从“三分天下”到走向高性能计算，RISC-V的进击之路还有多长？

前几年提到RISC-V和X86、Arm三分天下，指的是X86占据了PC、服务器市场、Arm占据了移动计算的市场，而RISC-V在碎片化的IoT领域大有可为。这里的“三分天下”要打个引号，因为在IoT领域，Arm架构仍占据庞大的市场份额，只是说RISC-V灵活的指令集模块化，对应着物联网市场碎片化的需求是天然的优势，有着能够占据一方的潜力和趋势，并且在一些追求垂直整合增量市场更合适。

然而RISC-V的计算能力的拓展性极强，并不会止步在IoT市场。现在RISC-V的发展已经迈入了第二个阶段，走向高性能计算。近两年，不少RISC-V CPU主频已经达到甚至超过2GHz，对于矢量指令集的补充已经标准化，服务器CPU、桌面CPU也开始出现。

那么从“三分天下”的IoT翘楚到“深入腹地”的高性能计算的搅局者，RISC-V还有多长的进击之路要走？

我们在2023年第三届RISC-V中国峰会上，采访了RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond女士、本届峰会主席和中国科学院软件研究所副所长武延军老师、北京开源芯片研究院首席科学家包云岗老师，三位进行了展望和分享。

左至右依次：RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond女士、中国科学院软件研究所副所长武延军、北京开源芯片研究院首席科学家包云岗

高性能计算场景，RISC-V CPU崭露头角

早在去年的峰会上，平头哥就发布了无剑600系列，基于该平台打造的SoC原型“曳影1520”，主频最高达到了2.5GHz，RISC-V进入到了2GHz高性能应用。而算能也随即在今年3月推出了国内首款64核玄铁RISC-V服务器芯片SOPHON SG2042及服务器样机。随着Vector1.0已经正式量产，而平头哥也已经进一步开始了在RISC-V上进行独立矩阵指令集的研发。

另一个瞩目的高性能CPU IP来自中科院，第一代香山（雁栖湖架构）核已经成功流片，实测达到预期性能；第二代香山（南湖架构）高性能RISC-V 核心正在持续的产品化改造中，预计下半年会看到企业的流片；而据包老师介绍，第三代香山（昆明湖架构）内部的最新评估数据，SPEC 2006每GHz能达到接近14分。和Arm Neoverse 2代分数几乎一致。

SiFive的P600系列高性能CPU也已经于今年年初推出，实现了单位面积上比Arm A78更好的表现；而SiFive的X280作为TPU的矢量协处理器，提供了更直接的VCIX的接口技术，已经被谷歌等诸多客户采用。

在此次峰会上，赛昉科技推出了big-LITTLE的架构和互联IPStarLink 500，并借此实现了完整的大小核IP子系统。惊鸿8100系列采用12nm工艺，提供2TOPS的算力，也将会在明年正式发布。

RISC-V走向高性能、大算力应用已经是趋势，而且这种趋势正在加速。武延军分享到，Arm早期在MCU领域做起来，目前已经在移动计算领域取得了成功，现在又努力冲击服务器领域。而RISC-V也会按照这样的路线去走。目前RISC-V在MCU领域对于Arm的平行替代已经没有问题，现在正在逐渐向上走。

图：香山处理器内核

正如武老师所言，在此次峰会的展区上，我们看到了除了MCU之外的更多高性能计算场景的Demo。例如RISC-V的笔记本，RISC-V的服务器、万兆交换机等。随着处理器能力增强，RISC-V的天花板正在不断突破，向上的趋势变得更加势不可挡。

然而在当下阶段，要走向高性能计算的应用领域，生态的价值、尤其是软件生态的价值就会变得更为重要。硬件性能做上去了，生态的迁移是否能够跟得上，将会决定RISC-V能否在高性能计算领域站得住脚的关键。

走向高性能计算后，生态的价值至关重要

“早期没有太多人去谈生态，这是因为早期RISC-V主要集中在MCU这个层次。对于MCU以及嵌入式领域的一些应用来说，它的生态非常小。”武延军分享到，“随着处理器能力不断地升级，就像今天我们所看到的，有面向PC的、笔记本的，甚至有面向服务器的，这样的处理器出来以后，我们发现有越来越多的应用可以跑在RISC-V上，这时候的生态才会真正显现出来。”

首先是硬件的生态，这里面包含着诸多的工作要做。例如赛昉科技推出的IP子系统，实现了大小核和总线互连。而在服务器领域，CPU与其他IP的高效互连、对于最新高速连接协议的支持等，也都非常重要。据包老师分享，服务器级的RiSC-V CPU芯片已经出来了，如果要在未来要做得更好，在硬件层面上还有很多工作要做。比如除了RISC-V CPU的core以外，还有外围互联的芯片，怎么把这些Core更好地连接起来等。现在全世界做得最好的可能还是在Arm公司。如果在RISC-V整个大的硬件生态领域里缺少这种高质量的IP，那么就有可能会制约数据中心服务器级芯片的进一步提升。

而除了硬件的生态外，软件的生态同样至关重要。在2020年左右，大家开始意识到软件在生态中的重要价值。RISC-V第一发明人Krste Asanovic教授曾提到，2020年开始，软件的优先级就变得很重要了，RISC-V开始变成软件驱动的发展模式。

据武老师介绍，从2019年开始，中国科学院就开始致力于打造RISC-V“原生操作系统”，从操作系统的角度出发，看现有软件适配RISC-V指令集需要做出哪些改动，怎么样才能构建出一套比较完整的软件栈来支持RISC-V生态。

对于整个软件栈的构建，从2022年起，中国科学院软件研究所将从两个方面开展。首当其中的当然是开发工具链，发起一个叫做“如意SDK”（RuyiSDK）的项目。武老师表示希望能够给软件开发者提供“一站式”、“全家桶式”的开发工具集。有了如意SDK，开发者就不需要再浪费大量的时间在开发环境的搭建上，不需要自己去解决上下游软件包和工具之间的适配问题。“和它的名字一样，如意SDK希望让RISC-V的开发者能称心如意。”武老师介绍到。

另一方面，就是在操作系统层面，中国科学院软件研究所启动了一个叫做“PolyOS”（聚元操作系统）的项目。据悉，PolyOS不是传统意义上的操作系统，而是操作系统+开发板（或SoC）的适配器，当有新的RISC-V SoC出来以后，PolyOS能够很快地和SoC或开发板进行对接。90%以上操作系统的公共部分都已经做好，剩下只有不到10%私有工具链或补丁可以纳入到PolyOS里。这样就可以让开发板或SoC厂商在非常短时间内完成软硬件的适配，缩短整个交付周期。

图：聚元PolyOS编译构建架构

而除了中国科学院的努力之外，生态内也出现了更多的好消息。例如，9月份openEuler版本将会发布， RISC-V成为了继X86和Arm之后又一官方支持的架构。不久前，国际知名开源社区Debian首次把RISC-V作为Tier-1级的指令集标准规范来支持。Google的Android开源版本AOSP也把RISC-V当成官方要支持的指令集架构。在桌面PC和服务器等应用上，RISC-V软件生态的建设正在加速。

RISC-V的玩家们，要探索增量市场，找到适合自己的商业模式

X86和Arm都在把握住了各自的时代机遇，很好地支持并满足了其所处时代的计算能力需求。而在这个新的时代，一个指令集架构是否能够变得成熟丰富，Calista Redmond认为有三方面的要素。一方面取决于生态的建立，二是商业模式的问题，三是架构本身的问题，这都构成了指令集架构的成功变量。”开放性“和”合作“，在现在新的指令集架构发展过程中至关重要。

Calista Redmond表示，一开始大家更多是从降低能效、减少尺寸的角度出发来拥抱RISC-V，而现在更多客户是从增加性能的角度来选择RISC-V，比如数据中心、无人驾驶等。在这些高性能计算方面，一个生态系统的建立是非常重要的。

不论是初创企业还是大公司，对于RISC-V都呈现出拥抱的态势。Calista Redmond进一步分享到，小的企业、新的企业、初创企业因为以前没有其他指令集架构的负累，更容易拥抱新的架构带来新的机会，为自己带来“绿地”项目。大的跨国公司虽然在现有架构里有很大的投资，但他们又想通过AI，通过加速器能够为自己现有竞争力方面增添“翅膀”。所以，不同的利益相关方投资驱动力是有所不同的。

对于存量市场应用，已经构建了成熟的X86和Arm的生态，那么整个生态迁移需要时间，并且要去的来自上下游的各方支持，而在新的增量应用方向上，RISC-V和Arm、X86都站在同一起跑线上。得益于着开放的指令集，RISC-V支持玩家们选择多种不同的商业模式，在垂直的生态链上，可以只做一部分（例如只做IP等），也可以全部覆盖自己实现垂直整合（从指令集到到芯片、终端产品）。但不管选择何种商业模式，都需要找到适合自己的增长切入点，实现产品持续迭代和市场需求的相互驱动。

包老师表示，过去国内芯片公司可以直接选择台积电和Arm提供的“快餐”，在其上直接简单改动就可以快速实现芯片设计，并没有花很多的心思做研发。但其实芯片架构和工艺制程之间的结合，还是有非常多的空间可以挖掘。

而对于RISC-V的生态发展，最好是找到新的增量的应用场景。RISC-V凭借着开放的优势，可以快速联合市场上更多的伙伴把生态底层快速构建出来。智能汽车的自动驾驶或许是一个方向，或者XR的设备会是一个方向？让我们拭目以待。