全球首款集成3D GPU的量產RISC-V單板計算機——昉·星光 2

近期，開源RISC-V再次走到聚光燈下。不久前，騰訊公司加入開源指令集標準RISC-V國際協會（RISC-V International）。繼阿里巴巴、華為、紫光展銳、中興通訊、賽昉科技、中科院等企業和機構之后，RISC-V陣營中迎來了新的中國成員。

RISC-V是基于精簡指令集計算原理建立的開放指令集，最核心的優勢在于完全免費開放，不會有版權糾紛問題。全球越來越多的公司對這一新興架構充滿期待，但是，RISC-V想在未來產品和應用中擔任更重要的角色，尤其是中國企業想要借此發揮更大的作用，還有很多“攔路虎”要掃除。

需跨越從原型到產品的“死亡之谷”

從加利福尼亞大學伯克利分校的一個實驗室中翩然起步，如今距離RISC-V的誕生已經過了十年有余。這個每每被談及，必與X86、Arm相提并論的新興指令集架構，正在物聯網、云端等更多應用場景中發揮潛能，吸引了眾多企業紛紛布局。IP廠商Imagination在2022年夏季推出了首款商用RISC-V內核，用于片上系統(SoC)設計；英特爾2022年2月宣布正式加入RISC-V國際協會，并且投資4億歐元與西班牙超算中心合作，計劃在10年內開發出基于RISC-V的超算CPU；谷歌將為RISC-V芯片推出新的開源操作系統。

在與Arm的“專利戰”爆發后，高通對RISC-V的布局更加積極。高通產品管理總監Manju Varma表示，高通已經基于RISC-V打造了許多產品，截至2022年底，采用RISC-V架構的高通芯片出貨量已經超過6.5億顆。目前，高通的PC、移動設備、可穿戴設備、聯網汽車以及AR/VR頭顯的SoC中都使用了RISC-V微控制器。據市場調研公司Semico Research預測，到2027年，市場上將有250億個基于RISC-V的AI SoC，預計同年收入達到2910億美元。

RISC-V于2017年進入中國產業界，賽昉科技是第一批投身RISC-V發展的國內企業，對RISC-V理解頗深。

“截至2022年末，我國大約有50款不同型號的國產RISC-V芯片量產，應用場景集中在MCU、電源管理、無線連接、存儲控制、物聯網等中低端場景。”賽昉科技資深銷售總監周杰對《中國電子報》記者表示，我國的RISC-V技術落地已度過了初級階段。但需要看到的是，RISC-V在國內產業化和商業化之路上，仍面臨兩大“攔路虎”。

周杰認為，RISC-V將走向開放應用場景，建立成熟的軟件生態將是RISC-V在開放應用場景落地的最大挑戰。目前量產的芯片，大多是用在相對封閉的應用場景，軟件需求相對簡單和固定，芯片原廠就能實現70%的軟件。到了開放應用場景，軟件需求會呈指數級增長，例如各種操作系統的移植，中間件和庫函數的優化，以及各種開發框架的適配等，每一個技術點都是巨大的工程，必須聯合芯片原廠、第三方軟件公司、開源社區一起合作全力投入。

第二大挑戰與RISC-V將向高性能應用場景滲透有關。周杰表示，中高端RISC-V芯片從設計方案，到流片成功，到定制開發，再到大規模量產，最終完成銷售，需要極其強大的人力和財力的支持。對芯片公司來說，組建一個具備高端芯片設計、研發、銷售能力的端到端的完整團隊十分重要，而國內高端芯片人才緊缺，芯片公司搶人之風盛行，十分不利于團隊的組建。另外，初創的RISC-V芯片公司需要大量的資金維持研發需求，在半導體投資遇冷的背景下，他們的發展也并不容易。

事實上，所有指令集都需要經歷從原型到產品的“死亡之谷”。在北京開源芯片研究院助理院長唐丹看來，這個階段有時候并不完全是技術上的問題，其實重點還是在于市場牽引。如果沒有市場牽引，僅靠單方面的技術迭代，無論是技術上還是時間周期上都有很高的難度。

“RISC-V的產業化目前的難度還是在于沒有找到明確的市場切入點，也就是‘殺手級’應用場景。”唐丹以Arm為例對《中國電子報》記者表示，在移動端生態出現的前幾十年，Arm的發展也較為緩慢。目前，RISC-V在軟件生態鏈較短的IoT應用場景，特別是需要根據應用場景定制的市場，已經有廣泛的應用。但一個生態真正成熟還是要靠高端生態牽引。RISC-V要實現可靠和高質量的商業化解決方案，一方面需要不斷完善RISC-V指令集的標準規范，另一方面還需要找到明確應用場景，產生可以進行技術迭代的機會。

全球首款量產的高性能多媒體RISC-V SoC芯片平臺——昉·驚鴻7110

高性能RISC-V處理器需與基礎軟件同步研發

“當前，RISC-V指令集的軟件適配工作的進展速度已經非常快，這與RISC-V指令集開放免費的優勢被全球軟件開發者看好有直接關聯。”唐丹對記者表示，目前，絕大部分核心基礎軟件已經完成與RISC-V指令集的適配。例如2019年以來，16268個Debian操作系統軟件包中已有15148個完成與RISC-V指令集的適配，適配率已超過95%。RISC-V已經成為Debian支持的Tier-1架構，僅次于X86和Arm。

有觀點認為，向高性能發展RISC-V，會面臨來自處理器性能和軟件適配方面的技術挑戰。對此，唐丹向記者指出，處理器的性能和穩定性并不矛盾。一方面，要在處理器的設計中加強驗證工作可以提升穩定性。另一方面，處理器的穩定性還要經過市場檢驗，在使用中發現潛在問題。

“高性能RISC-V處理器需要與基礎軟件同步研發，才能更好與基礎軟件進行適配。在處理器不同研發階段就引入基礎軟件的測試和驗證，一方面能發現處理器設計中的功能問題，另外還能在處理器設計中對性能進行評估，進行針對性改進。”唐丹說。

軟件生態是RISC-V在高性能應用領域落地的關鍵。周杰認為，高性能的芯片若要實現落地，一定要與RISC-V底層框架、操作系統、中間件、關鍵庫、應用軟件全方位適配。目前，賽昉科技與OpenHarmony、Fedora、OpenEuler、OpenSUSE、Ubuntu、麒麟、統信等開源社區和第三方伙伴合作，積極推動RISC-V與基礎軟件適配。

RISC-V如今已躍入高性能計算元年。在 RISC-V高性能計算領域，已有多家創新企業計劃在2023年發布類似64核高性能的服務器級處理器，這將成為RISC-V下一個令人激動的里程碑。

不過，RISC-V在高性能計算的應用還面臨一些亟待解決的問題。在澎峰科技聯合創始人兼首席運營官王軍輝看來，RISC-V體系需要構建一套數學計算庫，以支持 RISC-V在高性能計算的應用，保證計算精度、計算效率與源代碼級安全可控。

在算力驅動的數字經濟時代，計算硬件呈現出多樣性的特點。RISC-V因其開放性，比X86和Arm的生態更加豐富多樣，會導致嚴重的碎片化問題。基于此，王軍輝認為，RISC-V應回歸到垂直整合的思路上來，要去思考如何前瞻性地理解應用。

“從計算語言到編譯器，到底層數學計算庫，再到計算機體系結構，RISC-V要在多個方面實現垂直整合。存量市場只有赤裸裸的性價比競爭，瞄準增量市場才有跨越式發展的可能。”王軍輝對記者說。

全球異構計算領域，英特爾、英偉達和AMD形成了互相制衡的“三國殺”格局。王軍輝說，當前，國際三大領先企業憑借雄厚的資本與實力各自為戰，都在整合CPU、GPU和FPGA等異構計算硬件平臺，布局CUDA、OneAPI和ROCm異構計算軟件棧，試圖形成自己的軟硬融合生態體系，展開封閉和開放生態之爭。在此情況下，RISC-V要解決異構生態問題，在構建高性能異構計算軟件棧的同時，實現軟硬融合。

構建可持續生態是核心考題

從使用開源到參與開源，再到走向貢獻開源甚至部分主導開源，中國在RISC-V開源領域有了更深、更廣的嘗試。中國工程院院士廖湘科指出，開放開源是軟件根技術創新，特別是發展操作系統這類基礎軟件的重要途徑，充分利用開源，聯合開發者、社區、軟硬件上下游產業鏈企業，共同發展壯大國產操作系統產業是當前最為行之有效的路徑。

“我國企業積極自發參與RISC-V國際協會，說明大家已經看到RISC-V指令集生態的前景，對我國和全世界RISC-V生態都有極大幫助。”唐丹對記者表示，在RISC-V指令集生態建設過程中，與我國參與3GPP組織和5G移動通信類似，我國一方面要積極參與RISC-V國際協會，推動、參與甚至主導相應標準規范制定工作，另一方面要加強產品研發和推廣工作，充分發揮我國人口多、市場大、工程師多和產業政策靈活的優勢，在市場中積極應用和推廣RISC-V生態，加快RISC-V產業生態的成熟進程。

放眼RISC-V，由于誕生時間較短，RISC-V在中國本土市場，相關編譯器、開發工具和軟件開發環境及其他生態要素還在積極建設當中。此外，RISC-V早期的發展大多在國外，因此國際協作至為關鍵。要讓RISC-V持續良性向前發展，顯然還需要更多生態伙伴的參與和配合，如何構建一個可持續的生態是擺在RISC-V面前的一道核心考題。

唐丹認為，編譯器、開發工具和集成開發環境（IDE）及其他生態要素，很大程度上屬于基礎共性技術。我國在完善RISC-V生態的過程中，需要對這些基礎共性技術進行梳理，組織企業間的合作共享要對這些基礎共性技術進行聯合攻關，避免每個企業單獨進行重復性研發，造成研發資源浪費。

中國市場本土的RISC-V編譯器、開發工具、IDE與其他生態建設，離不開有投入意愿的企業和人才。但需要看到的是，目前相關企業和人才其實存在缺失。

針對缺少有投入意愿的企業，周杰進一步表示，編譯器、開發工具、IDE等RISC-V配套生態很難做出高營收、高估值公司，繼而很難受到資本青睞，融資困難讓很多有能力的人選擇繼續在國際大公司從業而放棄創業。此外，國內尊重軟件版權的意識還需要提升，再加上RISC-V有不少開源工具可以直接使用，因此部分企業選擇直接使用開源工具，或者基于開源版本自己做優化。

對此，周杰建議，在政策層面，政府和相關國家機構盡快牽頭推動 RISC-V 開源指令集成為行業標準，并鼓勵國內相關企業參與到標準規范的討論與制定，同時，繼續完善法律，為知識產權創造一片更為安全的土壤；在生態建設層面， 國家應引導和鼓勵產學研生態合作，出臺具體的扶持政策、措施， 鼓勵、支持RISC-V 相關企業參與到完善開源軟件生態中；在資本層面，國家可以多扶植相關的軟件生態公司，從大局的角度進行投資。

談及人才、編譯器、仿真器等開發工具人才培養問題，周杰希望更多學校可以開設相關專業基礎教學，引入海外優秀教育資源。

最后，周杰認為，國家應當鼓勵信創或教育行業的試點項目采購含有RISC-V芯片的產品或方案，以應用需求帶動產品迭代和發展。