RISC-V获得高性能芯片入场券,开放性与可靠性并行

来源:电子信息产业网

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关键词:高性能芯片

    “三分天下有其一”是业界对于RISC-V的定位和期许,开源带来的开放生态、灵活性和高度可定制性,让RISC-V成为搭建计算生态的一种新思路。但是,长期在AIoT等生态依赖性低的领域发展,也限制了RISC-V在高性能领域处理器的渗透,其掣肘之一就是软件生态的厚度难以支撑高性能处理器的要求。

    8月24日,阿里平头哥正式发布高性能无剑600 RISC-V芯片设计平台,主打高性能、高内存带宽、异构计算和人工智能加持。该平台是当前全球性能最高的可量产RISC-V SoC设计平台,将助力下游芯片设计公司开发基于RISC-V的高性能定制化芯片,推动RISC-V芯片主频从1Ghz走向2Ghz。基于无剑600,平头哥研发首颗SoC原型芯片曳影1520,为广大开发者在无剑600的软件适配和应用开发提供硬件底座。值得注意的是,曳影1520是龙蜥Linux社区支持的首个RISC-V架构芯片,实现了RISC-V架构向高性能厚软件栈领域的拓展。


    (图说:8月24日,平头哥发布首个高性能RISC-V芯片平台无剑600)

    “从RISC-V技术发展的大趋势来看,2022年将是RISC-V处理器进入高性能计算领域的元年。RISC-V架构已经初步具备了从1G时代进入2G时代的各项条件,成为一个技术逐渐成熟的架构。全球生态合作伙伴将共同大力推动RISC-V往更高性能方向演进。”平头哥半导体有限公司副总裁孟建熠表示。

    为高性能RISC-V开发赋能打样

    跻身高性能领域,是芯片架构走向主流的重要标志。随着RISC-V核出货量迈过100亿颗门槛,高性能成为RISC-V产业下一步的落子方向。在标准方面,RISC-V国际基金会正在积极推动RISC-V在高性能领域的标准和生态建设。平头哥生态副总裁杨静向《中国电子报》记者表示,RISC-V国际基金会将数据中心和车载作为应用框架的重点推进方向。此前,RISC-V国际基金把推动RISC-V在高性能计算、深度学习等领域的应用作为下阶段突破的重点之一。在产业层面,近期企业推出了高性能的处理器、SoC、便携式计算机、单板计算机等各种形态的RISC-V产品,持续推进RISC-V向高性能市场渗透。

    “对于RISC-V来说,高性能领域是一个高价值的市场,有利于RISC-V产业的商业化发展。同时,高性能处理器强调算力,产品更加复杂,对于推动RISC-V的架构完善和生态成熟是一个非常好的机遇。”孟建熠向《中国电子报》表示。

    但也需要注意的是,芯片性能越高,设计的门槛也就越高。孟建熠表示,2Ghz以上的芯片架构设计,与中低端领域的MCU架构不同,涉及先进工艺,还要综合考虑内存、算力、功耗、成本的均衡性,在有限的功耗条件下跑更复杂的IP核。同时,芯片的性能要足以承接高性能计算厚重的软件生态。

    这也是为什么一个兼具软硬件能力的RISC-V平台如此重要。记者从阿里平头哥发布会获悉,无剑600是一个高性能RISC-V异构芯片的软硬件全栈平台,实现了“CPU+XPU”的异构架构设计,在运行功耗、内存带宽和软件栈方面进行了优化。为了让平台在计算上有更好的普适性,平头哥设计了专用加速器,形成了完整的技术链路。该平台能够赋能芯片设计产业链各个关键节点的从业者,开发者和芯片厂商可基于无剑600定制高性能RISC-V芯片,降低芯片开发成本和风险,缩短研发周期。IP公司可基于无剑600打造RISC-V整体生态上的能力,下游厂商可以以系统级、体系化的框架进行芯片开发。

    (图说:基于无剑600平台设计的高性能RISC-V SoC原型曳影1520)

    本次与无剑600同步亮相的曳影1520,是基于无剑600平台量产的SoC原型芯片,最高主频达2.5GHz,AI算力达4TOPs。这意味着RISC-V从1Ghz走向2Ghz高性能商用时代。对此,孟建熠作了一个生动的比喻。

    “假如把RISC-V比喻成跳高运动员,原来都跳1米高,现在有人稳定跳到2米以上了,突破了RISC-V性能的极限。平头哥推动RISC-V从1GHz到2GHz的商用落地,从性能上说,是一个重要的分水岭。”孟建熠说。

    除了证明无剑600的高性能芯片量产能力,曳影1520还为开发者在无剑600等软件开发和应用适配带来便利。据悉,曳影1520面向阿里内部应用场景设计,从硬件到软件都已经完成了应用的适配,并已展开应用,同时也可基于曳影1520,为生态合作伙伴提供开发板和SOM模组等产品。

    以“平台+原型SoC”的方式,平头哥为高性能RISC-V的定制和量产赋能打样。孟建熠表示,平头哥将面向开发板、模组公司等致力于高性能RISC-V生态推进的合作伙伴,开放第一批原型芯片的评估申请。

    长好软件生态

    软件生态对于RISC-V的上限起到决定性作用。从桌面时代进入移动时代,计算的软硬件生态从Wintel走向了Arm与手机、IOT、存储等多领域操作系统的结合,而RISC-V有望在更多领域、更大范围实现操作系统适配和软件生态构建。

    2019年以来,平头哥基于自研的高性能RISC-V处理器玄铁910,实现了与Linux、安卓、Anolis、AliOS Things、FreeRTOS、RT-Thread等操作系统的适配。2021年10月,玄铁C910成功兼容安卓系统,可运行Chrome浏览器等应用。这是芯片行业首次实现RISC-V架构对安卓的支持。今年4月,平头哥在玄铁处理器上成功运行TensorFlow Lite,首次实现RISC-V在安卓12.0系统的AI支持。

    据孟建熠介绍,在适配安卓的过程中,平头哥修改了约12万行左右的代码。而平头哥打通安卓所积累的技术、工具和经验,也让此次与龙蜥OS的适配更加高效可靠。

    (图说:基于龙蜥Linux OS的软硬件全栈平台)

    龙蜥OS是基于Linux的开源操作系统,定位于服务器市场,支持x86、ARM等多种硬件架构和计算场景。在无剑600平台上,平头哥与龙蜥开源社区、中科院软件所PLCT实验室进行了软硬件全栈的联合优化,完成了RISC-V与龙蜥操作系统的3000多个基础包的适配,并在曳影1520芯片上首次运行FireFox浏览器、LibreOffice等大型桌面级软件。

    “这是全球首次在RISC-V芯片上运行Libre Office,对未来RISC-V走向高性能产生非常重要的意义。这是无剑600平台的一小步,但是RISC-V的一大步。”孟建熠说。他表示,龙蜥社区同时推出了RISC-V的桌面版本,为后续RISC-V架构在桌面领域的进展奠定了基础。

    在持续打通RISC-V与主流及新兴开源操作系统的同时,平头哥也为开发者准备了向RISC-V迁移、与RISC-V适配或者在RISC-V开发软件和应用的工具库。在编译器层面,平头哥持续推动GCC(GNU操作系统的编译器套件)与LLVM的优化,让RISC-V架构达到商用产品的性能。在开发工具上,平头哥一方面自研CDK、CDS集成开发工具,同时兼容第三方的RISC-VCore,并让玄铁Core支持第三方的工具。在AI方面,提供HHBAI部署工具。在基础软件方面,持续在基金会推进CSI标准,持续推动RTOS、Linux和安卓研发,并在此基础上助力无线连接、语音和视觉方面的应用框架设计。

    稳定与开放并行

    经过12年的发展,RISC-V的稳定性持续提升,技术前景也在不断攀升的出货数字中得到验证。数据显示,全球已出货100亿颗RISC-V芯片。平头哥的RISC-V处理器也已在30个应用领域得到了应用,包括网络通信、数据存储、工业互联、通用MCU、计算视觉、医疗电子与人工智能等领域,以每年50%的授权数增长,是国内RISC-V领域影响力和市场占有率领先的RISC-V处理器产品。

    “很长一段时间里,RISC-V的市场穿透速度没有那么快,是因为很多从业者在观望它到底能不能量产,可靠性、稳定性有多强。平头哥推动RISC-V在多个行业实现了产品的量产,有些客户实现了千万级量产,证实了RISC-V的可量产和稳定性。有了硬件的保证,RISC-V会产生更强的吸引力。”杨静向记者表示。

    如果说稳定性是RISC-V的安身之本,开放性就是RISC-V的生命力,也是平头哥RISC-V的布局主线。过去两年,平头哥与Imagination共同推进复杂IP的底层打通,已经可以提供硬件IP到优化的软硬件异构计算方案,支持主流的图形加速库。平头哥还与劳特巴赫进行了合作,打通了玄铁CPU与劳特巴赫调试生态的连接。同时,平头哥与国内合作伙伴开发了一系列高端芯片、开发板、算法训练平台等RISC-V产品。

    与开源操作系统龙蜥OS的“双向奔赴”,不仅是RISC-V进入桌面生态的重要举措,也让桌面级RISC-V真正实现从底层硬件、基础软件到应用层的开放性。此次发布的无剑600也集成了丰富的高速接口,为用户提供扩展能力,后续也将持续支持第三方IP的接入。同时,无剑600SoC将面向行业提供授权,并向第三方的IP公司和基础软件公司开放,允许更多的资源接入到RISC-V生态,共同推动下游应用的发展。

    但这种开放性并不指向碎片化,而是一种标准之上的开放性。孟建熠向记者表示,RISC-V本身具备稳定的基础指令集架构,每一项指令集的扩展会经过RISC-V基金会专家组的论证,有着完整严密的流程。作为国际基金会的董事会成员,平头哥在基金会参加了29个技术方向的标准制定,在其中10个组织里面领导了标准的制定,持续推动RISC-V的国际标准建设。

    在此基础上,平头哥携手上下游合作伙伴,不断推动RISC-V向更多领域穿透,在更多市场进行产品化、商用化落地。无剑600 SoC平台面向平板、智慧大屏、智能NVR、AR/VR和低速UGV等高性能旗舰级的产品,并支持医疗成像、视频会议、家用机器人和无人机等中高端应用,在帮助RISC-V架构进入高性能应用的同时,助力芯片产品走进更多行业和领域。在垂直行业领域,平头哥为行业伙伴提供更加高效、更低成本的芯片设计能力,与基于RISC-V架构搭建软件栈所需的工具、软件、集成环境等技术支持,帮助合作伙伴打造定制化的系统或产品,形成差异化的市场竞争能力。

    (审核编辑: 智汇闻)