RISC-V切入云計(jì)算的元年，進(jìn)展如何了？

近兩年，RISC-V 作為 IT 產(chǎn)業(yè)鏈中國(guó)產(chǎn)替代中的重要一環(huán)備受關(guān)注。這個(gè)基于 BSD 協(xié)議開(kāi)源，基金會(huì)總部設(shè)在瑞士的開(kāi)源指令集也一直被視為 X86 和 ARM 強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。不過(guò)，由于起步較晚，性能與生態(tài)尚未成熟，RISC-V 以往更多地是用在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。今年，算能科技基于阿里平頭哥玄鐵 C910 開(kāi)發(fā)了一臺(tái) 64 核 RISC-V 服務(wù)器 SG2042。這一動(dòng)作則拉開(kāi)了 RISC-V 挺入云計(jì)算領(lǐng)域的序幕，2023 也被業(yè)界看做是 RISC-V 進(jìn)入云計(jì)算的元年。

本期開(kāi)源訪(fǎng)談我們邀請(qǐng)中國(guó)電信研究院云計(jì)算技術(shù)研究中心博士崔恩放為大家介紹 RISC-V 指令集落地的相關(guān)歷史與現(xiàn)狀，今年 5 月 27 日 - 28 日，崔恩放也將擔(dān)任 GOTC 2023 全球開(kāi)源技術(shù)峰會(huì)講師，帶來(lái)有關(guān) RISC-V 的深度主題演講，與到場(chǎng)觀(guān)眾共同分享 RISC-V 云計(jì)算軟件開(kāi)源現(xiàn)狀與探索工作。

嘉賓介紹

崔恩放，博士，就職于中國(guó)電信研究院云計(jì)算技術(shù)研究中心，目前為 RISC-V 研究負(fù)責(zé)人，負(fù)責(zé) RISC-V 云計(jì)算開(kāi)源軟件供應(yīng)鏈建設(shè)以及 RISC-V 輕量級(jí)虛擬機(jī)研發(fā)。先后參與 3 項(xiàng)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、1 項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、1 項(xiàng)北京市科委項(xiàng)目等。近年來(lái)發(fā)表 SCI 論文 4 篇，EI 論文 7 篇，中文核心 1 篇，授權(quán)專(zhuān)利 6 項(xiàng)等。曾擔(dān)任 IEEE EUC 2022 會(huì)議 Workshop Co-organizer、IEEE Infocom 2023 會(huì)議 Workshop TPC Member。

OSCHINA：先和大家介紹下您正在做的項(xiàng)目吧？

崔恩放：

我是來(lái)自中國(guó)電信研究院云計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)的崔恩放，我們近期工作重點(diǎn)之一就是研究與驗(yàn)證以 RISC-V 為代表的先進(jìn)計(jì)算技術(shù)在云計(jì)算場(chǎng)景中的應(yīng)用。舉例來(lái)說(shuō)，計(jì)算虛擬化作為云計(jì)算領(lǐng)域的核心技術(shù)之一，目前在 x86 和 ARM 芯片方面，技術(shù)已經(jīng)比較成熟。在核心技術(shù)自主掌控的大環(huán)境下，如何基于開(kāi)放 RISC-V 指令集實(shí)現(xiàn)計(jì)算虛擬化是云計(jì)算行業(yè)的研究與驗(yàn)證的焦點(diǎn)問(wèn)題。在上述的技術(shù)發(fā)展背景下，中國(guó)電信以我們研究院團(tuán)隊(duì)為主，聯(lián)合天翼云相關(guān)團(tuán)隊(duì)，經(jīng)過(guò)半年多的重點(diǎn)攻關(guān)，成功完成了基于 RISC-V 指令集的輕量級(jí)虛擬機(jī)的研發(fā)與驗(yàn)證。

中國(guó)電信研究院團(tuán)隊(duì)在 openEuler 開(kāi)發(fā)者大會(huì)交流 RISC-V 輕量級(jí)虛擬機(jī)研發(fā)工作

OSCHINA：您個(gè)人最早接觸到開(kāi)源軟件和 RISC-V 分別是在什么時(shí)候呀？

崔恩放：

我最早接觸開(kāi)源軟件是在本科求學(xué)期間。歐美興起的開(kāi)源軟件文化推動(dòng)了軟件領(lǐng)域的迅速發(fā)展和進(jìn)步，我在學(xué)生時(shí)期就體驗(yàn)了各種各樣的開(kāi)源軟件。硬件領(lǐng)域開(kāi)源的進(jìn)展要慢一些，但后來(lái)也參照了軟件領(lǐng)域的開(kāi)源趨勢(shì)，出現(xiàn)了 RISC-V 開(kāi)源指令集。RISC-V 自由開(kāi)放的信念讓我對(duì)計(jì)算硬件領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展充滿(mǎn)了信心。借著作后也游行區(qū)常興奮，軟件的歷史社中國(guó)電信近年來(lái)著力打造云計(jì)算原創(chuàng)技術(shù)策源地，積極探索 RISC-V 開(kāi)源芯片技術(shù)的絕佳機(jī)會(huì)，我本人積極爭(zhēng)取到了這個(gè)機(jī)會(huì)，希望能發(fā)揮自身力量，推動(dòng) RISC-V 技術(shù)在云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用。

OSCHINA：RISC-V 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用歷史可以簡(jiǎn)單介紹下嗎？

崔恩放：

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常需要具有低功耗、小尺寸和低成本等特點(diǎn)，RISC-V 指令集開(kāi)源免費(fèi)、簡(jiǎn)單靈活、易于裁剪和優(yōu)化，很好的滿(mǎn)足了物聯(lián)網(wǎng)的需求，使得物聯(lián)網(wǎng)是 RISC-V 最早成功的場(chǎng)景，到今天有接近 10 多年的歷史。

RISC-V 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用歷史可以分為三個(gè)時(shí)期：初始探索時(shí)期、快速發(fā)展時(shí)期和應(yīng)用推廣時(shí)期。初期探索時(shí)期大約是 2010 年至 2014 年，RISC-V 的開(kāi)發(fā)工作剛剛開(kāi)始，主要由加州大學(xué)伯克利分校的科學(xué)家推進(jìn)，研發(fā)了學(xué)術(shù)研究性質(zhì)的 RISC-V 物聯(lián)網(wǎng)芯片?？焖侔l(fā)展時(shí)期大約是 2014 年至 2018 年，在這個(gè)階段，一些公司開(kāi)始采用 RISC-V 架構(gòu)來(lái)設(shè)計(jì)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，并將其應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的傳感器數(shù)據(jù)采集、智能家居等領(lǐng)域。2018 年至今是應(yīng)用推廣時(shí)期，一些大型公司開(kāi)始支持和推廣 RISC-V 架構(gòu)，包括西部數(shù)據(jù)、英特爾等。到如今全球 RISC-V 芯片出貨量已超 100 億，其中絕大部分用于物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。

OSCHINA：從物聯(lián)網(wǎng)走向數(shù)據(jù)中心走、云計(jì)算領(lǐng)域，RISC-V 自身的優(yōu)勢(shì)在哪？

崔恩放：

您提的這個(gè)問(wèn)題非常好，這個(gè)問(wèn)題也是業(yè)內(nèi)經(jīng)常思考的一個(gè)問(wèn)題。有研究顯示云計(jì)算處理了近 95% 的工作負(fù)載和計(jì)算實(shí)例，是對(duì)芯片底層技術(shù)要求最高的領(lǐng)域之一，如果一個(gè)指令集不能在云數(shù)據(jù)中心實(shí)現(xiàn)規(guī)?；瘧?yīng)用，很難稱(chēng)其在云計(jì)算領(lǐng)域獲得了成功。

不同于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，在云數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，指令集一般被期待用于解決如下三個(gè)問(wèn)題：高性能問(wèn)題、高效能問(wèn)題和技術(shù)生態(tài)問(wèn)題。這正是 RISC-V 指令集的主要技術(shù)優(yōu)勢(shì)。具體來(lái)說(shuō) RISC-V 的優(yōu)勢(shì)包含三個(gè)方面：首先，RISC-V 設(shè)計(jì)了多種用于任務(wù)加速的指令集擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn)向量計(jì)算、加解密等任務(wù)的加速，有較高的計(jì)算性能；其次，RISC-V 簡(jiǎn)潔的特性，可以降低芯片的功耗，提升效能；最后，RISC-V 在國(guó)際上已經(jīng)形成了一定范圍內(nèi)的技術(shù)共識(shí)，有較好的技術(shù)委員會(huì)指導(dǎo)，有助于建立體系化、繁榮的生態(tài)。

OSCHINA：RISC-V 走向云計(jì)算已經(jīng)進(jìn)展到哪一步了？

崔恩放：

一般來(lái)說(shuō)，芯片指令集走向云計(jì)算可以分為四個(gè)階段。第一個(gè)階段是指令集的設(shè)計(jì)和完善以及高性能芯片設(shè)計(jì)制造；第二個(gè)階段是服務(wù)器等整機(jī)設(shè)備的研發(fā)；第三個(gè)階段是應(yīng)用生態(tài)適配；第四個(gè)階段是大規(guī)模應(yīng)用普及。

目前業(yè)界已經(jīng)突破了高性能 RISC-V 芯片的設(shè)計(jì)制造和服務(wù)器的研發(fā)，正在積極推進(jìn)云計(jì)算應(yīng)用生態(tài)的適配。中國(guó)電信也積極的參與到了各個(gè)階段，并將跟合作伙伴一起做應(yīng)用適配、互認(rèn)證，對(duì) RISC-V 上云起到應(yīng)用牽引作用，同合作伙伴共同將 RISC-V 云計(jì)算產(chǎn)業(yè)做大。

OSCHINA：行業(yè)關(guān)于 RISC-V 走向云計(jì)算的研究大概從什么時(shí)候開(kāi)始的？

崔恩放：

RISC-V 國(guó)際基金會(huì)在 2021 年成立了 Datacenter/Cloud Computing SIG，開(kāi)始研究將 RISC-V 應(yīng)用到云計(jì)算和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，這算是一個(gè)標(biāo)志性的時(shí)間節(jié)點(diǎn)。RISC-V 應(yīng)用到云計(jì)算主要涉及到芯片的研發(fā)和云計(jì)算軟件的適配。服務(wù)器芯片是近兩年開(kāi)始研發(fā)的，2022 年到 2023 年國(guó)內(nèi)外相繼發(fā)布了數(shù)據(jù)中心高性能 RISC-V 芯片及服務(wù)器。云計(jì)算軟件的適配實(shí)際上開(kāi)始的比較早，像一些常用的編程語(yǔ)言、編譯器其實(shí)在 2021 年之前就已經(jīng)開(kāi)始適配了，國(guó)內(nèi)軟件適配工作研究最早的像中科院軟件所的 PLCT 實(shí)驗(yàn)室，2020 年就在 OpenEuler 操作系統(tǒng)開(kāi)源社區(qū)成立了 RISC-V SIG，也在 2023 年發(fā)布了 OpenEuler RISC-V 23.03 版本。中國(guó)電信也于去年開(kāi)始進(jìn)行 RISC-V 上云技術(shù)的研究與驗(yàn)證，以打造自主可控、高效能的國(guó)家云為長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)，推進(jìn)了天翼云自研云操作系統(tǒng) CTyunOS 在國(guó)內(nèi)首臺(tái) RISC-V 服務(wù)器的適配，并自研了支持 RISC-V 輕量級(jí)虛擬機(jī)。

openEuler 開(kāi)源操作系統(tǒng) RISC-V 適配大事記

OSCHINA：您所在的這個(gè)部門(mén)決定開(kāi)始做 RISC-V 相關(guān)研發(fā)的目的是什么？中國(guó)電信處于產(chǎn)業(yè)鏈上的什么角色和地位，優(yōu)勢(shì)在哪？

崔恩放：

中國(guó)電信作為全球最大的運(yùn)營(yíng)商云提供商，憑借在云網(wǎng)領(lǐng)域特有的資源稟賦優(yōu)勢(shì)，不僅具有極強(qiáng)的產(chǎn)業(yè)牽引作用，同時(shí)也一直致力于推動(dòng)云計(jì)算技術(shù)、邊緣計(jì)算技術(shù)的創(chuàng)新和應(yīng)用。在這個(gè)過(guò)程中，RISC-V 憑借其開(kāi)放性、靈活性以及成本、性能優(yōu)勢(shì)正在成為上述兩個(gè)場(chǎng)景下全新的指令集架構(gòu)選擇。

2022 年以來(lái)，中國(guó)電信已經(jīng)實(shí)現(xiàn)云計(jì)算核心系統(tǒng)技術(shù)棧的全棧自研，并且完成一云多芯的國(guó)產(chǎn)化適配。在上述技術(shù)積累的基礎(chǔ)之上，2023 年開(kāi)始，我們開(kāi)始推動(dòng)基于 RISC-V 開(kāi)源指令集芯片的云化進(jìn)程，在這個(gè)方面中國(guó)電信具有技術(shù)先進(jìn)性。此外，中國(guó)電信可以發(fā)揮作為云計(jì)算原創(chuàng)技術(shù)策源地作用，承擔(dān)央企責(zé)任，協(xié)同上游 RISC-V 芯片廠(chǎng)商聯(lián)合推動(dòng) RISC-V 相關(guān)技術(shù)的發(fā)展與生態(tài)成熟。

無(wú)論在邊緣云還是中心云場(chǎng)景，中國(guó)電信不僅具有豐富多樣的應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)還有巨大的規(guī)模優(yōu)勢(shì)，可在自身的業(yè)務(wù)中積極探索基于 RISC-V 架構(gòu)芯片和設(shè)備的采用，由此中國(guó)電信對(duì)于推動(dòng) RISC-V 生態(tài)建設(shè)、RISC-V 技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用方面都能發(fā)揮重要作用。

OSCHINA：近幾年關(guān)于 RISC-V 的研究與討論聽(tīng)起來(lái)還挺多的，為什么這個(gè)成熟度還沒(méi)上來(lái)？

崔恩放：

當(dāng)前很多人認(rèn)為 RISC-V 還不夠成熟，這其實(shí)對(duì)于 RISC-V 的一種誤解，我們應(yīng)該分場(chǎng)景來(lái)看待 RISC-V 成熟度的問(wèn)題。RISC-V 架構(gòu)的開(kāi)源、低功耗特性和可擴(kuò)展性能夠很好的滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式設(shè)備要求的低成本、低功耗、小型化的需求，可以說(shuō)在這些場(chǎng)景下，RISC-V 是成熟的，并且已經(jīng)取得了很大的成功。在 2022 年 7 月，RISC-V 國(guó)際公司的首席執(zhí)行官 Calista Redmond 表示：“估計(jì)市場(chǎng)上已經(jīng)有 100 億個(gè) RISC-V 核”，如此大規(guī)模的應(yīng)用就是一個(gè)很好的例證。

所謂 RISC-V 不成熟，主要還是指在面向數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算場(chǎng)景的通用計(jì)算領(lǐng)域。這是由于多方面的原因?qū)е碌?，第一，RISC-V 針對(duì)通用計(jì)算還需要進(jìn)一步的優(yōu)化，例如 IP 核設(shè)計(jì)、處理器架構(gòu)、編譯器等方面，都有待改進(jìn)以提高其性能核能力。第二，通用計(jì)算意味著更復(fù)雜的軟件生態(tài)，而這也是 RISC-V 亟需完善的地方。第三，RISC-V 在通用計(jì)算領(lǐng)域缺乏廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，整體還處于探索階段。這正是中國(guó)電信正在做的 RISC-V 在云領(lǐng)域的探索與實(shí)踐的意義，我們對(duì)于 RISC-V 還是抱有積極樂(lè)觀(guān)的態(tài)度。中國(guó)電信在云計(jì)算原創(chuàng)技術(shù)策源地的框架下會(huì)積極探索并推動(dòng) RISC-V 云計(jì)算場(chǎng)景應(yīng)用及關(guān)鍵技術(shù)的研究，加速 RISC-V 云計(jì)算場(chǎng)景落地應(yīng)用的進(jìn)程。

OSCHINA：RISC-V 指令集的構(gòu)成是怎樣的？

崔恩放：

RISC-V 指令集主要包括非特權(quán)指令集和特權(quán)指令集，其中，非特權(quán)指令集又包括基礎(chǔ)指令集和擴(kuò)展指令集，基礎(chǔ)指令集就是整數(shù)計(jì)算指令集（整數(shù)加、位移等操作），擴(kuò)展指令集會(huì)針對(duì)一些特定的場(chǎng)景提供一些指令，比如 RISC-V 針對(duì)向量計(jì)算專(zhuān)門(mén)提供了 V 擴(kuò)展，針對(duì)加解密提供了 K 擴(kuò)展。特權(quán)指令集主要提供相關(guān)指令支持操作系統(tǒng)及虛擬機(jī)，如針對(duì)虛擬化提供了一個(gè) H 擴(kuò)展。

RISC-V 指令集架構(gòu)

OSCHINA：RISC-V 可靈活定制的特性是如何實(shí)現(xiàn)的？

崔恩放：

X86 和 ARM 由于歷史原因，指令集多達(dá)上千頁(yè)、沒(méi)有模塊化區(qū)分，導(dǎo)致很難靈活定制。RISC-V 指令集簡(jiǎn)潔，并進(jìn)行了模塊化區(qū)分，基礎(chǔ)指令只有 40 多條，其它指令可模塊化添加，使其具備了可靈活定制的特性。例如 RISC-V 基金會(huì)制定了向量計(jì)算、加解密、壓縮等指令集擴(kuò)展，用戶(hù)在設(shè)計(jì)芯片時(shí)可以選擇是否使用上述擴(kuò)展，也可定制私有的指令集擴(kuò)展，如針對(duì)通信任務(wù)加速定制編解碼指令擴(kuò)展等。

OSCHINA：您認(rèn)為 RISC-V 可能會(huì)在接下來(lái)的兩三年里擴(kuò)展到什么領(lǐng)域或是場(chǎng)景下？

崔恩放：

我認(rèn)為當(dāng)下兩三年 RISC-V 會(huì)在邊緣計(jì)算和部分云計(jì)算場(chǎng)景中應(yīng)用。邊緣計(jì)算可應(yīng)用的場(chǎng)景包括邊緣數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、邊緣 AI 等，具體形態(tài)可以是邊緣盒子或者邊緣服務(wù)器、邊緣一體機(jī)等。云計(jì)算場(chǎng)景包括離線(xiàn)大數(shù)據(jù)分析、HPC，或者像一些冷數(shù)據(jù)存儲(chǔ)應(yīng)用可能會(huì)進(jìn)行一些試點(diǎn)。而且近兩年 RISC-V 服務(wù)器的虛擬化能力有望增強(qiáng)，可能會(huì)出現(xiàn) RISC-V 指令集的云主機(jī)。

全球開(kāi)源技術(shù)峰會(huì)（Global Open-source Technology Conference），簡(jiǎn)稱(chēng) GOTC，是由開(kāi)放原子開(kāi)源基金會(huì)、上海浦東軟件園、Linux 基金會(huì)亞太區(qū)和開(kāi)源中國(guó)聯(lián)合發(fā)起的，面向全球開(kāi)發(fā)者的一場(chǎng)盛大開(kāi)源技術(shù)盛宴。5 月 27 日至 28 日，GOTC 2023 將于上海舉辦為期 2 天的開(kāi)源行業(yè)盛會(huì)。大會(huì)將以行業(yè)展覽、主題發(fā)言、專(zhuān)題論壇、開(kāi)源市集的形式展現(xiàn)，與會(huì)者將一起探討元宇宙、3D 與游戲、eBPF、Web3.0、區(qū)塊鏈等熱門(mén)技術(shù)主題，以及開(kāi)源社區(qū)、AIGC、汽車(chē)軟件、AI 編程、開(kāi)源教育培訓(xùn)、云原生等熱門(mén)話(huà)題，探討開(kāi)源未來(lái)，助力開(kāi)源發(fā)展。