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对话睿思芯科创始人:RISC-V会成为国产“芯”希望吗

睿思芯科

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RISC-V会成为国产“芯”希望吗?2020年黑天鹅事件接踵而至,但RISC-V创企睿思芯科并没受太多影响,相反,创始人谭章熹对这一年的进展很满意,芯片也在年底顺利量产。 距离RISC-V诞生已过去十年,这个每每被谈及,必与x86、Arm相提并论的新兴指令集架构,正在物联网、云端等更多场景中发挥潜能,并吸引了高通、英伟达、阿里巴巴、华为、三星、台积电等知名科技巨头及一众创企的积极布局。 其中,睿思芯科是极具代表性的玩家之一,创始人谭章熹博士,是加州大学伯克利分校RISC-V原创项目组中的主力成员之一。他的博士生导师David A.Patterson教授是2017年图灵奖得主,也是精简指令集(RISC)的先驱。

“RISC-V是我看着长起来的。”谭章熹回忆说,当初因为研究遇到瓶颈,而x86、Arm有存在商业授权的问题,他所在的项目组决定创造一个全新的指令集架构,RISC-V由此诞生。 如今十年过去了,RISC-V从一个小众的实验室项目逐渐走到了产业中,通过各类电子产品开始进入千家万户。谭章熹也身兼数职,既作为创业者,也作为RISC-V国际协会的董事、RIOS Lab联合主任、清华-伯克利深圳研究院兼职教授,推动RISC-V的生态建设和人才培养。

近日,芯东西与谭章熹进行了深入交流。除了讲述RISC-V从诞生至今的幕后故事外,谭章熹还分享了关于芯片研发落地的思考与经验,以及它有望带给半导体产业的独特价值。01.从3个月暑期项目中诞生的全新指令集架构

  谭章熹本科就读于清华大学电子工程系,硕士就读于清华计算机系,随后赴加州大学伯克利分校攻读EECS博士,师从David A.Patterson教授。 读博期间,起初谭章熹和师弟做的是SPARC,但随着项目推进,他们发现SPARC的一些既定特征(例如register windows)束缚了他们的研究。 摆在眼前的路有两条,一是采用既有指令集,二是做一套新指令集。 指令集架构(ISA)犹如软件与硬件之间沟通的桥梁。

  如果将指令比作词汇,那么指令集架构就相当于汉语词典,一个程序相当于一本用汉语词典中的词汇写成的书,而指令集架构的所有者可以决定谁能用它的指令来构造硬件。 当时包括x86和Arm在内,所有指令集都无法满足他们的研发需求。x86已有上万条指令,Arm在2010年还没开发出64位,授权费用高昂、拿到授权时间长……种种束缚下,他们选择第二条路。 2010年5月,一个暑期项目正式启动,经过3个月的研发,全新指令集架构RISC-V新鲜出炉。

  谭章熹的导师David A.Patterson是知名计算机体系结构宗师。早在四十年前,Patterson教授即开始带着研究生做第一代精简指令集(RISC)。第一、二、三、四代RISC都是在上世纪80年代实现,RISC-V直接沿用前四代的命名方法。

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  在研发RISC-V时,项目组更加注重“精简”这一特性。比如x86有上万条指令,Arm有1000多条指令,而RISC-V的指令数只有40多条。 另外,RISC-V允许模块化扩展,将不同功能子集分的很细,不同模块之间可以自由排列组合,并支持可扩展定制指令。有能力的公司即可在指令集层面定制一个面向特定场景最优化的命令,来满足差异化运算需求,并有效降低硬件成本。项目组将RISC-V放到网上后,慢慢有工程师认为UC伯克利发明的这个新指令集很好用。

  一开始,有人提问:“这个东西为什么不支持……?”项目组成员们还觉得好奇:“这是我们自己用来科研的,你凭什么给我提这些需求?” 渐渐地,他们意识到RISC-V的影响力,决定把它变成开源项目,并于2015年成立RISC-V基金会,进一步推广RISC-V生态的发展。02.RISC-V不是Arm的廉价替代,每一行代码都要由中国工程师敲出来

  RISC-V被业界寄予如此大的期望,与“开源”这个词密不可分。一方面,它能降低架构授权门槛、节省芯片研发成本。企业或个人无需支付高额的架构授权费用,即可使用或修改RISC-V代码,实现芯片的定制优化。另一方面,它不受地缘政治的影响,满足许多地区对芯片自主可控的需求。相比之下,无论是封闭生态的x86,还是授权模式的Arm,都存在被限制使用的风险。 谭章熹也观察到这一趋势,他判断,RISC-V有望催化更多中国CPU行业的创新机遇,以RISC-V为代表的开源硬件,或将影响硬件产业变革。

  在他看来,RISC-V绝非Arm架构的廉价替代,反而能做到Arm做不到的事情。随着定制化需求的增加,RISC-V有望产生与Arm时代不同的高端IP定制需求市场。 结合技术与行业追求,谭章熹于2018年8月在深圳创立睿思芯科,目标是完全立足于国内自研,打造高端RISC-V芯片。睿思芯科已自主设计了超低功耗AI处理器IP核、超低功耗32位MCU、高能效64位多核异构AI处理器等先进RISC-V芯片方案,并配以完善的端到端开发工具平台,方便用户快速部署应用。

  睿思芯科擅长软硬件一体化设计,在指令集架构和低功耗微架构设计方面均有先进的技术积累。谭章熹的求学经历,也使其深得最正统RISC-V技术的精髓。 公司成立第一天,他立下目标,希望每一行代码都是在中国、由中国工程师敲出来的,而不是像外企那样,主要人力或主要研发地点仍在国外。 2020年验证了谭章熹的前瞻意识。因为新冠疫情、贸易摩擦等多重外部因素影响,中国、日本、欧洲等地区对半导体国产化的热情空前高涨,而RISC-V恰恰是一个可行之道。

  如今许多企业对在海外研发的技术很敏感,而技术本土化不仅能消除客户对技术管制的顾虑,也有助于缩短定制化周期,实现产品快速迭代。 而睿思芯科的主要研发、制造、销售都围绕中国市场开展。由于中国控疫高效,睿思芯科的发展基本没受疫情影响,在过去一年取得诸多进展,不仅团队规模增至数十人,而且实现芯片量产。

  谭章熹对实际产品、客户、有价值的场景都有非常好的预期。他发现,客户不在乎用什么指令集架构,只在乎结果,比如能否带来成倍性能提升、这种提升是否持久、迁移是否顺滑等。 在他看来,RISC-V的生态固然值得关注,更重要的是在此基础上做出具有落地能力的完整芯片解决方案。因为应用场景有足够的价值和深度,作为一家创业公司,睿思芯科当前优先选择的合作伙伴是各特定领域的头部玩家,为其提供IP授权和SoC定制化开发合作,争取做到领域最好。“从100个小客户得到的,不如深耕一个行业领头羊得到的多。”谭章熹说。

  睿思芯科在指令集架构和微架构上结合应用场景及算法进行设计,从自主设计CPU内核,到SiP芯片封装,针对AIoT需求完成了功耗、速度、通用性、安全、定制化等多方优化。 谭章熹透露道,睿思芯科已有确实的落地场景和重量级客户,并已进入大客户主流产品的流水线,后续会逐渐公布更多进展。迄今睿思芯科已完成A轮融资,投资方有北极光创投、翼朴资本、创新工场、百度风投等。03.生态与人才缺口待填补

  这两年,因为与本土化自主可控的需求相契合,RISC-V在全球范围内越来越火。 例如在2020年7月,5位国科大本科生带“芯”毕业的新闻走红网络。基于RISC-V架构,他们经历4个月的高强度开发,成功设计一款能跑Linux操作系统的SoC芯片。 除了被用于教学,RISC-V也被更多企业青睐。据RISC-V International(RISC-V国际协会)CEO Calista Redmond公布信息,其成员数已达1000个,包括222个组织,其中不乏国内外知名科技巨头,覆盖到云端、移动、高性能计算、机器学习等多类产业。

  从2018年起,国内有大量RISC-V企业相继出现,有的用不同架构做混合开发,有的专注于专用芯片,也有的致力于RISC-V处理器IP设计。阿里巴巴平头哥的玄铁910、紫光展锐的春藤芯片、华米的“黄山1号”AI芯片均采用RISC-V架构。 国际市场分析机构Semico Research预测,2025年全球市场的RISC-V CPU核心数将达到624亿颗,而中国将拥有全球最大的市场空间;另一家市场调研机构Tractica预测,RISC-V的IP和软件工具市场将在2025年达到10.7亿美元。

  尽管RISC-V生态正迅速扩张,但截至目前,它与Arm的生态差距依然明显。 考虑其他地区的芯片设计者,可能会对RISC-V基金会地处美国有所顾虑。2020年3月,RISC-V基金会将法律实体从美国迁至瑞士,更名为RISC-V International,极尽所能地保护RISC-V在全球开源许可下得以不受外界环境的影响。

  “在五到十年内,RISC-V可能是世界上最重要的指令集。”出生于1947年的Patterson教授已年逾古稀,他仍然活跃于推动RISC-V的生态建设。 在谭章熹眼中,Patterson教授像家里的亲人一样,很愿意在学生身上花时间。从进入UC伯克利至今,他们都保持亲密的沟通与合作,如今打电话的频次甚至比在校期间还要勤。 对于Patterson教授来说,RISC-V就像是一个婴儿。

  他喜欢用“飞虎队”作比喻,希望RISC-V能像当年美籍援华雇佣军“飞虎队”支援中国空军那样,帮助中国CPU产业飞高飞远。 2019年11月,他牵头在深圳创立RIOS Lab(RISC-V国际开源实验室)并任实验室主任,谭章熹任联合主任,依托清华-伯克利深圳研究院开展工作,包括睿思芯科在内的许多公司都是RIOS Lab的成员。RIOS Lab未来五年的任务既有发展RISC-V的软硬件生态,也包括培养更多的半导体高级人才,而人才正是产业发展的另一大痛点。

  从历史发展来看,芯片开发设计受到底层技术的限制,因微架构研发的技术含量极高,行业中拥有芯片研发能力的研究团队和企业并不多。 谭章熹谈到,目前中国没有严格意义上的计算机系统专业,教材、培训均未成体系,在做处理器设计、软硬件一体、端到端设计微架构方面,尚未储备足够的人才。

  国内产业需求和人才供给存在绝对的不平衡,而解决这个事情,是一件长远的目标,包括如何构建整个生态,不仅产品要发展,人才也要发展。 他希望RISC-V开源生态能在短期3-5年内完成特定领域的布局,长期则希望在5-10年内建立起与英特尔的生态系统。04.结语:定制芯片或将不再是少数人的游戏

  过去数十年,x86始终在台式机及服务器市场独领风骚,Arm则在移动终端处理器市场无出其右,刚走过十周年的RISC-V也正奔赴在产品落地、生态扩张的道路上。 但RISC-V的商业化前路依然布满荆棘,物联网赛道横亘着生态更健壮的Arm,如何构建一个可持续的生态是摆在RISC-V面前的一道核心考题。

  由于RISC-V早期产生和发展都在国外,因此国际协作至为关键,要让RISC-V持续良性健康地向前发展,显然还需更多生态伙伴的参与和配合。 计算机体系结构的变局还在持续上演,RISC-V究竟能发挥出怎样的产业价值,还有待时间评估。 而随着RISC-V逐渐降低定制化芯片设计的门槛,未来造芯也许将不再是少数人的游戏。

责任编辑:xj

       原文标题:师从图灵奖得主,自研高端RISC-V芯片,对话睿思芯科创始人

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