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「芯視野」要成為處理器世界第三極 RISC-V的底氣是什麼

根據路透社的報道,Intel公司對SiFive公司提出了20億美元的收購要約。

20億美元的收購金額,在半導體行業動輒過百億的併購案中並不惹眼,但是背後卻隱隱浮現了一條行業變遷的線索。處理器的世界在X86和ARM兩強並立多年之後,很有可能進入三國鼎立的新時代。

已今非昔比

SiFive公司何方神聖也?聽聞Intel收購傳聞的很多人都會有這樣的疑問。

該公司的官方介紹是,作為RISC-V指令集和開源硬體的領導者,於2015年7月由RISC-V發明者所創立,是全球首家基於RISC-V定製化的半導體企業。

儘管SiFive的大部分商業RISC-V業務都是嵌入式的,但在過去的六年裡,他們已經成功贏得了80家公司的200多項設計,其中包括出貨量超過10億的前十大晶片公司中的七家。

對於這次收購傳聞,集微諮詢高階分析師陳躍楠認為:“由於5G和物聯網兩個核心驅動力的到來,終端應用不斷創新,新的晶片應用領域不斷開啟,Arm架構的發展如魚得水,生態快速擴大,而Intel的x86雖然在PC領域地位穩固,但在與Arm的角力中已劣勢初顯,尤其是隨著物聯網的發展,Intel需要找到新的突破口。而RISC-V的出現無疑是ARM的一個潛在的競爭產品。

讓SiFive公司業績飆升的RISC-V自己也在快速成長中。據RISC-V基金會CEO Calista Redmond介紹,從嵌入式到企業,RISC-V核心、SoC、開發板、軟體和工具的市場勢頭正在增強。與此同時,2020年RISC-V基金會全球會員增加了一倍,達到900多名成員,其中包括215個組織。

有位業內人士就曾指出,“不瞭解或未佈局RISC-V的大廠幾乎沒有,而即便沒有量產產品,通常也加入了產業聯盟”。

據相關媒體報道,以RISC-V為核心的阿里平頭哥處理器的授權客戶數量已經超過100家,授權數量超過300個,累計出貨超過10億顆,涉及無線接入、語音識別、AI視覺、智慧家電、工業控制、物聯網安全等領域。

另一家專注於RISC-V核心的本土企業芯來科技,客戶也已覆蓋國內外超200家晶片公司和系統公司,其中不乏多家行業頭部企業。最為知名的合作就是在2019年8月,芯來科技和兆易創新聯合推出了全球首個基於RISC-V的32位通用MCU(微控制單元),其核心Bumblebee由兩家公司共同研發。

放眼全球,很多科技巨頭都在很早就開始佈局RISC-V,比如全球知名儲存廠商西部資料2018年底就釋出了基於RISC-V指令集的自主通用架構SweRV、開源的SweRV指令集模擬器(ISS),並向第三方晶片廠商開放。並且,其將以每年10億到20億顆的出貨預期,逐步完成全線產品(包括機械硬碟和固態硬碟)遷移到RISC-V定製架構。

近日,亞馬遜更是被爆出在內部決定支援免費的開源方案RISC-V,以探索用其替代Arm的可能性。

之所以廣受歡迎,一方面是RISC-V給予了廠商極大的自由度。

另一方面,RISC-V發展時間短,架構設計上沒有歷史包袱,採用的理念和方法較為先進。

與動輒有1000多條指令的主流架構X86和ARM相比,RISC-V的指令不到100條,篇幅更少,即便順應時代需求增加與AI結合等的定製化處理,最終的架構也會相對更簡單。

同時,相比其他處理器架構一個大不同是RISC-V的模組化特徵。

因此,RISC-V架構不僅短小精悍,而且其不同的部分還能以模組化的方式組織在一起,從而試圖透過一套統一的架構滿足各種不同的應用。

比如,針對於小面積低功耗嵌入式場景,使用者可以選擇RV32IC組合的指令集,僅使用Machine Mode(機器模式);而高效能應用作業系統場景則可以選擇譬如RV32IMFDC的指令集,使用Machine Mode(機器模式)與User Mode(使用者模式)兩種模式。

可能正是看中了RISC-V的諸多優勢,Intel才有了收購SiFive的意願。陳躍楠就認為:“對標英偉達收購ARM,此次對SiFive的收購,更像是一次Intel的主動出擊,將RISC-V新增到自己的武器庫中,並與x86一起為客戶提供更多的解決方案,擴大自己的生態競爭力,穩固市場。”

更大的野心

近日,一個由來自10個歐洲國家的28個合作伙伴組成的,旨在幫助歐盟在HPC晶片技術和HPC基礎設施方面實現獨立的專案EPI(TheEuropeanProcessorInitiative)宣佈,已成功釋出其基於RISC-V架構的EPAC1。0測試晶片。

代號為Titan的EPAC測試晶片晶片將與PCIe EPAC測試平臺相輔相成,可以測試和增強體系結構,以備將來修訂和構建原型系統。

根據EPI的計劃,2022年將把ARM和RISC-V的組合晶片用於高效能計算(HPC),在臺積電的6nm工藝上生產使用ARM Zues和RISC-V核心生產代號為Rhea的多核裝置。

雖然SiFive 現任CEO James Prior表示未來五年內極不可能看到端到端的 RISC-V 資料中心,但定製加速器肯定有很大的機會可以超越Arm,特別是在軟體、工具和支援方面的條款。

這也許是Intel看上RISC-V的另一個原因,為其在資料中心的地位穩固尋找一個補強的工具。James Prior就表示,“殺手級應用即將到來,它將出現在人工智慧和加速器中,甚至是專門構建的系統中。RISC-V可以提供的價值就在於,即使主要作業系統上的處理器沒有執行RISC核心,執行加速的空間依然可見其身影。”

不過,其他RISC-V廠商還有更大的野心。2020年12月10日,賽昉科技釋出了全球效能最高的RISC-V處理器核心-天樞系列處理器。該系列處理器針對性能和頻率做了最佳化,基於64位核心,採用12級流水線和7nm工藝製程,頻率最高可達3。5GHz,由臺積電代工,填補了RISC-V在高效能計算應用領域的空白。

而據RISC-V基金會的首席技術官Mark Himelstein的表述:“目前已經有基RISC-V的雲伺服器,阿里巴巴和一些公司已經做到了這一點。”他預料很快能看到RISC-V架構能為從智慧手機到HPC系統都提供支援。

按照Himelstein的說法,與其說更多RISC-V伺服器尚未出現的原因與架構的就緒程度有關,不如說它與硬體製造商開發產品並將其推向市場的時間有關。他表示,“將嵌入式產品推向市場可能需要一年左右的時間,一臺伺服器大概要五年。”

儘管沒有明確的時間表,但是業界對RISC-V在資料中心的未來基本是看好的。投資機構ARK Invest預測,到2030年ARM和RISC-V可能成為新的處理器標準,可能會在雲業務領域取代英特爾x86架構。該機構預計,ARM+RISC-V的組合所佔據的伺服器市場份額,將從2020年的零,增加到2030年的71%。

迎難而上

像其他所有新物種一樣,RISC-V的成長壯大也伴隨著各種爭議。

有一種廣為流傳的觀點就是,RISC-V 允許使用者任意新增新的指令,照此趨勢發展下去可能將會導致破碎化風險,即各晶片廠商開發出的RISC-V 架構處理器都屬於 RISC-V 體系,但在實際應用搭配時卻不能夠適配同樣版本的軟體。

當前,RISC-V直接提供了免費的架構授權,還允許使用者做自己的定製化和拓展。將RISC-V用作產品核心模組的公司正是希望能充分利用該架構的優勢來做自己的差異化產品。很多的晶片設計企業因此紛紛量產了自有RISC-V方案,其中的一些甚至已經迭代了兩到三代。這就引發了大量商業IP的無序迭代將引起RISC-V生態碎片化的擔憂。

國內著名的計算機專家倪光南也在關注這個問題。他認為作為完全開源免費的架構,RISC-V非常適合國內規模如此龐大的市場需求,但RISC-V採用了BSD的開源協議,因此晶片設計企業自己所做出的改進是可以不開放的,這樣也許有利於產業化,但可能會引發碎片化問題。倪光南院士提倡成立中國自己的RISC-V基金會,以便對國內企業做好協調相容工作。

在全世界範圍內,也正是得益於RISC-V基金會的作用,RISC-V才得以迅速壯大起來。面對中國企業百花齊放的局面,要想讓RISC-V在國內更上層樓,確實需要一個組織來搭建一個穩固的支撐體系。

不過克服了碎片化的問題,RISC-V要建立完整的生態也需要更多的努力。目前,RISC-V領域還沒有出現爆款型的通用型晶片,而基礎軟體,比如編譯器、偵錯程式、OS、基礎庫、上層應用框架等,RISC-V也有很多需要完善的地方。

好在國內的RISC-V產業鏈條已初具規模,包括半導體IP設計及服務、代工、研究機構、開發工具、機器學習、商業晶片供應商、FPGA、應用程式處理器在內的各個環節,形成了完善的產業叢集。

陳躍楠認為:“充分利用國內發達的終端應用和產業叢集,深度投入到RISC-V的開發應用中,在未來憑藉其較為完整的產品組合,我國RISC-V產業的競爭力將進一步提升。”

他特別強調:“充分利用中國半導體資本市場活躍的優勢,助力RISC-V相關企業快速做大,並對小企業進行整合,整個產業結構和產業生態的才會進一步完善。”(校對/Andrew)

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