RISC-V走向高性能计算，开源生态建设突飞猛进

电子发烧友网报道（文/黄晶晶）最近，“2023 RISC-V中国峰会”在北京举办。从最初RISC-V在物联网领域兴起，到如今越来越多的RISC-V高性能芯片走向数据中心、服务器、汽车电子等，RISC-V更加呼唤强大的生态建设，以期补强生态，更快地让RISC-V芯片在中高端领域落地。会议期间，电子发烧友网等媒体也在第一时间采访了RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond，本次峰会主席、中国科学院软件研究所副所长武延军，北京开源芯片研究院首席科学家包云岗等专家们。作为RISC-V领域的积极引领者，他们对现阶段RISC-V的发展发表了诸多观点。
 
中国企业积极参与生态共建
 
生态共建的意义在于调动协调参与各方共同繁荣生态并从中获益。Calista Redmond说，RISC-V非常看重生态的建立，谈到生态它既是技术问题，软硬件互相匹配，也是市场营销、商务的问题。因此应该让不同的技术团队应对不同行业的需求，比如汽车制造业、数据中心等等。同时生态建设也会强化全球合作，RISC-V国际基金会积极与其他基金会和其他组织合作，利用双方的整合资源的能力，把上游和下游、各种资源库进行非常好的连接。在中国，通过和不同的协会、学术界、行业进行合作，生态能够变得越来越成熟。
 
本次峰会主席、中国科学院软件研究所副所长武延军表示，中国企业在RISC-V国际生态领域里发挥越来越大的作用。在RISC-V国际基金会高级会员中，中国企业占据50%，包括华为、阿里巴巴、紫光展锐、中国科学院计算所和软件所等。三四年前，我们在SIG（Special Interest Group）、TG（Task Group）、HC（Horizon Committee）这些RISC-V基金会的组织里声音较少。但近两年，以阿里平头哥为例，很多中国机构开始积极参与技术组织的主席和副主席工作，推动RISC-V国际标准的制定和技术发展，让更多中国企业认识到参与国际社区的重要性。
 
中国科学院软件研究所的目标是把基础软件做成RISC-V生态里的数字公共品。武延军说，我们很早在RISC-V社区里组建了PLCT实验室，专门给RISC-V生态做贡献，过去几年也得到了国际社区很大的认可。现在中国科学院启动了“RISC-V基础软件”先导专项，也在支持我们联合国内企业继续打造RISC-V基础软件生态。
 
自2011年RISC-V指令集正式发布已经过去十多年，武延军谈到早期RISC-V处理器主要集中在微控制器（MCU）方面，而对于MCU以及嵌入式领域来说生态相对较小。但随着处理器能力的不断升级，RISC-V芯片已迈进笔记本电脑、服务器等领域，越来越多的应用可以跑在RISC-V设备上，随之而来的生态问题也更加突显。目前阶段，RISC-V相较于X86、ARM生态无论从软件规模还是性能优化程度上，还没有达到很好的状态。不过RISC-V向高性能进发会随着生态的逐渐完善势不可挡。   
 
 
完善工具链，软件生态进展显著
   
早在2020年，RISC-V第一发明人Krste Asanovic教授预言到软件是驱动RISC-V发展的关键。此后大家所熟悉的Fedora、Debian、国内的openEuler社区都开始关注RISC-V，开始提供相应的支持。
 
而软件生态的首要工作就是工具链的完善，因为芯片必须要有编译工具链才能把它的指令集特性发挥出来。武延军表示，工具链一般传统上有两种方式，一种是厂家自己来开发，提供的都是私有工具链，每次推出一款开发平台相应就有一套工具链进行匹配。另一种是大家共同打造一个公共的工具链，约90%为公共打造，10%是私有部分。RISC-V更为合适后种方式。
 
从2019年开始，中国科学院软件研究所开展RISC-V“原生操作系统”开发，即“傲来”操作系统。相应的内核（Linux Kernel）以及编译工具链上做了很多的工作。当时在GCC、LLVM（开源的架构编译器框架）上大量做指令集相关后端的实现。同时跟随RISC-V基金会标准的批准进程提供相应的代码参考实现，让大家在讨论标准时有相应依据，甚至可能给标准制定者反馈问题，让标准变得更加合理。
 
近两年，中国科学院软件所从两个方面开始投入RISC-V生态建设。一个是RuyiSDK（“如意”软件开发工具集）项目，希望给软件开发者能提供“一站式”、“全家桶”的开发工具集。统一的开发环境，在工具链上做好适配和整合，开发者不需要自己解决上下游软件包的依赖问题，不需要关心软件包的构建顺序，以及相应工具包的完整性。
 
第二是启动“PolyOS”（聚元操作系统）项目。PolyOS不是传统意义上的操作系统，当有RISC-V SoC出来后，PolyOS能够很快地和SoC或开发板进行对接。90%以上的操作系统公共部分已经做好，剩下只有不到10%私有的工具链或补丁也可以纳入到PolyOS，这样可以让开发板或SoC厂商在短时间内适配好基础软件，缩短整个交付周期。也就是给开发者和厂商提供开箱即用的操作系统构建工具，这样能够极大地促进软件生态的快速发展。
 
武延军说，现在工具链参与方越来越多，功能越来越完善，因为指令集本身在不断发展，在过去一年多时间，RVI又批准了一些新的标准扩展指令集，还在继续推更多的指令集标准规范，那么工具链也会随着这样的进程不断地往前发展。
 
9月份，openEuler RISC-V版本将推出，这也是第一次openEuler把RISC-V当作官方支持的指令集，以前只有X86和ARM。另外，此前国际知名开源社区Debian首次把RISC-V作为Tier-1级的指令集标准规范来支持。还有Google的Android开源版本AOSP也把RISC-V作为官方支持的指令集架构。在过去一年多时间里，很多知名开源社区、开源操作系统发行版都在支持RISC-V。这个软件生态建设的进程会越来越快。
 
   
RISC-V助力AI算力 硬件开源架构性能更强
 
AI算力需求的增加离不开通用计算的支持，比如自动驾驶芯片除了AI加速芯片之外还搭建了很多通用高性能CPU。还有大模型运算，也同样需要大量数据的迁移，因为数据量远远大于单个算力卡的存储容量所能存放的空间。这时候就需要有一部分在CPU里运行，同时还有大量数据进行迁移，从内存里把它加载到算力卡里，算完以后再迁移出来。这两种场景中，RISC-V都能够在其中发挥很大的作用。
 
包云岗说到，如果用RISC-V处理器再加上AI加速器，把它集成到一颗芯片里，我们就没有必要像今天这样通过PCIe总线把数据做长距离的迁移，同时带宽还受到影响。在一个芯片里带宽会有数量级的提升，这些方式可以带给我们很多创新。
 
中科院已经推出两代香山处理器架构，包云岗介绍，基于“南湖”架构的第二代“香山”处理器在过去一年多时间里做了很多产品化改造。产品化改造就是要让它从一个学术界的科研项目能够走到让企业用起来，中科院做前沿架构的探索，产品化改造工作由在北京开源芯片研究院联合一批企业进行。
 
据透露，已经有一批企业基于“南湖”架构进行芯片研发。其中一家企业今年9月份芯片即将流片回来，还有一家企业会在下半年流片。未来还可以看到基于“南湖”的GPU芯片、高性能服务器芯片或者面向边缘计算的SoC。
   
而“香山”最新一代“昆明湖”架构，根据最新的评估数据，SPECint 2006 接近14分/GHz，而2021年ARM发布的服务器级高性能IP N2的IP分数大约15分。不过，在面积、功耗等方面还需要优化升级。
 
包云岗表示，我们希望“香山”能够像开源的Linux一样，Linux已经“活”了30年，今天成了操作系统领域里特别是服务器领域里首选。在RISC-V开放标准下，“香山”能和其他不同级别的处理器一起构建开源芯片生态，帮助企业更好地做产品，提高产品竞争力。
 
小结
 
从硬件到系统软件再到应用的整个生态都需要不断地完善。包云岗表示，硬件生态上不仅是RISC-V核的升级，还有外围互联技术的提升，对于RISC-V拓展到数据中心市场等都非常重要。软件生态则更加复杂，无论是系统软件还是应用软件都面临着移植等问题。而在应用层软件上，原先安卓、Windows庞大的软件数量，RISC-V如何去适配迁移。
 
当然，包云岗认为最好的发展方式是寻找增量市场的生态。在X86者是ARM还没有形成主流的应用场景当中，RISC-V凭借其开放开源的特性迅速发展起来。而这样的增量市场就包括智能汽车，有机会从自动驾驶领域切入形成新的生态，逐步再去影响其他传统的生态。