RISC-V賦能核“芯”時代

沈叢

10月15日，由中國半導體行業協會、中國電子信息產業發展研究院共同主辦，中國開放指令生態（RISC-V）聯盟、中國RISC-V產業聯盟承辦的“RISC-V創新應用論壇”在上海舉辦。分論壇上，與會專家就RISC-V的技術演進與產業發展等方面的話題進行了深入探討。

隨著摩爾定律瀕臨終結，維持芯片技術創新面臨挑戰，開源芯片設計將是應對挑戰的新思路，加州大學伯克利分校開發的開放指令集RISC-V朝著這個目標邁出了重要一步，開源的特點保證了它的穩定性。

如今，RISC-V在國內外的發展非常迅猛，開源也已成為處理器芯片發展的一個新趨勢。2019年10月期的《經濟學人》雜志撰文預測：“開源軟件是過去十年來智能手機大發展的先決條件。而像RISC-V這樣的開源硬件也許會在未來十年內讓其他設備實現類似的擴張。”

開源軟件能夠為互聯網企業節省大量的時間與成本，使人們能夠把更多精力放在創新上。據統計，常用的開源軟件已經構成了一個價值超過150億美元的開源軟件生態，一些開源軟件如LAMP （Linux +Apache+MySQL+ PHP）組合或MEAN（MongoDB+ Express+ AngularJS+Node.js）組合，已經成為互聯網公司（尤其是初創公司）構建其業務的標配，為企業節省大量的時間與成本，讓其可以專注于其他的業務創新上。

RISC-V的發展主要有兩個方面的驅動力，一是智能物聯網（AIoT）的需求碎片化。AIoT時代處理芯片規模將達到千億顆以上，遠超過現在互聯網和非移動互聯網時代需求。在移動互聯網時代，一套指令集可支撐整個互聯網發展。而AIoT時代，可能會出現成千上萬的定制需求，這種需求會導致芯片處理器的設計，以現有的方法難以去應對這種趨勢，所以需要發展新的處理器芯片的設計方法。RISC-V架構具備開放性、先進性、簡潔性、模塊化、擴展性五大特點，完美契合特定領域的架構（DSA）設計對開放性和靈活性的要求。

第二個驅動力來自于處理芯片設計人才的短缺。中國科學院計算技術研究所的調研數據表明，畢業生論文發布比例顯示，中美之間差距并不大，但是作者的工作去向卻有很大差距，學生畢業后85%在美國就業，僅有4%在中國。芯片設計的門檻過高，導致人才儲備不足，因此，如何能夠降低芯片設計門檻，讓學生也能流片，成為了亟待解決的問題，也促進了RISC-V的發展。

○專家觀點

中國科學院計算技術研究所高級工程師唐丹：

開源成為處理器芯片發展的

新趨勢之一

越來越多的聯網企業希望通過開源芯片來降低芯片的成本。在未來，用戶只需要關注定制的代碼，例如，在處理器中加入AI加速，用戶只需要關注加速指令，其他標準內容數據盒可以利用現有開源的代碼來完成，不用每一個做這個加速器的企業從零開始進行開發。對于開源代碼制成芯片產品，RISC-V相對X86和ARM而言更簡單一些，且穩定性強，同時RISC-V指令集的定義有一些模塊化的特點，例如，要實現一個X86和ARM指令集需要上千條，想要全部弄清楚是非常困難的，若是做嵌入式ICU也是不現實的，對于創業公司來說更是如此。當RISC-V采用模塊化設計之后，指令集只需要實現47條，即便是增加一些核心指令和計算依然不到100條指令，同時還可以在基礎指令集之上做自由組合。

芯來科技聯合創始人、COO徐來：

利用RISC-V架構

打造物聯網創新生態

AIoT時代帶來了低時延的、大容量設備的互聯，因此，豐富的場景、萬物互聯、智能化催生了巨大的芯片市場，也成了驅動創新的新引擎。RJSC-V順勢而生，其架構具備開放性、先進性、簡潔性、模塊化、擴展性五大特點，完美契合特定領域的架構（DSA）設計對開放性和靈活性的要求，在開放性方面，RISC-V指令集架構首次成為國際標準，任何人、組織、公司均可自由用于商業或非商業用途，在先進性方面，RISC-V架構設計上總結了歷史上諸多處理囂架構取其精華;在簡潔性方面，RISC-V的32或64位基礎指令不超過60條，加上擴展指令只有一百多條;在模塊化方面，RISC-V可根據不同需求配置不同的產品使產品更具差異化特色;在擴展性方面，RISC-V用戶可根據產品特性擴展自定義指令增加產品差異化和競爭力。可將，RISC-V將助力應用定義芯片成為趨勢。

中科院軟件所PLCT實驗室項目總監吳偉：

RISC-V將成為

未來的主流架構

RISC-V在合適的時間、合適的地點、提出了足夠好的設計，RISC-V將成為未來的主流架構。在時間方面，在20年前，摩爾定律開始逐漸失效，特定領域架構時代到來，DSA需要添加定制的指令，會顯著縮短研發周期，同時擁有大量的設計選擇權衡，因此，此類型的架構具有操作容易、基礎指令簡單、有編譯器和操作系統支持、預留了大量編碼空間等優勢。

在地點方面，RISC-V誕生于2010年的美國加州大學伯克利分校，Krste教授的團隊需要個簡單、免費、自由的ISA進行科研，作為更宏大的芯片設計創新項目的一部分，而伯克利具備這個條件，開發出支持全新的ISA所必需的系統。在設計萬面，RISC-V具有模塊化設計的概念，所擁有的最基礎的RV32I僅使用了40條指令編碼，同時還提供了高度靈活的配置空間以及提供了足夠多的軟件平臺支持。

湖南卡姆派樂信息科技有限公司總經理王峰：

RISC-V有自己的

向量編程模型

RISC-V有自己的向量編程模型，除了有32個向量指定以外，還可通過設置狀態寄存器設置指令行為，其中一個特殊的地方就是變長向量的擴展指令，意味著用戶在編寫程序的時候，整個向量、寬度和個數都是可以自由組合的。計算的時候采用的是低精度的計算，但是最終的結果保留了高精計算。

此類型主要應用在AI量化的過程，包括在整個量化過程中的加速操作。在輸入和中間量化過程中，我們可以用低精度進行量化，量化之后的結果需要一個高精度的保存，有助于后續推理運算的實現，保證高精度的結果。

時擎智能科技（上海）有限公司架構師曹英杰：

RISC-V

適合端側DSA智能處理器

RISC-V適合端側DSA智能處理器主要有五點因素：第一，RISC-V是開放免費的，因此成本較低。第二，RISC-V基礎指令較為精簡，因此功耗更低，第三，RISC-V具有靈活、模塊化的特性，使得使用范圍更加廣泛。第四，RISC-V的可擴展使其生命周期更長。第五，RISC-V軟件兼容性強，利于開發生態，幫助RISC-V在技術層面、商業層面以及其他更多層面都有很多優勢。例如，在技術層面，架構優勢帶來低成本、低功耗、模塊化，可擴展屬性賦予端側智能芯片根據應用需求進行架構定制的可能。在商業層面，無指令集授權費、更小的芯片面積帶來巨大成本優勢。在其他層面，開源、開放的指令集符合自主可控需求。

中國電子信息產業發展研究院高級分析師種丹丹：

國內外高度重視

RISC-V發展

國內RISC-V的前沿研究和開源社區還處于不斷建設的過程 目前，國內企業積極參與RISC-開源社區建設，除了企業一線之外，還有許多與硬件、軟件、投資、知識產權相關的公司，科研工作者也積極參與RISC-V社區的建設，研究機構也基于RISC-V開展前沿研究。此外，還有清華大學基于RISC-V的操作系統安全的研究、上海交大基于RISC-V的基帶處理器擴展項目等研究工作。與此同時，中國的相關聯盟組織也積極為生態建設凝聚力量。目前，各個國家都不同程度地對RISC-V進行了支持，國際上頂尖的高校也采用RISC-V架構或者開設了相關的課程，建立了開源的實驗室，產業方面一些龍頭的廠商也基于RISC-V推出了很多新的產品。