平頭哥半導體副總裁孟建熠專訪：揭開玄鐵RISC-V處理器開源背后的秘密

芯智訊|Core Zhixun|

2022-03-10 13:30:53 29

10月19日，在2021云棲大會上，阿里云智能總裁、達摩院院長張建鋒宣布旗下平頭哥半導體自研的四款玄鐵RISC-V系列處理器開源，并開放系列工具及系統(tǒng)軟件，引發(fā)了業(yè)界的極大關注。

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芯智訊在會后對平頭哥半導體副總裁孟建熠進行了專訪，揭開了阿里及平頭哥半導體對于RISC-V生態(tài)的深度布局與發(fā)展愿景。

RISC-V已是大勢所趨

2025年RISC-V CPU內核出貨量將達624億個

雖然目前在PC及服務器市場X86架構一家獨大，在移動市場Arm架構一統(tǒng)江湖，但是他們都是屬于封閉的架構系統(tǒng)。而且X86架構主要掌握在英特爾和AMD手中，并不對外授權。Arm雖然對外提供其內核IP授權，但是對于下游的芯片開發(fā)商來說，開發(fā)Arm芯片的難度并不小、開發(fā)的成本也比較高，而且在開發(fā)當中并不能根據(jù)需要對Arm IP核進行任何修改，缺乏足夠的自由度和靈活度。這對于需求非常碎片化、對功耗、成本也更為敏感的物聯(lián)網市場來說，并不友好。

相比X86和Arm的封閉架構來說，RISC-V架構則是完全開放的，具有指令精簡、模塊化、可擴展、開源等眾多優(yōu)點，任何人都可以不受限的基于RISC-V指令集來做開發(fā)。

特別是近年來，國內對于核心芯片的自主可控需求越來越高，在此背景之下，符合國內自主可控要求的開源的RISC-V架構開始大受國內廠商的歡迎。

目前國內像平頭哥半導體、兆易創(chuàng)新、華米科技、賽昉科技、芯來科技等眾多半導體廠商都有推出基于RISC-V架構的芯片或IP。此外，還有更多的中國半導體廠商正在積極的基于RISC-V架構進行相關的研發(fā)。

根據(jù)RISC-V基金會的數(shù)據(jù)顯示，目前其會員已有超過2000家，覆蓋了70個*。而在此之前的2018年，則只有不到200家左右的會員，足見RISC-V近幾年發(fā)展之迅猛。這也與中國廠商的大力支持密不可分。

目前，在RISC-V基金會僅有的14家最*別的會員當中，中國廠商就占據(jù)了9家。包括阿里巴巴（平頭哥半導體）、華為、中興、賽昉科技、紫光展銳、西姆計算、中國科學院軟件研究所（ISCAS）、中科院計算所（ICT）、成為資本。另外，在RISC-V基金會的戰(zhàn)略會員中，中國廠商也是非常之很多。

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在中國廠商的追捧之下，RISC-V生態(tài)開始加速繁榮，這也吸引了越來越多的國際一線大廠也開始加入或進行相關布局。

比如，機械硬盤大廠西部數(shù)據(jù)和希捷都推出了自研的RISC-V處理器；知名的RISC-V CPU IP提供商SiFive近兩年累計獲得了超1億美元的投資，投資者包括高通、SK海力士、西部數(shù)據(jù)等大廠。今年6月，業(yè)內還傳出消息稱，英特爾將以20億美元收購SiFive；甚至連MIPS指令集的持有者Wave Computing（在破產重組后改名MIPS）也在今年初宣布，今后將不再設計MIPS 處理器，開始轉向基于RISC-V 的芯片。

根據(jù)Semico Research預測，到2025年，RISC-V CPU內核的出貨量將達到624億個，2018-2025年復合年增長率高達146.2%。其中在工業(yè)領域將以167億個核心的出貨量居于*位置。

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加速RISC-V生態(tài)繁榮

阿里平頭哥開源玄鐵系列處理器

雖然RISC-V指令集是開源的，任何人都能夠輕松的獲得RISC-V指令集來做開發(fā)，但是從拿到RISC-V指令集，到開發(fā)出可用的自研CPU仍需要投入不少的人力、物力和資金進行研發(fā)。這就好比造房子，即使有人給你提供免費的水泥和磚頭，但并不代表就一定能夠造出堅固耐用且美觀的房子。

因此，在RISC-V生態(tài)當中，也有著很多專門提供基于RISC-V架構的CPU IP核設計的廠商，其扮演角色類似于Arm，主要是向第三方的芯片設計廠商授權基于RISC-V架構的CPU IP核，芯片設計廠商可以基于這些IP核，結合其他相關IP，就能夠快速搭建出符合自己需求的芯片設計，這有點像跟開發(fā)商買毛坯房，不需要頭到尾自己來一磚一瓦的來建造，自己只需要進行戶型選擇與內部裝修設計即可。

比如前面提到的平頭哥半導體、SiFive、芯來科技等都是RISC-V CPU IP核提供商。他們向客戶提供RISC-V CPU IP核授權或相關設計服務。

自2019年7月25日，在“2019 阿里云峰會”正式發(fā)布了號稱業(yè)界最強的高性能RISC-V處理器——玄鐵910之后，平頭哥近兩年又陸續(xù)推出了玄鐵902、906、907等多款RISC-V CPU IP，覆蓋了從低功耗到高性能的各類場景，支持AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等操作系統(tǒng)，并已成功應用于微控制器、工業(yè)控制、智能家電、智能電網、圖像處理、人工智能、多媒體和汽車電子等領域。

據(jù)最新公布的數(shù)據(jù)顯示，目前平頭哥玄鐵系列處理器出貨已超25億顆，擁有150余家客戶、超500個授權數(shù)。

為什么在玄鐵系列處理器蓬勃發(fā)展之時，平頭哥卻主動打破行業(yè)的商業(yè)模式，將旗下玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量產處理器IP，以及基于玄鐵的多操作系統(tǒng)的全棧軟件及工具進行開源呢？

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平頭哥半導體副總裁孟建熠告訴芯智訊：“對于RISC-V這種開放型的架構，需要新的相比傳統(tǒng)授權更加開放模式，才能更好的支持創(chuàng)新。通過我們過去幾年的發(fā)展，我們也感覺到，我們自己來推動RISC-V這個架構的力量還是遠遠不夠的。所以我們希望今天把它開放出來之后，讓大家能夠在這個上面做自己軟硬件的適配，有助于RISC-V架構往更深層次的創(chuàng)新演進，給整個產業(yè)帶來更大的收益。”

在半導體IP公司中，除了Synopsys、Arm等頭部廠商之外，想要賺錢本身就很不容易，更何況是基于免費開源的RISC-V來做IP。對平頭哥來說，單純IP授權業(yè)務本身也并不能覆蓋團隊成本。

但是，IP卻又是半導體行業(yè)非常重要的環(huán)節(jié)，他可以降低行業(yè)的創(chuàng)新門檻，幫助大家降低芯片開發(fā)的難度和成本。這對于推動RISC-V生態(tài)的繁榮起著非常重要的作用。因此，這也是阿里切入半導體領域之后，首先布局的一環(huán)。

孟建熠坦言：“對于普通的一家IP公司來說，所有的回報都需要從IP授權來。但對于整個阿里體系來說，我們則需要從整個云端一體的大生態(tài)來看。我們認為就開源玄鐵處理器有利于這個大生態(tài)，我們就會開源。投入不是問題，我們現(xiàn)在投入那么大，所以也不會以傳統(tǒng)IP廠商的思維來考慮。阿里有著強大的生態(tài)基因，很多事情是從塑造和影響生態(tài)作為出發(fā)點考慮的。我們的生態(tài)就需要更多定制化的、普惠的芯片，進一步推動云端一體的生態(tài)繁榮。”

據(jù)了解，開源的玄鐵RISC-V CPU雖然默認是面向阿里的AliOS進行優(yōu)化，但是也會對市面上主流的FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android進行支持。因此，開發(fā)者也可以自己自由選擇。

孟建熠強調，玄鐵CPU的開源，并不單單是為了阿里本身，而更多的是為了整個社會和RISC-V生態(tài)的基礎設施的完善。

“我們首先考慮的是RISC-V怎樣做的更加完善，因為要有更多人來做這件事情，把創(chuàng)新成本降的更低。然后等整個架構成熟的時候，自然而然會有更多的OS服務方面的需求，從這個賽道里跑出來。我想等到整個生態(tài)成熟的時候，阿里一定會是這個生態(tài)的受益者之一。”孟建熠向芯智訊解釋道。

那么，平頭哥玄鐵RISC-V的開源，是否會對SiFive、芯來等RISC-V CPU IP廠商帶來沖擊呢？

在孟建熠看來，在RISC-V的領域，開源的CUP核已經不是稀缺資源，目前RISC-V網站上就已經有了110多款CPU核，很多是開源的。所以，SiFive這些廠商一直都面臨著開源RISC-V CPU核的競爭。同時，他們也面臨著其他設計能力更強的RISC-V CPU IP廠商的競爭。但是大家都是在共同推動RISC-V生態(tài)的發(fā)展，為RISC-V貢獻開源代碼，存在著既競爭又合作的關系。這就是RISC-V生態(tài)。

同樣，即便平頭哥的開源了玄鐵CPU，也會面臨著其他開源CPU的競爭。

“如何讓這些開源的核具有穩(wěn)定、可靠和持續(xù)演進的能力，推動開源核與開源軟件的生態(tài)融合，以及如何幫助客戶使用這些開源核，真正成功量產才是關鍵。我們后續(xù)會加強提供產品化過程中的服務。”孟建熠說到。

全棧式開源，*賦能AIoT生態(tài)

得益于阿里龐大的生態(tài)體系的支持，在涉足RISC-V CPU IP核領域之初，阿里似乎就已經計劃將其RISC-V CPU IP核及相關設計進行開源，以最大程度的賦能整個AIoT生態(tài)。

在2019年阿里平頭哥正式發(fā)布*RISC-V處理器玄鐵910之時，阿里巴巴集團副總裁戚肖寧博士就表示：“傳統(tǒng)通用芯片的模式越來越難適應碎片化AIoT場景的需求，開源、開放是大勢所趨，平頭哥致力于做AIoT時代的芯片基礎設施提供者，降低企業(yè)設計芯片的門檻，讓芯片更普惠。”

當時阿里還宣布了“普惠芯片”計劃。即平頭哥將*開放玄鐵910的IP Core，全球開發(fā)者可以免費下載該處理器的代碼（當時開放的是FPGA代碼），在其基礎上快速開展芯片原型設計和架構創(chuàng)新。

隨后，為了加速基于玄鐵CPU核的芯片開發(fā)設計，2019年8月，平頭哥半導體發(fā)布了面向AIoT時代的一站式芯片設計平臺“無劍”，提供集芯片架構、基礎軟件、算法與開發(fā)工具于一體的整體解決方案，能夠幫助芯片設計企業(yè)將設計成本降低50%，設計周期壓縮50%。

2019年10月21日，在第六屆烏鎮(zhèn)互聯(lián)網大會上，平頭哥半導體又宣布，正式開源基于RISC-V架構的低功耗微控制芯片(MCU)設計平臺。

2021年5月29日，在2021阿里云峰會上，平頭哥半導體推出三款RISC-V開發(fā)板，分別基于玄鐵910、C906、E906處理器，適用于高性能、高能效、低功耗場景，可支持Android、Linux、AliOS Things等操作系統(tǒng)，解決了RISC-V生態(tài)的配套軟硬件及工具的稀缺問題，進一步滿足開發(fā)者和企業(yè)的需求。

隨著此次平頭哥宣布開源玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量產處理器IP，以及基于玄鐵的多操作系統(tǒng)的全棧軟件及工具。

至此，平頭哥用三年多的時間，完成了從玄鐵RISC-V CPU IP核、到基于玄鐵的MCU設計平臺、到基于玄鐵CPU的開發(fā)板、再到開源EDA工具及系統(tǒng)軟件的全棧式開源，圍繞RISC-V生態(tài)全鏈條的*開放、透明和普惠，實現(xiàn)了阿里最初既定的目標。

在此次云棲大會上，阿里云智能總裁、達摩院院長張建鋒還宣布，“未來，我們將開源更多RISC-V處理器，也希望有更多的合作伙伴，在玄鐵基礎上研發(fā)出更多有價值的IP核和基礎軟件，共同構建開放、透明和普惠的RISC-V生態(tài)。”

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△在云棲大會期間的《前沿計算突破論壇》上，復旦大學教授范益波還透露了其與達摩院聯(lián)合研發(fā)的基于人工智能的XK-ISP后續(xù)將會推出開源的ISP IP Core版本。

在訪談當中，孟建熠也向芯智訊進一步透露，除了玄鐵RISC-V CPU IP之外，平頭哥還會繼續(xù)在其他一些核心IP上進行研發(fā)投入，同時還計劃與一些商業(yè)IP公司合作，讓商業(yè)IP公司也針對玄鐵RISC-V生態(tài)推出開源版本的IP（平頭哥也會幫助其去實現(xiàn)硅驗證），一起推動開源的發(fā)展。

關于RISC-V的未來

由于RISC-V架構的優(yōu)勢就在于非常的精簡，具有非常*的能效比，且免費開源，可定制化程度高，可以方便的進行擴展，綜合成本更低，這也使得其更適用于對于定制化功能、能效、成本要求較高的物聯(lián)網市場。目前RISC-V在物聯(lián)網市場也已經取得了不錯的成績。

那么接下來，隨著RISC-V架構持續(xù)演進，以及越來越多的芯片廠商及上下游產業(yè)鏈廠商的加入，RISC-V是否有機會進入移動終端、汽車、PC/服務器等對于性能要求更高的新的市場，與英特爾、Arm等廠商正面競爭呢？

從RISC-V基金會公布的路線圖來看，目前RISC-V指令集已經支持64位，支持更多核心，這也使得其性能將得到大幅提升，另外在軟件上加強對于Linux系統(tǒng)及AI編譯器的支持。

孟建熠也表示，目前性能并不是阻礙RISC-V進入其他市場的瓶頸。其透露，玄鐵CPU在12nm下的主頻已經可以跑到了2.5GHz，還有一家美國公司的RISC-V CPU甚至可以跑到了5GHz。如果要提升集群性能，那么就是做并行擴展就是了，RISC-V現(xiàn)在最高已經可以做到2048位的位寬了。

“RISC-V要進入其他市場，目前最大的問題是，沒有構建出一個上層的軟件生態(tài)，這個是必須要補的課，補完課之后他還要去創(chuàng)新，才能夠有機會。”

在移動端，雖然谷歌一直并未正式提供對開源的 RISC-V ISA 基于硬件的 Android 編譯支持，但在今年1月，平頭哥已經成功在玄鐵RISC-V硬件上運行了安卓系統(tǒng)，并將相關代碼進行了開源。這也意味著未來RISC-V后續(xù)將有望進入移動市場。

“我們去跑Android的初衷，就是看RISC-V能不能承擔瀏覽器、Java這種交互很強的應用的壓力。Android的軟件棧很厚，我們需要通過移植他來進一步探索RISC-V架構的完整性和能力的極限。”孟建熠透露：“通過不斷的測試和優(yōu)化，目前已經可以流暢的運行Android系統(tǒng)，跑網頁多媒體目前也沒有問題，預計在今年年底或明年年初，將會有更好的版本推出來。”

另外，在服務器端，芯片初創(chuàng)企業(yè)Esperanto公司去年也推出了自研的單芯片集成了1000多個RISC-V內核的ET-SoC-1處理器，主要面向服務器端的大規(guī)模機器學習應用。阿里云面向服務器的飛天操作系統(tǒng)也已*兼容X86、ARM、RISC-V架構。

我們都知道，RISC-V的優(yōu)勢就是指令精簡、可擴展、開源、免費，但是如果未來RISC-V往越來越“重”的方向去做的話，可能會與Arm越來越像，其原有的一些優(yōu)勢可能也將會被弱化。那么屆時又該如何去與其競爭呢？

對此，孟建熠認為：“最終要看市場的選擇，如果RISC-V在市場上大家選擇了它，要進入哪個行業(yè)，我覺得它就要具備那種能力。如果說那個市場里面沒有需求，就算你進去了，也是沒用的。要說RISC-V進入新市場的競爭優(yōu)勢，那就是新架構在新的市場中有望完全走出一條新的路，其全球的并行開發(fā)模式能夠讓RISC-V更快的適應創(chuàng)新。”

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