能效提升超20%！5年8款CPU，平頭哥玄鐵RISC-V生態(tài)實(shí)現(xiàn)大跨步

在“2019 阿里云峰會(huì)”上，阿里平頭哥正式發(fā)布了當(dāng)時(shí)業(yè)界最強(qiáng)的高性能RISC-V處理器內(nèi)核——玄鐵C910，引發(fā)了業(yè)界的廣泛關(guān)注。實(shí)際上，早在2014年之時(shí)，平頭哥副總裁孟建熠就已經(jīng)開(kāi)始關(guān)注RISC-V，2018年，平頭哥成功研發(fā)一款低功耗的RISC-V內(nèi)核玄鐵E902。此后，平頭哥持續(xù)深耕RISC-V領(lǐng)域，并迅速成為了RISC-V領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)廠商。

11月3日，在杭州舉行的“2022云棲大會(huì)”上，平頭哥發(fā)布全新的RISC-V高能效處理器——玄鐵C908。據(jù)介紹，玄鐵C908計(jì)算能效全球領(lǐng)先，較業(yè)界同性能處理器的能效提升了超20%。

△阿里云智能總裁張建鋒介紹RISC-V最新進(jìn)展

至此，平頭哥已經(jīng)累計(jì)正式推出了三個(gè)系列八款RISC-V CPU內(nèi)核，覆蓋了低功耗的安全需求、高性能、成本優(yōu)化、計(jì)算增強(qiáng)、高能效等不同類型的用戶需求。與此同時(shí)，作為RISC-V領(lǐng)域的頭部廠商，平頭哥還在不斷通過(guò)與龍蜥社區(qū)、統(tǒng)信軟件、谷歌安卓合作，持續(xù)拓展RISC-V軟件生態(tài)，探索RISC-V在云端、桌面端和移動(dòng)端的潛力，全面助力RISC-V產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

開(kāi)源RISC-V是中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)大機(jī)遇

目前在CPU市場(chǎng)，英特爾的x86架構(gòu)及Arm架構(gòu)仍然是全球最為主流的指令集架構(gòu)。其中，x86架構(gòu)統(tǒng)治著PC及服務(wù)器市場(chǎng)，而Arm架構(gòu)則幾乎完全壟斷了移動(dòng)市場(chǎng)。近年來(lái)興起的RISC-V架構(gòu)，得益于其指令精簡(jiǎn)、模塊化、可擴(kuò)展、開(kāi)源的優(yōu)勢(shì)，也迅速在對(duì)功耗、成本更為敏感的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)站穩(wěn)腳跟，并開(kāi)始持續(xù)向著更高能效和高性能的市場(chǎng)進(jìn)行開(kāi)拓，大有與x86、Arm三足鼎立之勢(shì)。

根據(jù)Semico Research的最新預(yù)測(cè)，到2025年，全球RISC-V CPU內(nèi)核的出貨量累計(jì)將達(dá)到約800億顆（去年之時(shí)這一預(yù)測(cè)還是624億顆），年復(fù)合年增長(zhǎng)率高達(dá)114.9%，在全球CPU內(nèi)核出貨量當(dāng)中的占比將超過(guò)14%。

Counterpoint Research的數(shù)據(jù)則顯示，到2025年，RISC-V在IoT市場(chǎng)的市占率將達(dá)28%，在工業(yè)市場(chǎng)的市占率將達(dá)12%，在汽車市場(chǎng)的市占率將達(dá)10%。

“RISC-V是有史以來(lái)最豐富、最開(kāi)放的指令集架構(gòu)，同時(shí)RISC-V也正在迅速構(gòu)建最強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)。目前，基于RISC-V內(nèi)核的芯片出貨量已經(jīng)達(dá)到了100億顆。德勤預(yù)測(cè)2022年RISC-V內(nèi)核芯片出貨量將比2021年翻一番，2023年將再翻一番。RISC-V的崛起已是大勢(shì)所趨?！痹?022云棲大會(huì)上，RISC-V International首席執(zhí)行官Calista Redmond通過(guò)視頻演講時(shí)說(shuō)到。

而RISC-V產(chǎn)業(yè)迅猛發(fā)展的背后，也得益于中國(guó)廠商的熱捧。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)對(duì)于核心芯片的自主可控需求越來(lái)越高，開(kāi)源的RISC-V自然也備受國(guó)內(nèi)廠商的追捧。

中國(guó)工程院院士倪光南在2022云棲大會(huì)上表示：“開(kāi)源模式已從軟件領(lǐng)域走向硬件領(lǐng)域。RISC-V降低了進(jìn)入芯片行業(yè)的門檻，也符合未來(lái)萬(wàn)物智能時(shí)代的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，中國(guó)要爭(zhēng)取在萬(wàn)物互聯(lián)的新時(shí)代，使得RISC-V發(fā)展成為世界主流CPU架構(gòu)，形成x86、Arm和RISC-V三分天下的格局。”

這與中國(guó)科學(xué)院院士褚君浩的想法不謀而合，在2022云棲大會(huì)上，他表示：“當(dāng)前開(kāi)源開(kāi)放已經(jīng)成為信息技術(shù)系統(tǒng)的一大趨勢(shì)，成為全球協(xié)同創(chuàng)新的新模式，持續(xù)推動(dòng)信息技術(shù)的快速發(fā)展。芯片的基礎(chǔ)是指令集，開(kāi)源、精簡(jiǎn)的RISC-V指令架構(gòu)，為我們國(guó)家掌握芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主動(dòng)權(quán)也提供了機(jī)遇?！?/p>

值得注意的是，在RISC-V基金會(huì)的3100多家會(huì)員當(dāng)中，中國(guó)企業(yè)占比達(dá)到了近一半。即便是在RISC-V基金會(huì)目前的24家最高級(jí)別的董事會(huì)成員當(dāng)中，中國(guó)廠商的占比也接近了一半，其中就包括阿里平頭哥。而作為董事會(huì)成員單位，可以提名一名理事委員會(huì)理事，以及技術(shù)委員會(huì)代表，可直接影響RISC-V標(biāo)準(zhǔn)的制定和技術(shù)發(fā)展方向。

目前阿里平頭哥是RISC-V國(guó)際基金會(huì)董事會(huì)成員，并且在基金會(huì)中的數(shù)據(jù)中心、存儲(chǔ)管理、安卓、安全等11個(gè)技術(shù)組織當(dāng)中擔(dān)任主席、副主席的職位，重要性及數(shù)量居世界前列、中國(guó)機(jī)構(gòu)首位。在RISC-V國(guó)際舞臺(tái)上，平頭哥正推進(jìn)RISC-V國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定，推動(dòng)全球RISC-V技術(shù)與生態(tài)發(fā)展。

玄鐵C908：能效較同性能處理器高出20%

此前，RISC-V最顯著的標(biāo)簽是低功耗，平頭哥在2019年推出最高主頻達(dá)2.5GHz的玄鐵C910，突破了業(yè)界對(duì)RISC-V的性能想象。

如今，平頭哥又將目光瞄向了智慧視覺(jué)、智能交互和多媒體終端這三大非常重要的高性能應(yīng)用領(lǐng)域。在滿足高性能需求后，它們對(duì)RISC-V提出了高能效的挑戰(zhàn)。

于是，極致高能效的RISC-V處理器玄鐵C908便應(yīng)運(yùn)而生。

△平頭哥副總裁孟建熠發(fā)布玄鐵C908

根據(jù)官方公布的數(shù)據(jù)顯示，玄鐵C908計(jì)算能效全球領(lǐng)先，較業(yè)界同性能處理器的能效提升了超過(guò)20%，可以幫助客戶大幅降低單位性能的成本。那么玄鐵C908是如何實(shí)現(xiàn)如此高的能效的呢？

孟建熠介紹，玄鐵C908依然是高性能的。它是兼容RISC-V基金會(huì)剛剛制定的RVA22標(biāo)準(zhǔn)，最多支持16個(gè)核，主頻最高可以到2GHz，并且第一次實(shí)現(xiàn)了RISC-V Vector1.0的架構(gòu)，AI熱點(diǎn)運(yùn)算相比玄鐵C906提升了1.5倍以上。此外，玄鐵C908還加入了XIE指令擴(kuò)展，支持特定行業(yè)應(yīng)用的性能提升。

性能提升之外，玄鐵C908的能效也進(jìn)一步提升，比玄鐵C906提升了24%。具體來(lái)說(shuō)，玄鐵C908主要是從CPU能效和AI能效兩個(gè)核心方向入手，實(shí)現(xiàn)了RISC-V架構(gòu)的能效突破。

具體來(lái)說(shuō)，玄鐵C908主要是從CPU能效和AI能效兩個(gè)核心方向入手，實(shí)現(xiàn)了RISC-V架構(gòu)的能效突破。

玄鐵C908支持多核多簇架構(gòu)，通過(guò)雙路訪存架構(gòu)（訪存帶寬提升了31-41%）、多級(jí)cache擴(kuò)展、多模式混合分支預(yù)測(cè)等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)CPU通用性能的大幅提升：相比上一代的玄鐵C906，新推出的C908在整型計(jì)算、嵌入式整數(shù)、單精度浮點(diǎn)、浮點(diǎn)計(jì)算等方面性能平均提升了40%以上。

為進(jìn)一步提升AI算力及能效，玄鐵C908升級(jí)了微架構(gòu)，首次采用RISC-V Vector 1.0標(biāo)準(zhǔn)，并基于標(biāo)準(zhǔn)新增DOT指令；推出INT4數(shù)據(jù)類型；全面優(yōu)化AI算子及算法庫(kù)，典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的性能比前一代的C906提升了50%以上；在圖像分類任務(wù)中性能相比C906更是大幅提升了3.5倍。

要知道，在今年4月公布MLPerf Tiny V0.7榜單上，玄鐵C906處理器的軟硬件聯(lián)合優(yōu)化方案，取得了全部4個(gè)指標(biāo)的第一的成績(jī)，并且達(dá)到了其他競(jìng)品同類最優(yōu)性能的10倍以上，成為了當(dāng)時(shí)最高能效比的AIoT計(jì)算內(nèi)核。而此次發(fā)布的玄鐵C908在MLPerf Tiny V0.7推理性能測(cè)試成績(jī)上，相比C906又進(jìn)一步提升了2～3倍，這也足見(jiàn)玄鐵C908的AI能效提升之大！

孟建熠表示，玄鐵C908完全可以覆蓋1T以下的AI算力需求，而不需額外的NPU。

在目前火熱的計(jì)算視覺(jué)處理方面，得益于玄鐵C908在Intrinsic編程、軟硬融合優(yōu)化、向量位寬自適應(yīng)等方面的改進(jìn)，配合平頭哥提供的優(yōu)化好的OpenCV庫(kù)（有128位和256位兩種），相比于同類的競(jìng)品分別提升了1.5倍和2.25倍。

此外，平頭哥還推出了具有高彈性（支持不同操作系統(tǒng)）、可擴(kuò)展（支持大量可拓展組件）、高能效特性的跨平臺(tái)視頻視覺(jué)的應(yīng)用框架TMedia，進(jìn)一步提升AI效率。

在論壇上，孟建熠還透露，在此次玄鐵C908發(fā)布之時(shí)，已經(jīng)有了很多客戶，幫助平頭哥完成了第一輪的產(chǎn)品化。其中，嘉楠科技采用玄鐵C908研發(fā)的中高端立體視覺(jué)AI芯片K230，即將于2023年上半年面世，這款芯片將用于智能家居、輔助駕駛、機(jī)器人感知和智能教育等領(lǐng)域。

“玄鐵C908打開(kāi)了RISC-V高能效應(yīng)用的一片藍(lán)海領(lǐng)域，我們希望更多伙伴和我們一道，關(guān)注能效創(chuàng)新，一起推動(dòng)RISC-V繼續(xù)向高性能、高能效演進(jìn)?！泵辖谡f(shuō)到。

“玄鐵C908打開(kāi)了RISC-V高能效應(yīng)用的一片藍(lán)海領(lǐng)域。我們希望通過(guò)這個(gè)處理器的發(fā)布，能夠讓整個(gè)生態(tài)更加關(guān)注能效的創(chuàng)新，一起推動(dòng)整個(gè)RISC-V在高性能、高能效這方面的優(yōu)勢(shì)。”孟建熠說(shuō)到。

從端到云，玄鐵RISC-V生態(tài)大跨步

目前在PC及服務(wù)器CPU市場(chǎng)，x86架構(gòu)占據(jù)著近90%的市場(chǎng)份額，這主要因?yàn)槎嗄陙?lái)x86處理器與Windows系統(tǒng)之間的生態(tài)的捆綁；在移動(dòng)CPU市場(chǎng)，則幾乎完全由Arm架構(gòu)統(tǒng)治，也得益于過(guò)去十多年來(lái)Arm處理器與Android系統(tǒng)之間的生態(tài)捆綁。

相比之下，目前在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)并沒(méi)有類似的壟斷性的生態(tài)霸主。而RISC-V架構(gòu)所具備的指令精簡(jiǎn)、模塊化、可擴(kuò)展、開(kāi)源等特性，所帶來(lái)的低功耗、低成本、高能效、高可擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)，與很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用天然契合，這也正是RISC-V迅速在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)獲得成功的關(guān)鍵。

RISC-V是一個(gè)面向未來(lái)的非常年輕的新架構(gòu)，模塊化、可擴(kuò)展的特性，簡(jiǎn)單理解，只要增加相應(yīng)的模塊，就能夠擴(kuò)展到移動(dòng)、桌面、數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)。更何況，在AI等方面，RISC-V更具天然優(yōu)勢(shì)。

RISC-V是一個(gè)面向未來(lái)的非常年輕的新架構(gòu)，其內(nèi)部采用的是模塊化、可擴(kuò)展的設(shè)計(jì)，這也就意味著，只要增加很多相應(yīng)的模塊，就能夠擴(kuò)展到移動(dòng)、桌面、數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)，并且在AI等很多方面，相對(duì)于以往的指令集架構(gòu)RISC-V也更具天然優(yōu)勢(shì)。

孟建熠向芯智訊解釋稱：“傳統(tǒng)的高能效內(nèi)核，更多是從硬件出發(fā)作AI探索，效果有限。RISC-V是先有了AI算法的理解，再來(lái)做處理器，比如玄鐵C908，在設(shè)計(jì)硬件之初，就率先引入了RISC-V Vector 1.0，帶來(lái)了AI能效數(shù)倍的提升?！?/p>

當(dāng)然，RISC-V要進(jìn)入移動(dòng)、桌面、云端等市場(chǎng)，更為關(guān)鍵的還是要補(bǔ)足軟硬件生態(tài)。

在2021年的云棲大會(huì)上，平頭哥主動(dòng)打破固有的行業(yè)商業(yè)模式，將旗下玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量產(chǎn)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(jìn)行了開(kāi)源，希望降低RISC-V創(chuàng)新應(yīng)用成本，吸引更多的人加入RISC-V生態(tài)，加速RISC-V生態(tài)的完善。

在軟件生態(tài)方面，平頭哥在實(shí)現(xiàn)對(duì)于AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Yocto Linux支持的同時(shí)，目前也與相關(guān)合作伙伴一起推動(dòng)對(duì)于Android、龍蜥Anolis OS、統(tǒng)信deepin等國(guó)際主流和國(guó)產(chǎn)操作系統(tǒng)的深度適配。

在今年8月的2022 RISC-V 中國(guó)峰會(huì)上，平頭哥完成了 RISC-V 與面向云端服務(wù)器的龍蜥操作系統(tǒng)的適配，首次運(yùn)行 FireFox 瀏覽器、LibreOffice 等大型桌面級(jí)軟件，以及 Hexo 和 Open Rocket 等基于 NodeJS 和 JAVA 的應(yīng)用，極大拓展了 RISC-V 的想象力。

今年9月，平頭哥、龍蜥社區(qū)、RISC-V國(guó)際基金會(huì)、中科院PLCT，與統(tǒng)信軟件展開(kāi)合作，成功地在平頭哥SoC原型曳影1520上啟動(dòng)了deepin 操作系統(tǒng)，流暢運(yùn)行桌面、辦公、影音及開(kāi)發(fā)等關(guān)鍵大型軟件，將RISC-V推向桌面端。據(jù)統(tǒng)信軟件桌面操作系統(tǒng)產(chǎn)品線總經(jīng)理王耀華介紹，預(yù)計(jì)到deepin V23正式發(fā)布的時(shí)候，RISC-V將可以作為一個(gè)官方正式支持的架構(gòu)存在。

在移動(dòng)端方面，今年10月，由阿里巴巴平頭哥貢獻(xiàn)的RISC-V移植安卓的代碼補(bǔ)丁集合，被安卓AOSP社區(qū)收錄進(jìn)系統(tǒng)源代碼，成為全球首批RISC-V兼容安卓的正式補(bǔ)丁，這意味著谷歌安卓開(kāi)啟了對(duì)RISC-V架構(gòu)的官方原生支持。

至此，RISC-V成功實(shí)現(xiàn)了從端到云的軟件生態(tài)的初步打通，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)擴(kuò)展的一個(gè)大的“跨步”。

這雖然是行業(yè)里的一個(gè)大跨步，但在孟建熠看來(lái)，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠：“處理器的軟件生態(tài)是很厚的，我認(rèn)為到今天為止，底層部分的第三方軟硬件生態(tài)已經(jīng)支持RISC-V了，但是，中間件、應(yīng)用部分走得還是相對(duì)比較慢?！?/p>

面向未來(lái)，平頭哥仍是勇字當(dāng)前，繼續(xù)去做RISC-V領(lǐng)域沒(méi)人做到的事情。

“從低功耗，到高性能，再到高能效，平頭哥大幅提升軟硬一體的全棧能力，打造出豐富的玄鐵RISC-V處理器家族。我們還將不斷拓展RISC-V技術(shù)、應(yīng)用和生態(tài)的邊界，挖掘RISC-V在更廣闊的端云一體生態(tài)中的新價(jià)值。”孟建熠總結(jié)說(shuō)道。