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

在“2019 阿里云峰會”上，阿里平頭哥正式發(fā)布了當時業(yè)界最強的高性能RISC-V處理器內(nèi)核——玄鐵C910，引發(fā)了業(yè)界的廣泛關注。實際上，早在2014年之時，平頭哥副總裁孟建熠就已經(jīng)開始關注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領域，并迅速成為了RISC-V領域的領導廠商。

11月3日，在杭州舉行的“2022云棲大會”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計算能效全球領先，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最新進展

至此，平頭哥已經(jīng)累計正式推出了三個系列八款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、計算增強、高能效等不同類型的用戶需求。與此同時，作為RISC-V領域的頭部廠商，平頭哥還在不斷通過與龍蜥社區(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、桌面端和移動端的潛力，全面助力RISC-V產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

開源RISC-V是中國芯片產(chǎn)業(yè)大機遇

目前在CPU市場，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及服務器市場，而Arm架構(gòu)則幾乎完全壟斷了移動市場。近年來興起的RISC-V架構(gòu)，得益于其指令精簡、模塊化、可擴展、開源的優(yōu)勢，也迅速在對功耗、成本更為敏感的物聯(lián)網(wǎng)市場站穩(wěn)腳跟，并開始持續(xù)向著更高能效和高性能的市場進行開拓，大有與x86、Arm三足鼎立之勢。

根據(jù)Semico Research的最新預測，到2025年，全球RISC-V CPU內(nèi)核的出貨量累計將達到約800億顆（去年之時這一預測還是624億顆），年復合年增長率高達114.9%，在全球CPU內(nèi)核出貨量當中的占比將超過14%。

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

“RISC-V是有史以來最豐富、最開放的指令集架構(gòu)，同時RISC-V也正在迅速構(gòu)建最強大的生態(tài)系統(tǒng)。目前，基于RISC-V內(nèi)核的芯片出貨量已經(jīng)達到了100億顆。德勤預測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的崛起已是大勢所趨。”在2022云棲大會上，RISC-V International首席執(zhí)行官Calista Redmond通過視頻演講時說到。

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

中國工程院院士倪光南在2022云棲大會上表示：“開源模式已從軟件領域走向硬件領域。RISC-V降低了進入芯片行業(yè)的門檻，也符合未來萬物智能時代的技術發(fā)展趨勢，中國要爭取在萬物互聯(lián)的新時代，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?！?/p>

這與中國科學院院士褚君浩的想法不謀而合，在2022云棲大會上，他表示：“當前開源開放已經(jīng)成為信息技術系統(tǒng)的一大趨勢，成為全球協(xié)同創(chuàng)新的新模式，持續(xù)推動信息技術的快速發(fā)展。芯片的基礎是指令集，開源、精簡的RISC-V指令架構(gòu)，為我們國家掌握芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展主動權也提供了機遇。”

值得注意的是，在RISC-V基金會的3100多家會員當中，中國企業(yè)占比達到了近一半。即便是在RISC-V基金會目前的24家最高級別的董事會成員當中，中國廠商的占比也接近了一半，其中就包括阿里平頭哥。而作為董事會成員單位，可以提名一名理事委員會理事，以及技術委員會代表，可直接影響RISC-V標準的制定和技術發(fā)展方向。

目前阿里平頭哥是RISC-V國際基金會董事會成員，并且在基金會中的數(shù)據(jù)中心、存儲管理、安卓、安全等11個技術組織當中擔任主席、副主席的職位，重要性及數(shù)量居世界前列、中國機構(gòu)首位。在RISC-V國際舞臺上，平頭哥正推進RISC-V國際標準制定，推動全球RISC-V技術與生態(tài)發(fā)展。

玄鐵C908：能效較同性能處理器高出20%

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

如今，平頭哥又將目光瞄向了智慧視覺、智能交互和多媒體終端這三大非常重要的高性能應用領域。在滿足高性能需求后，它們對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便應運而生。

△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計算能效全球領先，較業(yè)界同性能處理器的能效提升了超過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基金會剛剛制定的RVA22標準，最多支持16個核，主頻最高可以到2GHz，并且第一次實現(xiàn)了RISC-V Vector1.0的架構(gòu)，AI熱點運算相比玄鐵C906提升了1.5倍以上。此外，玄鐵C908還加入了XIE指令擴展，支持特定行業(yè)應用的性能提升。

性能提升之外，玄鐵C908的能效也進一步提升，比玄鐵C906提升了24%。具體來說，玄鐵C908主要是從CPU能效和AI能效兩個核心方向入手，實現(xiàn)了RISC-V架構(gòu)的能效突破。

具體來說，玄鐵C908主要是從CPU能效和AI能效兩個核心方向入手，實現(xiàn)了RISC-V架構(gòu)的能效突破。

玄鐵C908支持多核多簇架構(gòu)，通過雙路訪存架構(gòu)（訪存帶寬提升了31-41%）、多級cache擴展、多模式混合分支預測等技術，實現(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在整型計算、嵌入式整數(shù)、單精度浮點、浮點計算等方面性能平均提升了40%以上。

為進一步提升AI算力及能效，玄鐵C908升級了微架構(gòu)，首次采用RISC-V Vector 1.0標準，并基于標準新增DOT指令；推出INT4數(shù)據(jù)類型；全面優(yōu)化AI算子及算法庫，典型神經(jīng)網(wǎng)絡計算的性能比前一代的C906提升了50%以上；在圖像分類任務中性能相比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個指標的第一的成績，并且達到了其他競品同類最優(yōu)性能的10倍以上，成為了當時最高能效比的AIoT計算內(nèi)核。而此次發(fā)布的玄鐵C908在MLPerf Tiny V0.7推理性能測試成績上，相比C906又進一步提升了2～3倍，這也足見玄鐵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。

在目前火熱的計算視覺處理方面，得益于玄鐵C908在Intrinsic編程、軟硬融合優(yōu)化、向量位寬自適應等方面的改進，配合平頭哥提供的優(yōu)化好的OpenCV庫（有128位和256位兩種），相比于同類的競品分別提升了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)）、可擴展（支持大量可拓展組件）、高能效特性的跨平臺視頻視覺的應用框架TMedia，進一步提升AI效率。

在論壇上，孟建熠還透露，在此次玄鐵C908發(fā)布之時，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、機器人感知和智能教育等領域。

“玄鐵C908打開了RISC-V高能效應用的一片藍海領域，我們希望更多伙伴和我們一道，關注能效創(chuàng)新，一起推動RISC-V繼續(xù)向高性能、高能效演進?！泵辖谡f到。

“玄鐵C908打開了RISC-V高能效應用的一片藍海領域。我們希望通過這個處理器的發(fā)布，能夠讓整個生態(tài)更加關注能效的創(chuàng)新，一起推動整個RISC-V在高性能、高能效這方面的優(yōu)勢?！泵辖谡f到。

從端到云，玄鐵RISC-V生態(tài)大跨步

目前在PC及服務器CPU市場，x86架構(gòu)占據(jù)著近90%的市場份額，這主要因為多年來x86處理器與Windows系統(tǒng)之間的生態(tài)的捆綁；在移動CPU市場，則幾乎完全由Arm架構(gòu)統(tǒng)治，也得益于過去十多年來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)市場并沒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、模塊化、可擴展、開源等特性，所帶來的低功耗、低成本、高能效、高可擴展性等優(yōu)勢，與很多物聯(lián)網(wǎng)應用天然契合，這也正是RISC-V迅速在物聯(lián)網(wǎng)市場獲得成功的關鍵。

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

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

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，再來做處理器，比如玄鐵C908，在設計硬件之初，就率先引入了RISC-V Vector 1.0，帶來了AI能效數(shù)倍的提升?！?/p>

當然，RISC-V要進入移動、桌面、云端等市場，更為關鍵的還是要補足軟硬件生態(tài)。

在2021年的云棲大會上，平頭哥主動打破固有的行業(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行了開源，希望降低RISC-V創(chuàng)新應用成本，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，平頭哥在實現(xiàn)對于AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Yocto Linux支持的同時，目前也與相關合作伙伴一起推動對于Android、龍蜥Anolis OS、統(tǒng)信deepin等國際主流和國產(chǎn)操作系統(tǒng)的深度適配。

在今年8月的2022 RISC-V 中國峰會上，平頭哥完成了 RISC-V 與面向云端服務器的龍蜥操作系統(tǒng)的適配，首次運行 FireFox 瀏覽器、LibreOffice 等大型桌面級軟件，以及 Hexo 和 Open Rocket 等基于 NodeJS 和 JAVA 的應用，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國際基金會、中科院PLCT，與統(tǒng)信軟件展開合作，成功地在平頭哥SoC原型曳影1520上啟動了deepin 操作系統(tǒng)，流暢運行桌面、辦公、影音及開發(fā)等關鍵大型軟件，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，預計到deepin V23正式發(fā)布的時候，RISC-V將可以作為一個官方正式支持的架構(gòu)存在。

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

至此，RISC-V成功實現(xiàn)了從端到云的軟件生態(tài)的初步打通，實現(xiàn)了生態(tài)擴展的一個大的“跨步”。

這雖然是行業(yè)里的一個大跨步，但在孟建熠看來，還遠遠不夠：“處理器的軟件生態(tài)是很厚的，我認為到今天為止，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、應用部分走得還是相對比較慢。”

面向未來，平頭哥仍是勇字當前，繼續(xù)去做RISC-V領域沒人做到的事情。

“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、應用和生態(tài)的邊界，挖掘RISC-V在更廣闊的端云一體生態(tài)中的新價值?！泵辖诳偨Y(jié)說道。