NumPy完成RISC-V向量扩展适配，SG2044平台验证RVV浮点性能优势

在中国科学院软件研究所智能软件研究中心与如意 RISC-V 软件生态的持续推动下，国际主流开源科学计算库NumPy正式完成对RISC-V Vector（RVV）向量扩展的优化适配，并在算能第二代服务器级RISC-V处理器SG2044平台上完成了系统性性能验证。在与同等向量宽度的 ARM NEON 平台对比中，SG2044 在多数浮点算子场景下，实现最高23%性能领先。

该成果由标志着NumPy正式融入RISC-V高性能基础软件生态体系，为科学计算、数据分析、机器学习与工程仿真 等关键应用场景提供了坚实的软件基础。

这一进展不仅是RISC-V基础软件生态的重要里程碑，也充分验证了算能SG2044在服务器级高性能向量计算场景下的性能潜力。

打通NumPy到RVV的端到端优化路径

本次适配工作的核心在于，在NumPy中引入基于Highway库的RVV向量化支持，打通了从高层NumPy算子到底层RISC-V向量指令的完整优化链路。通过这一方式NumPy在保持跨平台可移植性的同时，能够充分利用RVV的并行计算能力，为数据分析、机器学习、工程仿真等典型科学计算负载提供稳定且可持续的性能提升。这一实践为RISC-V在高性能数值计算领域的规模化应用奠定了关键的软件基础。

适配思路：面向工程化的分层递进

 

1. RVV CPU特性检测先行突破

聚焦NumPy的底层架构支持，率先引入了RISC-V CPU特性检测机制。通过扩展系统配置和构建框架，实现了对RISC-V Vector(RVV)扩展的原生识别与支持，为后续在RISC-V架构上进行SIMD指令级优化奠定了基础。

2. NumPy算子RVV优化

通过深入研究Highway库的函数接口与向量抽象机制，并严格遵循其编程规范，结合支持RVV的CPU硬件环境，成功实现了NumPy算子的向量化加速。该工作不仅验证了Highway在可伸缩向量架构上的适配能力，也为后续在RISC-V平台开展系统性性能优化奠定了关键技术基础。

3. NumPy RVV单元测试模块

在完成NumPy算子的RVV优化后，为确保功能正确性，新增了对CPU调度器工具和硬件特性检测模块的专项单元测试，推动NumPy对RISC-V架构的支持从"能跑"迈向"可靠、可测、可维护"的工程化阶段。

围绕NumPy的底层架构，项目团队对构建系统与CPU特性检测机制进行了系统性完善，使其在RISC-V架构下能够原生识别并启用RVV扩展能力。在算子实现层面，既保证了性能，又兼顾了代码的可维护性与扩展性。同时，对部分底层实现进行了重构，为后续持续优化提供了良好的工程基础。

贡献上游推动生态协同演进

目前，相关成果已向NumPy上游社区提交19个PR，累计代码改动8689行，完成了逻辑判断、基础数学运算、数学函数、比较操作以及ArgMax / ArgMin等多类核心算子的RVV向量化优化，并同步完善了针对RISC-V平台的单元测试体系。这些工作推动NumPy对RISC-V的支持从“可运行”迈向“可验证、可维护”的工程化阶段，也为后续更多科学计算库在RISC-V平台上的适配提供了可参考的实践路径。

 

多平台测试验证RVV性能潜力

项目团队在多款支持 RVV 1.0 的硬件平台上对优化效果进行了评估。测试结果显示，RVV优化在多类 NumPy 算子上均带来了显著性能提升，尤其是在ArgMax/ ArgMin等典型归约算子中，不同数据类型均实现稳定加速，且数据位宽越小，加速效果越明显。

 

进一步的对比测试中，算能SG2044（RVV 1.0，128-bit 向量宽度）与 ARM（NEON，128-bit 向量宽度）在相同算子负载下进行了性能对比。结果显示，SG2044在浮点算子场景中表现突出，float32与float64类型在多数测试条件下均实现性能领先，最高提升幅度达到23%，充分体现了RISC-V向量扩展在高精度科学计算和服务器级应用场景中的架构优势。

 

SG2044 RISC-V 服务器处理器

● 64 核 RISC-V，最高主频 2.6GHz，支持 RVV 1.0 向量扩展

● 片内集成自研 TPU，支持 FP8 / BF16 / FP16 / FP32 等多精度计算

● 128GB LPDDR5X，最高 8533 MT/s，带宽最高 546GB/s

● 40 lane PCIe 5.0，支持高性能外设扩展

● 支持 8K 视频编解码（最高 128 路 1080P 解码 / 64 路编码）

● 支持 AES、SM 系列加密算法与硬件安全模块

● 支持 SV48 大地址空间，满足大规模应用需求

 

SRA3-40 RISC-V 计算服务器

● 基于算能第二代RISC-V服务器级处理器SG2044

● 64核RISC-V核心，支持RVV1.0向量扩展

● 片内融合异构TPU，内置原生FP8算力

● 128GB LPDDR5X统一高速内存

● 支持 4U 8 卡配置，可搭载多张智算加速卡

● 支持 12 块 SAS / SATA 硬盘 + NVMe SSD

● 支持 openEuler / Ubuntu / deepin 等主流操作系统

 

持续推进RISC-V高性能软件生态建设

面向未来，中国科学院软件研究所智能软件研究中心团队将继续围绕NumPy在RISC-V平台上的性能演进开展工作，包括探索基于RISC-V Zfh扩展的16-bit半精度浮点支持，以及进一步挖掘RVV在矩阵运算等更复杂数值计算场景中的优化空间。

算能也将持续携手如意社区与生态伙伴，共同推动RISC-V高性能基础软件生态的完善与成熟，加速RISC-V在服务器与智能计算领域的规模化应用。