近日，RISC-V指令集架構(gòu)在全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)聚光燈下再一次強(qiáng)勢破圈!
據(jù)路透社3月4日報道，中國計劃首次發(fā)布指導(dǎo)意見，推動全國范圍使用開源RISC-V芯片，加速RISC-V技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。與此同時，歐洲高性能計算機(jī)構(gòu) (HPC) 聯(lián)合企業(yè)啟動DARE項目，計劃投入2.4億歐元，開發(fā)用于RISC-V架構(gòu)的AI芯片及軟件。
歷經(jīng)15年的發(fā)展，RISC-V正以驚人的速度改變著全球半導(dǎo)體行業(yè)的格局。從阿里達(dá)摩院即將交付的高性能處理器C930，到芯來科技在AI和汽車電子領(lǐng)域的進(jìn)展，再到微核芯高性能服務(wù)器芯片的突破，RISC-V正在引領(lǐng)一場技術(shù)革命。這場革命不僅體現(xiàn)在性能的飛躍，更在于其開放、自由的特性，為無數(shù)創(chuàng)新者提供了前所未有的機(jī)遇。
一、升維戰(zhàn)為何選擇RISC-V？
處理器架構(gòu)的產(chǎn)業(yè)演進(jìn)始終遵循“場景驅(qū)動技術(shù)”的鐵律。20世紀(jì)70年代末，英特爾以x86架構(gòu)構(gòu)建PC時代算力底座，奠定四十年產(chǎn)業(yè)根基；21世紀(jì)初在移動互聯(lián)網(wǎng)浪潮中，ARM憑借能效優(yōu)先的架構(gòu)哲學(xué)，開創(chuàng)移動終端處理器新紀(jì)元。
然而，這兩大體系雖主導(dǎo)市場已久，卻埋下雙重結(jié)構(gòu)性矛盾。在產(chǎn)業(yè)層面，指令集標(biāo)準(zhǔn)壟斷導(dǎo)致“硬件定義軟件”的生態(tài)逆向，用戶需要修改需求適配處理器，場景化應(yīng)用的優(yōu)化力度有限；在技術(shù)層面，全場景覆蓋需求產(chǎn)生了功耗冗余等大量成本冗余。
當(dāng)計算范式邁入云原生與AI大模型主導(dǎo)的新階段，架構(gòu)革新迎來三重突破窗口。異構(gòu)計算催生CPU與AI加速器的動態(tài)協(xié)同需求，行業(yè)場景細(xì)化倒逼架構(gòu)設(shè)計顆粒度提升2-3個數(shù)量級。在此背景下，RISC-V開放指令集展現(xiàn)出破局潛力：其模塊化架構(gòu)支持從AI推理單元到領(lǐng)域?qū)Ｓ锰幚砥鞯拿艚荻ㄖ?，更通過開源生態(tài)打破指令集架構(gòu)長達(dá)四十年的標(biāo)準(zhǔn)壟斷。Omdia預(yù)測，2024年至2030年期間，基于RISC-V的處理器出貨量將以每年近50%的速度增長，預(yù)計到2030年出貨量將達(dá)到170億顆，占據(jù)全球市場近四分之一的份額。
值得注意的是，我國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在這場架構(gòu)革命中展現(xiàn)出獨特的戰(zhàn)略路徑。2020年成立的北京微核芯科技有限公司（以下簡稱：微核芯）正是其中典范。彼時，全球RISC-V開發(fā)者90%聚焦低端AIoT市場，而這家中國芯前瞻性鎖定服務(wù)器與AI計算兩大高端賽道——這恰是突破海外技術(shù)封鎖的關(guān)鍵戰(zhàn)場，也是實現(xiàn)架構(gòu)自主可控的必爭之地。
二、技術(shù)積累與創(chuàng)新突破的二重奏
在半導(dǎo)體行業(yè)，每一代架構(gòu)突破都需要幾十年的經(jīng)驗沉淀。微核芯團(tuán)隊凝聚二十余年產(chǎn)業(yè)know-how，成功實現(xiàn)從技術(shù)并跑到實現(xiàn)跨越，其自主研發(fā)的高性能處理器SPEC CPU2006分值達(dá)15分/GHz，性能比肩ARM最新的服務(wù)器芯片N2。
據(jù)介紹，這支團(tuán)隊在技術(shù)上涵蓋高性能處理器開發(fā)的各個領(lǐng)域，包括架構(gòu)設(shè)計、驗證、物理實現(xiàn)和軟件等全過程。因此，他們有足夠的能力提供"全家桶"式的服務(wù)器系統(tǒng)方案，高性能CPU核+片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）多核互連+SoC架構(gòu)，同時結(jié)合 Chiplet技術(shù)，大大降低了芯片的設(shè)計制造成本，加快芯片研發(fā)迭代速度。
圖源：微核芯
以GKG系列產(chǎn)品為例，這款高性能RISC-V芯片集成多個自主研發(fā)的高性能處理器核，采用亂序多發(fā)射超標(biāo)量流水線，在RISC-V基礎(chǔ)指令集的基礎(chǔ)上，支持硬件虛擬化、向量、AI等高性能指令集擴(kuò)展，具有高性能、低功耗等優(yōu)勢，在服務(wù)器、終端設(shè)備、嵌入式裝備和工業(yè)控制等領(lǐng)域完成規(guī)?；逃貌渴?，彰顯出RISC-V架構(gòu)在高性能計算場景的創(chuàng)新潛力。
圖源：微核芯
在微核芯看來，這些成就的背后，是兩大核心能力的持續(xù)進(jìn)化：
其一是"全局優(yōu)化"能力：獨到的架構(gòu)設(shè)計與工藝演進(jìn)協(xié)同的能力，從芯片架構(gòu)設(shè)計到工藝實現(xiàn)全程自主把控，這樣能做出更優(yōu)功耗、更強(qiáng)性能的芯片，同時使開發(fā)周期大大縮短。
其二則是"量體裁衣"能力：根據(jù)客戶具體需求定制芯片架構(gòu)，統(tǒng)一優(yōu)化分解各階段的任務(wù)指標(biāo)，通過合理調(diào)度資源，充分發(fā)揮工藝的性能、確保處理器的性能具備足夠的競爭力。
正因如此，微核芯在短短幾年便形成了技術(shù)護(hù)城河，已申請70多項中國發(fā)明專利，還在美國、歐洲等地拿到多個核心專利的授權(quán)。
圖源：微核芯
憑借深厚的技術(shù)積累，微核芯還不斷完善定制化服務(wù)，推出了RISC-V高性能處理器定制平臺。該平臺涵蓋RISC-V高性能處理器核、片上網(wǎng)絡(luò)（NoC）多核互連、SoC架構(gòu)和軟件平臺，可以向用戶提供全面的軟硬件統(tǒng)一優(yōu)化的最佳芯片方案。其中關(guān)鍵的高性能理器核，NoC多核互連以及SoC架構(gòu)全部自研，支持多種性能級別的定制化，可根據(jù)用戶需求進(jìn)行深度優(yōu)化。RISC-V高性能平臺的應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，適用于數(shù)據(jù)中心服務(wù)器、機(jī)器人、自動駕駛、高密度算力集群等眾多領(lǐng)域。
三、突進(jìn)X86/ARM的技術(shù)無人區(qū)
技術(shù)創(chuàng)新浪潮在向產(chǎn)業(yè)化高地突圍過程中，必將遭遇商業(yè)化落地的挑戰(zhàn)。顯然，微核芯已做好應(yīng)對準(zhǔn)備，他們采取與應(yīng)用深度結(jié)合的策略，要去做“X86和ARM想做，又做不了的事。”
當(dāng)前RISC-V架構(gòu)實現(xiàn)規(guī)?；逃玫暮诵奶魬?zhàn)聚焦于兩大維度，其突破路徑系統(tǒng)化呈現(xiàn)為：生態(tài)信任體系的構(gòu)建工程和差異化賽道的精準(zhǔn)突破策略。
具體而言，生態(tài)信心的建立可通過政策協(xié)同機(jī)制、技術(shù)驗證閉環(huán)、產(chǎn)業(yè)協(xié)作網(wǎng)絡(luò)等方面進(jìn)行構(gòu)筑。差異化賽道的突破則可瞄準(zhǔn)算力重構(gòu)機(jī)遇、新興領(lǐng)域卡位，以及需求驅(qū)動開發(fā)。這也是微核芯不斷探索出的商業(yè)化路徑：通過構(gòu)建政策引導(dǎo)、企業(yè)主導(dǎo)、院校支撐的立體化生態(tài)體系，在智能計算、汽車電子、工業(yè)自動化等萬億級市場形成突破態(tài)勢。核心要素在于精準(zhǔn)把握X86和ARM架構(gòu)的剛性需求缺口，將RISC-V的架構(gòu)自由度轉(zhuǎn)化為場景適配優(yōu)勢，最終實現(xiàn)從技術(shù)優(yōu)勢到商業(yè)價值的閉環(huán)轉(zhuǎn)化。
四、在AI算力深水區(qū)掀起海嘯
如今，AI技術(shù)浪潮席卷全球，算法革新加速突破、應(yīng)用場景深度滲透至核心業(yè)務(wù)領(lǐng)域，如何構(gòu)建面向AI時代的系統(tǒng)性戰(zhàn)略框架，已成為企業(yè)戰(zhàn)略規(guī)劃的關(guān)鍵命題。
在普適技術(shù)的演進(jìn)圖譜中，RISC-V與AI技術(shù)呈現(xiàn)顯著共性特征——二者均屬于底層架構(gòu)型創(chuàng)新，其真正價值釋放需通過垂直場景的深度結(jié)合來實現(xiàn)。面對國內(nèi)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)在先進(jìn)制程與生態(tài)鏈上的代際差距，微核芯選擇聚焦于場景驅(qū)動的架構(gòu)創(chuàng)新。以人形機(jī)器人領(lǐng)域為例，其技術(shù)需求矩陣包含三個核心維度：能效約束、實時多模態(tài)交互以及認(rèn)知智能實現(xiàn)?，F(xiàn)有通用計算架構(gòu)難以滿足此類復(fù)合型技術(shù)指標(biāo)，這正是RISC-V開放指令集與AI加速架構(gòu)協(xié)同創(chuàng)新的機(jī)遇窗口。
圖源：微核芯
AI芯片的發(fā)展需要根據(jù)應(yīng)用需求，合理優(yōu)化定制芯片在通用和專用之間達(dá)到平衡。 微核芯指出傳統(tǒng)架構(gòu)中的割裂：CPU執(zhí)行的是控制流，AI（或GPGPU）執(zhí)行的是數(shù)據(jù)流；但在實際應(yīng)用中沒有絕對的數(shù)據(jù)流，也沒有絕對的控制流，更多的是兩者的結(jié)合以及面向不同領(lǐng)域的不同配比。任務(wù)的分解和調(diào)度是決定芯片系統(tǒng)解決方案的關(guān)鍵，需要應(yīng)用和芯片設(shè)計的深度綁定才能實現(xiàn)，因此必須要設(shè)計好CPU與AI的協(xié)同框架。同時，軟硬件協(xié)同框架尤為重要，需要從應(yīng)用角度出發(fā)，對應(yīng)用和計算框架、數(shù)據(jù)流和控制流進(jìn)行深入分解。
微核芯為此提出了三個層次的CPU+AI協(xié)同框架：
方案1：SoC框架內(nèi)AI加速模塊的集成；
方案2：CPU層面的AI指令擴(kuò)展；
方案3：CPU框架內(nèi)AI協(xié)處理器設(shè)計。
在現(xiàn)有市場，芯片方案多數(shù)采用方案1與方案2，第1方案的AI執(zhí)行效率高，但應(yīng)對未來應(yīng)用的適應(yīng)性較差，而且與控制流的結(jié)合較弱，與CPU只能在內(nèi)存層面進(jìn)行交互。方案2的應(yīng)用適應(yīng)性最佳，但是AI執(zhí)行效率最低，局限于控制流為主、數(shù)據(jù)流為輔的特殊應(yīng)用領(lǐng)域。第3方案是基于高性能CPU的框架，保留了高性能CPU控制流執(zhí)行能力強(qiáng)的特點，且能夠結(jié)合AI協(xié)處理器AI執(zhí)行效率高的優(yōu)勢，微核芯認(rèn)為這才是未來AI芯片的發(fā)展趨勢。
芯火燎原處，征途正當(dāng)時！
中國工程院院士倪光南預(yù)見的RISC-V 架構(gòu)革命浪潮已至，在這場重繪全球算力版圖的征途中，微核芯正以中國智慧鍛造RISC-V新內(nèi)核。基于其深厚的技術(shù)積累、創(chuàng)新的技術(shù)路線和清晰的戰(zhàn)略規(guī)劃，微核芯既要做技術(shù)深水區(qū)的破冰者，更當(dāng)產(chǎn)業(yè)升維戰(zhàn)的領(lǐng)航員。
（來源：微核芯）