學(xué)習(xí)、汽車、邊緣計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)/嵌入式、消費(fèi)電子、數(shù)據(jù)中心、航空航天、存儲(chǔ)等多元化市場(chǎng)，正在全面轉(zhuǎn)向基于RISC-V的AI計(jì)算。
針對(duì)這些市場(chǎng)，SiFive構(gòu)建了覆蓋嵌入式到高性能計(jì)算的四大產(chǎn)品系列：
SiFive Essential：高效嵌入式處理器，面向微控制器、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、實(shí)時(shí)控制和控制面處理，可高度定制，是經(jīng)過(guò)產(chǎn)業(yè)驗(yàn)證的成熟設(shè)計(jì)；
SiFive Intelligence：可擴(kuò)展AI處理器，基于RISC-V向量擴(kuò)展、SiFive智能擴(kuò)展指令和AI硬件加速器，覆蓋邊緣AI、云端訓(xùn)練與推理；
SiFive Performance：應(yīng)用處理器，基礎(chǔ)設(shè)施方向提供性能最高、最先進(jìn)的RISC-V處理器和橫向擴(kuò)展能力，消費(fèi)與邊緣方向提供最佳計(jì)算密度和功耗效率，并已支持Android；
SiFive Automotive：功能安全控制器，提供業(yè)界最廣泛的RISC-V安全處理器組合，從MCU到高性能SoC，可選ASIL B和ASIL D等級(jí)，支持多核/集群、向量、虛擬化和安全特性。
從NASA的太空計(jì)算機(jī)講起，物理AI需要什么樣的處理器？
演講中最具啟發(fā)性的案例來(lái)自太空。張巖介紹，NASA未來(lái)的太空計(jì)算機(jī)（HPSC，High Performance Spaceflight Computing）將基于RISC-V架構(gòu)，用于自主漫游車、視覺(jué)處理、太空飛行和制導(dǎo)系統(tǒng)。
太空計(jì)算對(duì)處理器提出了極端要求。首先是容錯(cuò)能力：沒(méi)有大氣層保護(hù)，外太空的輻射會(huì)直接損傷電子元器件——當(dāng)年日本福島核電站事故中，進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)的機(jī)器人就被輻射"打壞"了電子元件。因此處理器必須能夠在多核系統(tǒng)中檢測(cè)、控制、隔離隨機(jī)故障并從中恢復(fù)，通過(guò)多核、多集群配置實(shí)現(xiàn)性能可擴(kuò)展性和冗余備份。其次是極致的功耗效率：張巖解釋，熱交換有傳導(dǎo)、對(duì)流、輻射三種方式，而外太空是真空的，沒(méi)有介質(zhì)進(jìn)行傳導(dǎo)和對(duì)流，只能靠輻射散熱，因此對(duì)功耗和散熱的要求極高。RISC-V精簡(jiǎn)指令集天然具備低功耗特性，還可以通過(guò)靈活的電源域劃分進(jìn)行動(dòng)態(tài)功耗管理——這一點(diǎn)對(duì)地球上電池驅(qū)動(dòng)的機(jī)器人同樣適用。
第三是自主智能。"為什么一個(gè)上天的東西要有AI？"張巖以電影《火星救援》舉例：從地球到火星，光信號(hào)傳播需要好幾分鐘，如果火星車完全依賴地球遙控，遇到一塊石頭、一個(gè)障礙，控制延遲將無(wú)法接受，必須依靠自身的智能完成從感知（Sensing）、認(rèn)知（Perception）、推理（Reasoning）到執(zhí)行（Actuate）的閉環(huán)。同樣的物理規(guī)律在地球和火星上有不同的溫度、壓力和加速度參數(shù)，這個(gè)案例正是物理AI的絕佳參照。此外，太空任務(wù)周期長(zhǎng)，處理器還要支持軟件工作負(fù)載隔離、多操作系統(tǒng)/RTOS并存、在軌安全更新——而一個(gè)開(kāi)放的、有生命力的架構(gòu)，才能保證十幾年后仍有人為它寫(xiě)軟件、做維護(hù)，這正是開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)處理器的意義所在。
在落地層面，SiFive與Microchip合作的X288實(shí)現(xiàn)方案展示了如何滿足航天級(jí)可靠性：SiFive的Split-Lock技術(shù)允許一對(duì)內(nèi)核以獨(dú)立模式或雙核鎖步（DCLS）模式運(yùn)行，DCLS用于檢測(cè)系統(tǒng)邏輯故障，鎖步邏輯通過(guò)比對(duì)輸出識(shí)別不一致，一旦檢測(cè)到故障，系統(tǒng)即執(zhí)行應(yīng)用層糾正動(dòng)作。X系列正為未來(lái)的太空探索提供關(guān)鍵算力。
Intelligence Gen 2：覆蓋物理AI的全算力譜系
從"天上"落回"地上"，張巖介紹了SiFive第二代Intelligence產(chǎn)品系列，其定位是通過(guò)客戶可配置的IP，滿足物理AI中不同工作負(fù)載和面積的要求。
這一代產(chǎn)品覆蓋了極大的算力范圍：從面向MCU級(jí)AI的X160（32 GOPS）、X180，到X280向量處理器（0.6 TOPS級(jí)）、X390（1.18 TOPS），再到雙核X380（2.56 TOPS）、四核X390（6.12 TOPS），直至XM（20 TOPS）和nXM（180 TOPS），橫跨0.01 TOPS到千TOPS量級(jí)，對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵詞識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、異常檢測(cè)，到場(chǎng)景檢測(cè)、避障、傳感器濾波、目標(biāo)識(shí)別，再到語(yǔ)音助手、語(yǔ)音識(shí)別、預(yù)測(cè)性建模與控制，乃至大參數(shù)多模態(tài)、ADAS行人檢測(cè)、AR/VR場(chǎng)景檢測(cè)、高性能推理和生成式AI、駕駛輔助等應(yīng)用——從可穿戴、智能家居、工業(yè)邊緣，一直延伸到移動(dòng)端和數(shù)據(jù)中心。
張巖特別指出了RISC-V"留白"的價(jià)值：物理AI還不是一個(gè)已經(jīng)解決的問(wèn)題，哪些算子、哪些數(shù)據(jù)類型更重要，目前并不確定。SiFive的每個(gè)內(nèi)核都提供擴(kuò)展能力，客戶可以基于自己的物理AI場(chǎng)景加載自研加速器，通過(guò)RISC-V自定義指令有效驅(qū)動(dòng)它——比如放在機(jī)器人關(guān)節(jié)上的MCU更注重電機(jī)控制算法，放在靈巧手上的則可能對(duì)觸覺(jué)有更高要求。他透露，已有美國(guó)Tier 1半導(dǎo)體客戶采用兩種不同路徑落地：一家授權(quán)SiFive X100用作工業(yè)邊緣AI應(yīng)用的加速器控制單元（Accelerator Control Unit），另一家則選擇X100作為獨(dú)立向量CPU，驅(qū)動(dòng)其下一代邊緣AI SoC。
Agentic AI時(shí)代的基座
物理AI之外，越來(lái)越多的場(chǎng)景需要與Agentic AI協(xié)同——而Agentic AI往往需要跑操作系統(tǒng)，例如OpenClaw一般運(yùn)行在Linux之上。要支持Linux生態(tài)，就需要滿足RVA23標(biāo)準(zhǔn)。
張巖介紹，RVA23 Profile是RISC-V Agentic和物理AI的基座，也是"RISC-V的下一個(gè)時(shí)代"。這一由產(chǎn)業(yè)界批準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)定義了一組強(qiáng)制和可選特性，在靈活性與標(biāo)準(zhǔn)化之間取得平衡：它對(duì)齊了所有運(yùn)行富操作系統(tǒng)的RISC-V 64位應(yīng)用處理器，使移動(dòng)、客戶端和服務(wù)器市場(chǎng)都能使用標(biāo)準(zhǔn)的二進(jìn)制OS發(fā)行版，確保軟件可移植性、避免廠商鎖定；同時(shí)確保RISC-V應(yīng)用處理器為AI/ML提供一致而強(qiáng)大的特性集——向量V擴(kuò)展從RVA20中的可選變?yōu)閺?qiáng)制，并新增向量加解密和數(shù)據(jù)類型支持的選項(xiàng)，Hypervisor虛擬化擴(kuò)展也成為強(qiáng)制要求。Red Hat、Canonical、Android、英偉達(dá)等都已圍繞這一標(biāo)準(zhǔn)展開(kāi)布局，RVA23也是英偉達(dá)等公司轉(zhuǎn)向RISC-V的重要因素。
基于RVA23，SiFive今年推出了第三代Performance內(nèi)核P570 Gen 3，定位Agentic工作負(fù)載。它的向量寬度不大，但可以完整支持Linux生態(tài)，并提供出色的功耗密度，適合作為SoC中的主控核——如同交響樂(lè)團(tuán)中的指揮，協(xié)調(diào)控制流向NPU、傳感器和實(shí)時(shí)子系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流。該內(nèi)核集成128位RVV向量單元，支持向量加解密擴(kuò)展和點(diǎn)積（dot product）運(yùn)算擴(kuò)展，較小的AI矩陣乘法無(wú)需卸載到NPU即可在處理器上直接完成；QoS特性可優(yōu)化關(guān)鍵任務(wù)和實(shí)時(shí)物理事件的工作負(fù)載處理；安全方面則通過(guò)WorldGuard和OPTEE提供隔離的可信執(zhí)行環(huán)境——當(dāng)Agentic AI應(yīng)用普及，用戶會(huì)擔(dān)心數(shù)據(jù)泄露、不同智能體之間的信息互通問(wèn)題，RISC-V可以在硬件層面實(shí)現(xiàn)安全隔離，保護(hù)用戶數(shù)據(jù)隱私。
生態(tài)成熟度
最后，張巖展示了RISC-V軟件生態(tài)的進(jìn)展：RISC-V已經(jīng)從一份ISA規(guī)范，演變?yōu)橐粋€(gè)全棧平臺(tái)。系統(tǒng)層面，谷歌已將RISC-V提升為AOSP一級(jí)支持架構(gòu)，Red Hat企業(yè)Linux、Automotive Grade Linux均已支持RISC-V，DeepComputing、SiFive、Tenstorrent等已在出貨AI PC和開(kāi)發(fā)級(jí)硬件；中間件層面，Docker、Kubernetes、OpenJDK、Python、Golang、PyTorch、TensorFlow均已就緒；虛擬化層面有Linux KVM、Xen、Bao Type-1 Hypervisor；RTOS層面有Zephyr、NuttX、Green Hills Integrity以及經(jīng)過(guò)形式化驗(yàn)證的seL4微內(nèi)核；基礎(chǔ)層面，Linux內(nèi)核、OpenSBI、LLVM/GCC和Tianocore UEFI均已實(shí)現(xiàn)對(duì)RISC-V的生產(chǎn)級(jí)支持。
"這是一個(gè)比較變革的時(shí)代，物理AI引入了很多新的變化。"張巖在結(jié)語(yǔ)中表示，希望本次分享能拋磚引玉，讓更多人關(guān)注并參與到RISC-V在物理AI領(lǐng)域的應(yīng)用中來(lái)，幫助RISC-V在這個(gè)領(lǐng)域取得長(zhǎng)足的進(jìn)步。
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