揭開阿里RISC-V CPU的秘密：”野心”大得很
10月19日，在2021雲棲大會上，阿里雲智慧總裁、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，並開放系列工具及系統軟體，引發了業界的極大關注。
芯智訊在會後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於RISC-V生態的深度布局與發展願景。
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及伺服器市場X86架構一家獨大，在移動市場Arm架構一統江湖，但是他們都是屬於封閉的架構系統。而且X86架構主要掌握在Intel和AMD手中，並不對外授權。
Arm雖然對外提供其內核IP授權，但是對於下游的晶片開發商來說，開發Arm晶片的難度並不小、開發的成本也比較高，而且在開發當中並不能根據需要對Arm IP核進行任何修改，缺乏足夠的自由度和靈活度。這對於需求非常碎片化、對功耗、成本也更為敏感的物聯網市場來說，並不友好。
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、模組化、可擴展、開源等眾多優點，任何人都可以不受限的基於RISC-V指令集來做開發。
特別是近年來，中國對於核心晶片的自主可控需求越來越高，在此背景之下，符合中國自主可控要求的開源的RISC-V架構開始大受中國廠商的歡迎。
目前中國像平頭哥半導體、兆易創新、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於RISC-V架構的晶片或IP。此外，還有更多的中國半導體廠商正在積極的基於RISC-V架構進行相關的研發。
根據RISC-V基金會的數據顯示，目前其會員已有超過2000家，覆蓋了70個國家。而在此之前的2018年，則只有不到200家左右的會員，足見RISC-V近幾年發展之迅猛。這也與中國廠商的大力支援密不可分。
目前，在RISC-V基金會僅有的14家最高級別的會員當中，中國廠商就佔據了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、中國科學院軟體研究所（ISCAS）、中科院計算所（ICT）、成為資本。另外，在RISC-V基金會的戰略會員中，中國廠商也是非常之很多。
在中國廠商的追捧之下，RISC-V生態開始加速繁榮，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，機械硬碟大廠西部數據和Seagate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、西部數據等大廠。
今年6月，業內還傳出消息稱，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（在破產重組後改名MIPS）也在今年初宣布，今後將不再設計MIPS 處理器，開始轉向基於RISC-V 的晶片。
根據Semico Research預測，到2025年，RISC-V CPU內核的出貨量將達到624億個，2018-2025年複合年增長率高達146.2%。其中在工業領域將以167億個核心的出貨量居於領先位置。
加速RISC-V生態繁榮
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，任何人都能夠輕鬆的獲得RISC-V指令集來做開發，但是從拿到RISC-V指令集，到開發出可用的自研CPU仍需要投入不少的人力、物力和資金進行研發。
這就好比造房子，即使有人給你提供免費的水泥和磚頭，但並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生態當中，也有著很多專門提供基於RISC-V架構的CPU IP核設計的廠商，其扮演角色類似於Arm，主要是向第三方的晶片設計廠商授權基於RISC-V架構的CPU IP核，晶片設計廠商可以基於這些IP核，結合其他相關IP，就能夠快速搭建出符合自己需求的晶片設計。
這有點像跟開發商買毛坯房，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 阿里雲峰會」正式發布了號稱業界最強的高性能RISC-V處理器——玄鐵910之後，平頭哥近兩年又陸續推出了玄鐵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，支援AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等作業系統，並已成功應用於微控制器、工業控制、智慧家電、智慧電網、影像處理、人工智慧、多媒體和汽車電子等領域。
據最新公布的數據顯示，目前平頭哥玄鐵系列處理器出貨已超25億顆，擁有150餘家客戶、超500個授權數。
為什麼在玄鐵系列處理器蓬勃發展之時，平頭哥卻主動打破行業的商業模式，將旗下玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量產處理器IP，以及基於玄鐵的多作業系統的全棧軟體及工具進行開源呢？
平頭哥半導體副總裁孟建熠告訴芯智訊：「對於RISC-V這種開放型的架構，需要新的相比傳統授權更加開放模式，才能更好的支援創新。通過我們過去幾年的發展，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後，讓大家能夠在這個上面做自己軟硬體的適配，有助於RISC-V架構往更深層次的創新演進，給整個產業帶來更大的收益。」
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，更何況是基於免費開源的RISC-V來做IP。對平頭哥來說，單純IP授權業務本身也並不能覆蓋團隊成本。
但是，IP卻又是半導體行業非常重要的環節，他可以降低行業的創新門檻，幫助大家降低晶片開發的難度和成本。
這對於推動RISC-V生態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後，首先布局的一環。
孟建熠坦言：「對於普通的一家IP公司來說，所有的回報都需要從IP授權來，但對於整個阿里體系來說，我們則需要從整個雲端一體的大生態來看。我們認為就開源玄鐵處理器有利於這個大生態，我們就會開源。投入不是問題，我們現在投入那麼大，所以也不會以傳統IP廠商的思維來考慮。阿里有著強大的生態基因，很多事情是從塑造和影響生態作為出發點考慮的。我們的生態就需要更多訂製化的、普惠的晶片，進一步推動雲端一體的生態繁榮。」
據了解，開源的玄鐵RISC-V CPU雖然默認是面向阿里的AliOS進行優化，但是也會對市面上主流的FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android進行支援。因此，開發者也可以自己自由選擇。
孟建熠強調，玄鐵CPU的開源，並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，把創新成本降的更低。然後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。我想等到整個生態成熟的時候，阿里一定會是這個生態的受益者之一。」孟建熠向芯智訊解釋道。
那麼，平頭哥玄鐵RISC-V的開源，是否會對SiFive、芯來等RISC-V CPU IP廠商帶來衝擊呢？
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生態的發展，為RISC-V貢獻開源程式碼，存在著既競爭又合作的關係。這就是RISC-V生態。
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定、可靠和持續演進的能力，推動開源核與開源軟體的生態融合，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。我們後續會加強提供產品化過程中的服務。」孟建熠說到。
全棧式開源，全面賦能AIoT生態
得益於阿里龐大的生態體系的支援，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核及相關設計進行免費開源，以最大程度的賦能整個AIoT生態。
在2019年阿里平頭哥正式發布首款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：「傳統通用晶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，平頭哥致力於做AIoT時代的晶片基礎設施提供者，降低企業設計晶片的門檻，讓晶片更普惠。」
當時阿里還宣布了「普惠晶片」計劃。即平頭哥將全面開放玄鐵910的IP Core，全球開發者可以免費下載該處理器的程式碼（當時開放的是FPGA程式碼），在其基礎上快速開展晶片原型設計和架構創新。
隨後，為了加速基於玄鐵CPU核的晶片開發設計，2019年8月，平頭哥半導體發布了面向AIoT時代的一站式晶片設計平台「無劍」，提供集晶片架構、基礎軟體、演算法與開發工具於一體的整體解決方案，能夠幫助晶片設計企業將設計成本降低50%，設計周期壓縮50%。
2019年10月21日，在第六屆烏鎮互聯網大會上，平頭哥半導體又宣布，正式開源基於RISC-V架構的低功耗微控制晶片(MCU)設計平台。
2021年5月29日，在2021阿里雲峰會上，平頭哥半導體推出三款RISC-V開發板，分別基於玄鐵910、C906、E906處理器，適用於高性能、高能效、低功耗場景，可支援Android、Linux、AliOS Things等作業系統，解決了RISC-V生態的配套軟硬體及工具的稀缺問題，進一步滿足開發者和企業的需求。
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，以及基於玄鐵的多作業系統的全棧軟體及工具。
至此，平頭哥用三年多的時間，完成了從玄鐵RISC-V CPU IP核、到基於玄鐵的MCU設計平台、到基於玄鐵CPU的開發板、再到開源EDA工具及系統軟體的全棧式開源，圍繞RISC-V生態全鏈條的全面開放、透明和普惠，實現了阿里最初既定的目標。
在此次雲棲大會上，阿里雲智慧總裁、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夥伴，在玄鐵基礎上研發出更多有價值的IP核和基礎軟體，共同構建開放、透明和普惠的RISC-V生態。」
△在雲棲大會期間的《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合研發的基於人工智慧的XK-ISP後續將會推出開源的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，平頭哥還會繼續在其他一些核心IP上進行研發投入，同時還計劃與一些商業IP公司合作，讓商業IP公司也針對玄鐵RISC-V生態推出開源版本的IP（平頭哥也會幫助其去實現硅驗證），一起推動開源的發展。
關於RISC-V的未來
由於RISC-V架構的優勢就在於非常的精簡，具有非常出色的能效比，且免費開源，可訂製化程度高，可以方便的進行擴展，綜合成本更低，這也使得其更適用於對於訂製化功能、能效、成本要求較高的物聯網市場。目前RISC-V在物聯網市場也已經取得了不錯的成績。
那麼接下來，隨著RISC-V架構持續演進，以及越來越多的晶片廠商及上下游產業鏈廠商的加入，RISC-V是否有機會進入移動終端、汽車、PC/伺服器等對於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指令集已經支援64位，支援更多核心，這也使得其性能將得到大幅提升，另外在軟體上加強對於Linux系統及AI編譯器的支援。
孟建熠也表示，目前性能並不是阻礙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，那麼就是做並行擴展就是了，RISC-V現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體生態，這個是必須要補的課，補完課之後他還要去創新，才能夠有機會。」
在移動端，雖然Google一直並未正式提供對開源的 RISC-V ISA 基於硬體的 Android 編譯支援，但在今年1月，平頭哥已經成功在玄鐵RISC-V硬體上運行了Android系統，並將相關程式碼進行了開源。這也意味著未來RISC-V後續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的軟體棧很厚，我們需要通過移植他來進一步探索Andorid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化，目前已經可以流暢的運行Android系統，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，在伺服器端，晶片初創企業Esperanto公司去年也推出了自研的單晶片集成了1000多個RISC-V內核的ET-SoC-1處理器，主要面向伺服器端的大規模機器學習應用。阿里雲面向伺服器的飛天作業系統也已全面兼容X86、ARM、RISC-V架構。
我們都知道，RISC-V的優勢就是指令精簡、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，其原有的一些優勢可能也將會被弱化。那麼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，我覺得它就要具備那種能力。如果說那個市場裡面沒有需求，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，其全球的並行開發模式能夠讓RISC-V更快的適應創新。」
