平头哥RISC-V生态发展历程

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在刚刚过去的十年里,科技成为阿里巴巴发展的主旋律,阿里先后在云计算、人工智能和芯片领域取得世界级成果。尤其是在芯片研发的长征之路上,阿里完成从软到硬的延伸,在核心设计链路攻坚克难。成立五年来,阿里平头哥不仅具备高性能数据中心芯片的研发实力,还在底层处理器架构上实现突破,成为全球开源RISC-V领域的领导者之一,让中国企业在AIoT芯片波浪潮里掌握了话语权。

在PC和移动互联网时代,中国企业经历了一段难忘的“芯酸”往事,造成这一局面的核心原因之一就是处理器架构技术的空白,芯片的软硬件生态长期被x86和ARM垄断。在PC时代,Intel x86架构芯片称霸了PC市场数十年,其性能无可挑剔,但Intel x86架构并不对外授权,全球仅有AMD等少数几家公司可以使用这一架构研发芯片。移动互联网时代,ARM凭借低功耗优势以及比x86生态更开放的授权模式,构建了庞大的软硬件生态,尤其是在芯片硬件层面,ARM向芯片设计企业授权指令集和处理器核,中国芯片公司借此机会快速发展,但核心技术依旧受制于人的事实并未改变。

AIoT市场的爆发改变了x86和ARM两强的格局,这一阶段定制化、专用化的芯片成为新的趋势,而x86和ARM的商业模式远远无法满足市场需求。2010年,加州大学伯克利分校的David Patterson教授团队领导研发了RISC-V指令集,并宣布对外开源,任何企业、开发者都可以免费使用它;2015年,RISC-V由国际基金会运营,这一技术开始从高校走向产业界。

如果说ARM推动了从纯封闭架构走向半开放架构时代的进程,那么RISC-V则将开放推向了极致,其开放、灵活、精简的独特优势完美解决了AIoT市场的需求。对芯片设计厂商而言,这种全新模式还大幅降低了芯片设计的周期、成本。这样的天然优势很快便让RISC-V成为半导体产业的新宠,据统计,RISC-V基金会员已有高通、NVIDIA和Google等超过3000名成员,第三波芯片浪潮的序幕由此拉开。

在这波浪潮里,阿里巴巴无疑是最早布局的科技公司之一。2015年,正值互联网企业造芯潮的肇始,阿里巴巴宣布与大陆唯一拥有自主嵌入式CPU IP core的中天微合作研发云芯片架构,这是阿里成立16年以来首次踏进半导体领域,也为后续研发RISC-V处理器埋下了伏笔。在大洋彼岸,亚马逊几乎在同一时间宣布收购以色列芯片创业公司Annapurna Labs,谷歌推出AI专用芯片TPU。

此后,阿里则芯片布局的版图不断扩大。2017年10月,阿里巴巴成立达摩院,芯片是核心研究方向之一;2018年4月,阿里巴巴全资收购中天微;2018年9月,达摩院芯片研发团队与中天微团队合并成立平头哥,新团队延续了阿里巴巴的普惠使命:一方面,为阿里云数据中心研发芯片,在云端提供普惠算力;另一方面,投入RISC-V处理器架构研发,帮助芯片设计企业降低AIoT芯片的设计门槛。

这样的策略充分发挥了平头哥团队两股力量的优势,仅仅不到一年的时间,平头哥便交出首份成绩单。2019年7月,平头哥发布当时业界性能最强的RISC-V处理器玄铁910。玄铁910打破了RISC-V性能的天花板,让基于RISC-V架构的高性能芯片成为可能,这是阿里巴巴构建芯片生态的重要一步,也引领了芯片行业的新趋势,国内外科技企业和机构纷纷涌进RISC-V赛道。

2021年6月,中科院计算所发布高性能RISC-V处理器香山;2022年2月,Intel宣布加入RISC-V阵营,成为RISC-V基金会高级会员;2022年11月,美国芯片创业公司SiFive推出3.4GHz的RISC-V处理器。与此同时,各国政府的投入力度更是把该技术的研发推向了高潮:印度政府资助的处理器相关项目都开始向RISC-V 靠拢,让RISC-V成为了事实上的国家级指令集;巴基斯坦政府也宣布将RISC-V列为国家级preferred architecture;2022年6月,俄罗斯数字发展部宣布将大力扶持RISC-V处理器的发展;此外,欧盟在2022年9月发布了《关于建立欧洲开源硬件、软件和RISC-V技术主权的建议和路线图》报告,支持RISC-V与开源硬件。

但具有先发优势的平头哥,不仅在RISC-V的技术攻坚上踏进了无人区,还在生态上做出了前无古人的尝试,持续解决RISC-V在移动设备、服务器等市场的生态匮乏问题。2020年平头哥内部启动了玄铁910处理器兼容安卓系统的项目,并在2021年初完成了安卓系统的Linux内核、运行时库、JAVA虚拟机、软件模拟器、编译工具等主要技术栈的支持,在全球范围内首次流畅运行安卓系统的基础功能。这一成果已成为RISC-V历史上的标杆事件之一,在国际上取得了重大影响,也极大地提振了行业的信心。2022年,谷歌与平头哥达成公司层面的贡献者许可协议(CLA,Contributor License Agreement),双方就安卓系统支持RISC-V架构等工作进行技术合作和分享,平头哥RISC-V移植安卓的代码还被安卓AOSP社区收录进系统源代码,这是安卓官方首次对RISC-V架构的原生支持。

当然,RISC-V的想象空间不仅仅局限于终端市场,平头哥还积极推动RISC-V向云端服务器场景发起冲击。2022年8月,平头哥与阿里云、中科院软件所PLCT实验室等专注服务器操作系统的开源龙蜥社区成立RISC-V架构联合小组,推动RISC-V向云计算和数据中心领域发展,为阿里云“一云多芯“策略注入了新鲜血液。值得一提的是,在首届玄铁RISC-V生态大会上,算能推出64核玄铁RISC-V服务器芯片,进一步拓宽了RISC-V在云计算领域的想象力。

5年的时间,平头哥玄铁RISC-V的硬件、软件和应用生态呈现了滚雪球式成长。已拥有三大系列8款处理器产品,并持续坚持普惠策略,向全球开发者开源4款量产玄铁RISC-V处理器;另一方面,构建了工具链、中间件与组件、操作系统、AI加速库等软件栈,同时和芯片、基础软件及应用伙伴展开了全栈技术合作。

得益于全球企业和机构的持续贡献,RISC-V技术和市场的发展速度远超众人预期。目前,RISC-V架构芯片的出货量已达成100亿颗里程碑,仅用十二年就走完了传统架构30年的发展历程,据预测,2025年RISC-V架构芯片更有望突破800亿颗。2023年,麻省理工科技评论将RISC-V评选为十大突破性技术,并给出了高度评价,认为其有望改变一切的芯片设计。中国工程院院士倪光南更是预测——在CPU领域,未来将形成英特尔(x86)、Arm、RISC-V三分天下的格局。

幸运的是,中国企业抓住了这一机遇。中国已有数百家公司都在关注或以RISC-V指令集进行开发,在RISC-V 22个高级会员中,12家为中国企业,包括阿里巴巴、华为、腾讯、中兴等。而在标准制定方面,凭借深厚的技术沉淀和生态布局,平头哥领导了数据中心、存储管理、安卓、安全等11个技术方向,重要性及数量居世界前列,并拿到了第一张架构兼容性测试的证书。这也意味着,以阿里为代表的中国企业在RISC-V技术的发展上有更多的话语权,纵观从六十多年半导体的发展历程,中国企业从未有过如此全面、深度的参与。

       原文标题 : 平头哥RISC-V生态发展历程

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