最年輕的CPU“小弟”正在向高端進軍，未來AI芯片制勝關鍵可能在它

中國工程院院士倪光南曾指出，目前 CPU 市場主要被 x86 和 ARM 架構所壟斷，而中國想要打破這個局面，實現自主可控，開源的 RISC-V 架構將是一大機遇和發展方向。

在上個月舉行的“RISC-V 開源處理器芯片生態發展論壇”上，第二代“香山”（南湖架構）開源高性能 RISC-V 處理器核正式發布。據介紹，“香山”于 2022 年 6 月啟動工程優化，同年 9 月研制完畢，計劃 2023 年 6 月流片，性能超過 2018 年 ARM 發布的 Cortex-A76，主頻 2GHz@14nm，SPEC 2006 得分為 20 分。

香山用湖來命名每一代架構 —— 第一代架構是雁棲湖，第二代架構是南湖，第三代架構是昆明湖。香山開源社區稱，第一代“雁棲湖”架構已經成功流片，實測達到預期性能，第二代“南湖”架構正在持續迭代優化中。

去年 8 月 24 日，中科院計算所、北京開源芯片研究院、騰訊、阿里、中興通訊、中科創達、奕斯偉、算能等形成了聯合研發團隊，開展第三代香山（昆明湖架構）的聯合開發。

官方還透露，我國已有一批企業正在基于“香山”開發高端芯片，如 AI 芯片、服務器芯片、GPU 等，有望于 2025 年取得集體突破。包云崗表示，屆時，我國企業有望在全球 RISC-V 新生態中取得領先優勢，打通芯片領域國內國外雙循環，實現我國高端處理器芯片產業自立自強。

據介紹，“香山”是當前國際上性能最高的開源 RISC-V 處理器核，目前已確定“香山”經典核、“香山”高性能核“兩核”發展目標。


RISC-V正在中國落地生花

目前市場上超過100億個RISC-V核心中，一半來自中國。并且在RISC-V基金會的3180名會員當中，中國企業占比近一半。可見，在RISC-V領域，中國是一個非常重要的力量。

近年來，國內也涌現出了眾多RISC-V賽道的企業，平頭哥、芯來科技、芯原股份、兆易創新、賽昉科技、全志科技、晶心科技、先楫半導體、中科藍汛、泰凌微電子、進迭時空、沁恒微電子、啟英泰倫科技、睿思芯科、樂鑫科技、中微半導體、航順芯片、愛普特微電子、凌思微電子、國芯科技、芯昇科技、博流智能、納思達、晶視智能、方寸微電子...等等，包括IP內核與芯片設計等廠商在內，據統計，中國目前擁有上百家公司在關注RISC-V或以RISC-V指令集進行開發，積極布局RISC-V賽道。

其中，阿里平頭哥開發的玄鐵系列在物聯網芯片市場廣受認可，目前已在人工智能、網絡通訊、工業控制等30多個行業實現了商業落地，出貨量超過30億顆，是中國RISC-V領域影響力和市占率最大的處理器；中科藍訊藍牙SoC芯片累計出貨量已經超過10億顆，以50%以上的份額成為國內藍牙市場的翹楚...，國內RISC-V產品廣泛涵蓋MCU、語音處理器、視頻處理器、網絡處理器等諸多領域。

在不久前召開的“第六屆數字中國建設峰會云生態大會”期間，北京開源芯片研究院首席科學家包云崗表示，中美企業正在研發高性能RISC-V處理器，總體處于第一梯隊。國內初創企業數量遠大于美國，產品主要集中在MCU級。

然而，在物聯網領域大受追捧，并不意味著RISC-V無法進入更高性能要求的PC、數據中心和服務器市場。對于RISC-V來說，高性能領域是一個高價值的市場，有利于RISC-V產業的商業化發展，躋身高性能領域，是芯片架構走向主流的重要標志。

在這個過程中，業內正涌現出一批瞄準高性能RISC-V的廠商，將該架構應用從低端微處理器逐漸探入高性能計算領域，把RISC-V從嵌入式場景拓展到工業控制、自動駕駛、人工智能、通信、數據中心等場景。

同時，RISC-V國際基金會已成立數據中心工作組（Datacenter SIG）和高性能計算特別興趣小組（HPC SIG）。其中，數據中心工作組主要由谷歌、Ventana等組成，高性能計算特別興趣小組則由141名成員以及10名活躍的研究、學術和來自各種組織的工業成員組成，專注于促進高性能RISC-V處理器生態的發展。

業界正在用行動證明，高性能不再是RISC-V的禁忌之地，向高性能發展是RISC-V發展的必然趨勢。

從國內廠商的投入力度或許也能夠體會到，RISC-V對中國芯片產業的重要價值。

中國工程院院士倪光南曾多次公開表示，RISC-V免費、開源的特點使得我國有了和全球一起起跑的機遇，有利于我國突破西方限制，實現自主可控。中國芯片產業和整個芯片生態將會越來越多地聚焦于RISC-V架構，中國的巨大市場將成為支撐RISC-V的重要基地。

有業內專家表示，中國發展RISC-V具備很明顯的優勢：首先是一個巨量的市場做支撐，有足夠豐富的應用場景能夠充分發揮RISC-V的多樣性；有大規模的計算機工程師團隊和專業人才；更加獨特的優勢在于，我們沒有國外一些老牌廠商和機構的歷史包袱，沒有它們已經存在的商業利益或者技能上的慣性，使我們有機會從一個全新的視角、一個全新的架構下面去做一些開創性工作。

不過，優勢背后，相應的劣勢就是中國在很多技術領域沒有國外巨頭在歷史上積累的豐富經驗。同時，在高端核心人才儲備上也沒有像國外處理器、基礎軟件巨頭那么多。可能在專利等知識產權方面也存在一定差距。

但無論怎樣，隨著半導體市場進入一個新的階段，中國半導體行業需要抓住一切機遇，RISC-V對于中國的半導體企業來說是一個難得的機會。


RISC-V，持續向高端市場邁進

與此同時，由于云計算、AI技術的日漸風靡，互聯網巨頭掌握了數據中心的市場話語權，依靠亞馬遜、微軟等巨頭的鼎力支持，ARM得以在服務器市場打開局面。然而這些互聯網巨頭并不愿意被處理器廠商所牽制，希望能夠做到指令集架構中立，X86和ARM都不能完全滿足它們的需求。

因此，RISC-V進入數據中心市場似乎將成為必然的結果。再加上大量初創公司和行業巨頭在高性能處理器內核和制造領域的努力，RISC-V指令集架構的開源化與中立化的過程，顯然會比ARM的崛起更快一些。

除了上述國內廠商在向高性能RISC-V應用探索之外，國外企業也正在進行積極的嘗試。例如，SiFive發布了Performance系列高性能應用處理器；Ventana開發了面向數據中心的多核 RISC-V小芯片Veyron V1；以及MIPS公司宣稱放棄自研架構而押注RISC-V，目前MIPS正在利用其經過硅驗證的CPU技術來加速RISC-V在數據中心等高性能應用中的采用；英特爾宣布開放基于7nm的SiFive IP代工業務；Imagination推出RISC-V CPU IP——Catapult系列為異構計算鋪路；Mobileye推出EyeQ Ultra在芯片中配備12個RISC-V內核和神經網絡加速器...

近年來，行業發生的一系列“事件”似乎都在為RISC-V向高端進階按下加速鍵。

RISC-V正在向更先進的制造工藝、更強勁的性能、更高端的應用持續演進，在高端服務器領域，RISC-V未來增勢一片大好。被奉為科技投資“圣經”的ARK Big Ideas系列年度報告中預測，ARM+RISC-V的組合所占據的服務器市場份額，將從2020年的零，增加到2030年的71%；同時，ARM和RISC-V可能會在“云”業務領域取代英特爾X86，預計到2030年，CPU收入將達到190億美元、服務器收入達到1000億美元，合計市場規模年復合增長率達45%，可見其市場前景廣闊。


RISC-V將成最后勝出者

Jim Keller，也被稱為天才工程師，曾參與研發了蘋果iPhone 4中使用的“A4”、iPhone 4S中使用的“A5”、AMD的“K7（Athlon）”和“K8（Opteron）”以及讓AMD卷土重來的“Zen架構”等。目前，他擔任CEO的Tenstorrent已成為AI半導體領域的熱門話題。

日前，Jim Keller 去到日本，并在 6 月 20 日舉辦的“RISC-V Day Tokyo 2023 Summer”上進行了邀請演講。同時他還舉行了媒體吹風會，闡述了公司當前和未來的發展方向，以及對AI半導體的思考。

實現AI計算機的關鍵之一是基于RSIC-V的CPU內核。“創建基于 RSIC-V 的 CPU 內核的目的是創建與 AI 加速器交互的一面，但客戶的需求分為既想要 RISC-V 內核又想要 AI 加速器的一方。從現在開始，我們還將專注于 CPU 方面，并計劃擴大我們的產品組合。”Keller 在解釋其公司的 RISC-V 定位時解釋道。

換而言之，在RISC-V方面，Tenstorrent 不但提供IP，還將提供chiplet。

該產品核心是一個名為“Ascalon”的系列，這是一個超級標量/亂序核心，最多可解碼8條指令/發出11條指令。Chiplet將以集成多個集群的大規模集群的形式提供。

由于它是 Jim Keller 制造的 CPU，據說有些公司將 SoC 設計外包給該公司，并作為 IP 提供。但Jim Keller 強調，公司不打算自己創建一個SoC，他目前的立場作為一家企業，其限制僅限于提供Chiplet。

另外，在回答RISC-V為何采用“完全開放”的問題時，也引用了“完全開放”的理由。例如，傳統的 x86 由于許可和專利的原因，由英特爾和 AMD 等少數公司控制。Arm也處于類似的情況。對于那些主要的CPU架構來說，RSIC-V是開源的，如果你想制作自己的CPU，除了它的性能之外，還可以制作自有國家級CPU。假設 RSIC-V 對于我們想要做的事情（使用）來說是最優化的。

“如果你走向開源，你將無法回到舊的限制。我認為 RSIC-V 可以成為未來獲勝的架構。”它每天都在不斷創新，而日本也正在在基于RISC-V在HPC領域進行更多的創新。

該公司于今年1月成立了日本子公司，開始全面業務發展，但目標領域是HPC，與其他地區相同，汽車領域也有很高的興趣。因此，日本汽車領域的 RISC-V 運用和 AI 運用有可能會取得進展。

Keller先生表示，“我認為軟件、硬件以及如何制造計算機將在未來兩年內發生重大革命。因此，需要開發與時代相匹配的技術。CPU和AI加速器是一樣的“把它放在芯片上就是這樣的努力之一。我認為這并不容易，但我們需要在CPU和AI加速器上都下功夫，以實現下一代AI。