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雲栖新聞|全球首次系列處理器全棧開源,平頭哥推進RISC-V技術走向成熟

雲栖新聞|全球首次系列處理器全棧開源,平頭哥推進RISC-V技術走向成熟

10月19日,2021雲栖大會現場,阿裡雲智能總裁張建鋒宣布,平頭哥開源玄鐵RISC-V系列處理器,并開放系列工具及系統軟體。這是系列處理器與基礎軟體的全球首次全棧開源,将推動RISC-V架構走向成熟,幫助RISC-V軟硬體技術加速融合發展,推動創新落地。

AIoT時代,RISC-V架構因其開放、靈活的特性,有望成為繼Intel X86、ARM後的下一代廣泛應用的CPU架構。但是,目前RISC-V架構面臨應用碎片化、開發效率低、軟硬體适配難等問題,軟硬體生态尚未成熟。

玄鐵RISC-V系列處理器采用自研技術,覆寫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,并已成功應用于微控制器、工業控制、智能家電、智能電網、圖像處理、人工智能、多媒體和汽車電子等領域。不久前,玄鐵910全球首次實作相容安卓,極大拓展了RISC-V架構面向開放生态的想象力。

目前,玄鐵系列處理器出貨超25億顆,擁有150餘家客戶、超500個授權數,已成為國内應用規模最大的國産CPU。

此次開源的玄鐵系列RISC-V處理器,包括玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量産處理器IP,以及基于玄鐵的多作業系統的全棧軟體及工具。開發者可通過平頭哥Github和晶片開放社群(Open Chip Community)下載下傳玄鐵源代碼,在此基礎上,實作開源EDA協同,創新硬體架構,豐富軟體應用生态。

雲栖新聞|全球首次系列處理器全棧開源,平頭哥推進RISC-V技術走向成熟

國際RISC-V基金會CEO Calista Redmond表示,“阿裡巴巴通過持續的貢獻、領先的技術以及與RISC-V生态圈的深入合作,已成為RISC-V社群真正的上司者。阿裡巴巴此舉(玄鐵開源),将激發全球RISC-V社群創新晶片開發,RISC-V全球生态将從中受益。”

平頭哥深耕晶片自研技術多年,并堅持開源開放,為推進算力普惠不斷努力。早在2019年,玄鐵910一面世就對外開放,同時首次開源低功耗微控制晶片設計平台“無劍100 Open”。此次全棧開源,為全球開發者提供了架構新選擇,也将促進RISC-V技術和生态的進一步成熟。

張建鋒表示,“經過3年努力,我們今天又釋出玄鐵RISC-V系列開源版。未來,我們将開源更多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,共同建構開放、透明和普惠的RISC-V生态。”

1、 此次玄鐵RISC-V系列處理器開源,具體包含哪些内容?它對于全球RISC-V生态有何意義?

此次開源的OpenXuantie系列RISC-V處理器,包括玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量産處理器IP,以及基于OpenXuantie的多作業系統(AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等)的全棧軟體及工具。

開發者可通過平頭哥Github和晶片開放社群(Open Chip Community)下載下傳OpenXuantie源代碼,并基于此實作開源EDA協同、硬體架構創新、豐富軟體應用生态。

國際RISC-V基金會CEO Calista Redmond表示,“阿裡巴巴通過持續的貢獻、領先的技術以及與RISC-V生态圈的深入合作,已成為RISC-V社群真正的上司者。阿裡巴巴此舉(玄鐵開源),将激發全球RISC-V社群創新晶片開發,RISC-V全球生态将從中受益。”

2、 據了解,此前也有一些研究機構的開源,比如包雲崗的香山RISC-V處理器開源等等。此次平頭哥玄鐵RISC-V系列開源,與他們有什麼不同?

平頭哥樂見更多學術機構和商業組織開源RISC-V處理器,我們也與中科院計算所有相關合作,共同探索RISC-V先進架構。

具體而言,香山處理器更側重于靈活開發技術,基于Chisel開發語言,對于科研領域意義重大。

平頭哥此次開源的玄鐵RISC-V系列處理器,使用業界廣泛使用的Verilog開發語言,在産品化能力和技術成熟度上表現卓越。玄鐵RISC-V系列處理器,經過多年的市場檢驗和日趨完善的軟體及工具開發,具備軟硬體一體的全棧能力。開源後,開發者可基于此實作開源EDA協同,創新硬體架構,豐富軟體應用生态。

此外,平頭哥将持續提供技術和服務支援,輔助生态實作RISC-V處理器的産品化落地。

3、此次開源,與平頭哥曆次開源,有何差別和進展?

平頭哥一直堅持開源開放理念,此次開源是對這一理念的最新動作,承接了以往的開 源成果,其規模和力度在全球RISC-V社群都前所未有。

早在2019年7月,玄鐵910就向開發者開放,全球開發者可以免費下載下傳該處理器的FPGA代碼。玄鐵910也成為RISC-V向高端晶片挺進的代表處理器。不久前,玄鐵910全球首次實作相容安卓,極大拓展了RISC-V架構面向開放生态的想象力。

除此之外,平頭哥還陸續開源了低功耗微控制晶片設計平台——“無劍100 Open”,處理器、基礎接口IP、作業系統、軟體驅動、開發工具等全套子產品。

4、軟體領域通過開源實作商業成功的有Redhat,為什麼晶片領域、硬體領域沒有這樣的成功案例?

不同于成熟的軟體開源,硬體開源是個新概念。

對于開發者來說,直接使用開源軟體,成本比較低,有吸引力。但硬體開發流程複雜、時間漫長,試錯代價昂貴,對硬體開源提出了更高的要求。是以,經過市場驗證的開源處理器便成為衆望所歸。

5、作為一家商業公司,如何思考開源對自身商業的貢獻?怎樣實作商業正向循環?

平頭哥支援開源開放,對于正在上升期的RISC-V架構技術而言,隻有更多的開發者和企業使用,才能共同推進生态進步,讓這一技術在晶片和作業系統等軟硬體層面更加成熟,讓生态圈的每個夥伴從中受益。

同時,玄鐵RISC-V處理器系列開源,将持續提供技術和服務更新,幫助企業從開源走向真正落地,與開發者共同繁榮“雲端一體”的AIoT生态。

6、平頭哥此次還推出倚天710晶片,又在着手RISC-V架構,這兩者的關系如何?

平頭哥堅持自研技術與開源開放并進,倚天710晶片的推出,說明平頭哥已成為全球僅有的少數幾家能設計出頂級性能CPU的公司。

目前,AIoT浪潮已席卷而來,RISC-V或許是AIoT時代萬物互聯的關鍵,是拓寬物聯網生态圈的鑰匙。平頭哥在RISC-V上的探索和布局,對于推進AIoT戰略具有重要意義,此次開源玄鐵RISC-V系列處理器,将有力推動RISC-V生态發展、助力萬物互聯,惠及全球RISC-V社群。

同時,RISC-V的想象空間巨大,玄鐵910全球首次實作相容安卓,證明了RISC-V朝高性能方向發展的可能。平頭哥也将持續探索RISC-V這一架構在更多場景和領域的落地,向“雲端一體“邁進。

7、平頭哥有哪些RISC-V的優勢?

十餘年指令集技術積累:平頭哥技術團隊擁有十多年CPU和晶片研發經驗,長期從事自研指令架構、CPU微體系結構與系統晶片産品的研發,多款CPU IP核得到大規模量産的驗證。

産品豐富,市場占有率最大:平頭哥已擁有從低功耗、低成本到中高性能等豐富的RISC-V處理器産品家族,廣泛應用于MCU、藍牙、無線、語音、視覺等應用場景。

2018年,平頭哥團隊就從自研C-Sky指令集切換到RISC-V;2019年7月,平頭哥釋出當時業界最高性能RISC-V處理器玄鐵910。此後,先後釋出了無劍SOC平台、多款玄鐵RISC-V處理器,滿足低功耗、高性能計算場景需求。

2019年8月,平頭哥釋出面向AIoT時代的一站式晶片設計平台“無劍100 Open”,提供集晶片架構、基礎軟體、算法與開發工具于一體的整體解決方案。

2021年5月,平頭哥還推出RVB-ICE、RVB-D1、RVB2601三款開發闆,并公布端雲一體軟體平台,進一步為開發者和企業提供了體驗RISC-V技術的橋梁。

自推出玄鐵910兩年多來,平頭哥大力推動了RISC-V軟硬體生态的發展,适配了AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等作業系統,在百餘款晶片中得到了應用,玄鐵系列成為國内RISC-V領域影響力和市場占有率最大的處理器産品,以每年50%的授權數增長。

技術實力領先:玄鐵910是高性能RISC-V處理器的先行者,拓展了RISC-V性能、應用的邊界。該處理器把自研架構中經過産品驗證的指令技術與RISCV精簡指令技術融合,在指令方面相比原始的RISC-V穩定可靠,同時有平均20%以上性能的提升。在處理器的設計技術上,玄鐵910在原有高性能處理器2發射的基礎上,發展成3發射并行架構,流水線深度從10級發展成12級,機關性能提升40%以上,達到7.1 Coremark/MHz,工作主頻達到2.5GHz,整體名額在原有技術上提升一個層次,性能滿足5G、網絡通信、人工智能、自動駕駛等領域。

2021年10月13日,平頭哥宣布玄鐵910成功相容安卓系統,可運作Chrome浏覽器等應用。這是晶片行業首次實作RISC-V架構對安卓的支援,意味着RISC-V架構有望打破場景壁壘,成為高性能晶片設計的新選擇。

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補充資料(整合自公開媒體報道及網絡資料,僅供參考)

一、RISC-V科普

晶片是“內建電路”的俗稱。要在晶片上執行軟體程式,必須先将軟體/程式語言翻譯成硬體指令,這套标準規範即晶片架構/指令集(ISA,Instruction Set Architecture),X86、Arm、RISC-V都是指令集的代号。

指令集通常與背後的軟體生态相關聯,采用哪種指令集,需要其專利授權,IP授權費用動辄上百萬、千萬美元。

目前,全球晶片架構格局由Intel和Arm統領。美國公司英特爾的X86架構稱霸個人電腦和伺服器兩大市場;英國公司Arm架構通行于智能手機和物聯網市場。過去幾十年,英特爾與微軟結盟,Arm與蘋果、谷歌結盟,成為各自市場的事實标準。

誕生于2010年的RISC-V,則是一個基于精簡指令集(RISC)原則的開源指令集架構(ISA),它由一家非營利基金會所有,所有企業都可以加入基金會,免費使用RISC-V架構,并在其基礎上進行改動,被廣泛看好成為下一代廣泛應用的CPU架構。

RISC-V架構具有開放、靈活、低功耗等特點,基礎指令不到50條,并以子產品化的方式提供了不少擴充指令集,尤其适合為智慧城市、工業網際網路、智能家居等碎片化的AIoT場景提供定制晶片。

RISC-V 基金會首席執行官 Calista Redmond 曾透露,截至2020年底,在全球範圍内RISC-V晶片(SoC、IP和FPGA)已推出93款,覆寫了雲端、移動、高性能運算、機器學習、自動駕駛等産業。據《财新》報道,RISC-V已經吸引了谷歌、阿裡巴巴、三星、華為、英偉達、西部資料等全球500多家企業參與研發。

中國工程院院士倪光南曾預測,在CPU領域,未來将形成英特爾(x86)、Arm、RISC-V三分天下的格局。根據 Semico Research 的預測,到2025年,全球市場的RISC-V核心數将達到624億,其中工業應用增幅最大,将占據167億顆。

Counterpoint分析師William Li表示:“RISC-V 處理器将繼續在多個類别中獲得采用。但我們相信,短期内,物聯網仍然是最關鍵的應用領域。到 2025 年,其采用率可能超過 25%,主要是由于其卓越的靈活性、可擴充性和功耗優化。其他 RISC-V 可能被采用的領域包括:工業電子、汽車和 HPC(高性能計算)。”

二、RISC-V與中國

電腦報報道稱,超過 70% 的 RISC-V 主要成員來自中國,這些成員的努力将加強 中國的 IP 庫和 IC 設計能力,重塑供應鍊,并擴張 RISC-V 的影響力。

2018年7月,上海首度宣布将RISC-V列入政府産業扶持對象,成為國内第一個發力RISC-V的城市。同年10月和11月,中國 RISC-V産業聯盟與中國開放指令生态(RISC-V)聯盟相繼成立,前者如今成員機關已達130家,後者則由中國工程院院士倪光南領銜,吸引了包括阿裡巴巴、中芯國際、紫光展銳、北大清華在内的産學研代表成員。

财信證券研報指出,除開源及成本優勢外,半導體國産化程序加速是RISC-V此輪在國内獲得機遇的重要原因。RISC-V 的開源特性及其逐漸被全球主流廠商接受認可,使得我國晶片廠商通過 RISC-V 架構實作部分領域的技術自主性具備可行性。

RISC-V生态建設其實也是中國半導體上下遊産業鍊生态建設的好機會。以晶片設計工具EDA為例,一直以來全球EDA市場幾乎被美國EDA三巨頭(Synopsys、Cadence、Mentor)分食,在制程先進的晶片設計領域,基本都逃不開使用EDA三巨頭的設計工具。

而在RISC-V目前所面向的物聯網場景,對晶片制程要求還不太高,這正好為近幾年國内新成立的一批國内EDA公司帶來市場機會。基于RISC-V的開源特性,對應的EDA工具也有可能走向開源,國内EDA廠商如果要找到一條自己的發展路徑,開源是一個機會。

附:玄鐵RISC-V系列處理器源代碼下載下傳位址:

平頭哥晶片開放社群(OCC)

https://occ.t-head.cn

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