舉辦的2022 RISC-V中國峰會上，平頭哥半導體副總裁孟建熠公布了阿里平頭哥的最新“造芯”力作——無劍600。 這次，平頭哥發的不是芯片，而是一個高性能RISC-V芯片設計平臺。它一方面幫助芯片公司降低開發芯片成本和風險，另一方面向第三方IP和基礎軟件公司開放，讓更多資源接入到RISC-V生態。 “無劍”是劍法的至高境界，也寄予了平頭哥的雄心：通過“授人以漁”，提供軟硬件全棧支持，顯著縮短芯片從研發到量產的時間，推動更多面向不同行業的高性能RISC-V芯片出現。 更重要的是，它將長期活躍于終端市場的RISC-V芯片，送上了通往高性能的高速列車。 據孟建熠分享，無劍600已經實現與國產開源云端操作系統龍蜥的適配，并成功運行了大型桌面級軟件和基于JAVA的應用。
01. “平臺+SoC原型”雙劍出鞘，突圍高性能
近年起勢迅猛的RISC-V，與x86、Arm一起，被業界并稱為「三大CPU主流架構」。 因開源開放、靈活、低功耗等特性，RISC-V具備沒有歷史包袱、沒有高昂授權費用、開發成本更低、無需擔憂“斷供”風險等優勢，被視作發展自主可控本土芯片生態的關鍵路徑之一。 平頭哥在做的事，就是通過軟硬件研發投入和生態連接，推動國內RISC-V生態快速壯大。 今天發布的無劍600，便意在于此。 無劍600是一個高性能RISC-V異構芯片的軟硬件全棧平臺，擁有高性能、高內存帶寬、異構計算、人工智能（AI）加速的特點，同時兼具高安全、多模態感知和軟硬一體的能力。
借助該平臺，開發者和企業能夠快速開發性能更高、主頻更高、內存更大、邊緣AI計算能力更強的SoC芯片。 無劍600的默認處理器是玄鐵C910，即平頭哥在2019年發布的主頻2.5GHz的高性能RISC-V核。 這將RISC-V的商用性能，從1GHz推向2GHz。 有何意義？孟建熠打個比方，假如將RISC-V比作跳高運動，原來只能跳1米高度，現在能穩定跳2米以上，突破了RISC-V性能的極限。 在AI加速方面，無劍600平臺中，最新版的玄鐵C910集成了矢量Vector處理器，支持FP16等新型數據類型，并可提供高達4TOPs的Int8 AI算力，方便AI加速類應用的開發。 無劍600平臺還重點實現了CPU+XPU異構架構設計，從運行功耗、內存帶寬和軟件棧方面都進行了優化，并支持適配GPU、NPU、VPU、DSP、ASIC等多種不同功能的第三方IP。 也就是說，半導體IP公司可以用無劍600來打造RISC-V整體生態上的能力，下游廠商進入了系統級、體系化的框架，可更高效地開發芯片。 平頭哥基于無劍600平臺成功“打樣”——SoC原型曳影1520。
這是一顆多模態AI處理器SoC，內置4核玄鐵C910，最高吞吐率4266MT，AI峰值算力達到4TOPS，支持全鏈路安全防護，具有4K視頻處理能力，同時包含豐富的異構計算和高速IO資源，軟硬件都已完成應用的適配。 開發者和企業也可以在定制個性化芯片的同時，先在曳影1520上開發自己的系統，縮短產品從研發到量產上市的時間。 02. 給軟硬協同打個樣！ 用RISC-V芯片跑大型桌面級軟件
RISC-V芯片的參數邁進了高性能的大門，下一步，就是考察實際跑應用的表現。 在曳影1520上，平頭哥與龍蜥社區、中科院軟件所PLCT實驗室，聯合打造從芯片平臺到龍蜥操作系統、再到上層應用軟件的全鏈路能力，已首次實現龍蜥Linux操作系統的兼容。
▲基于龍蜥Linux OS的軟硬件全棧平臺
這進一步拓展了RISC-V生態想象力。 龍蜥操作系統（Anolis OS）是一款基于Linux的國產主流開源云計算操作系統，定位于服務器端，支持多種主流芯片架構和計算場景。 因其豐富、復雜的軟件棧，龍蜥對芯片的要求非常高，此前在x86、Arm架構上都經過了全面驗證。這一次，龍蜥首次對RISC-V提供全面支持。 曳影1520幫助RISC-V架構搭載更重的操作系統和應用，完成了3000多個基礎組件的適配，并首次運行FireFox瀏覽器、LibreOffice等大型桌面級軟件，以及Hexo和Open Rocket等基于NodeJS和JAVA的應用，這為更大型應用程序的適配奠定了基礎。
▲圖說：無劍600平臺已適配龍蜥OS，并首次運行LibreOffice Writer/Impress/Calc等桌面級軟件
這是無劍600平臺的一小步，但是RISC-V的一大步。 全棧適配龍蜥，印證了無劍600平臺能夠適配主流云計算操作系統，并凸顯了RISC-V可面向特定領域及應用進行深度定制化的軟硬聯合優化能力。 當前，無劍600平臺針對的市場主要包括平板、智慧大屏、智能NVR、AR/VR和低速UGV等這類高性能旗艦級的產品，也支持醫療成像、視頻會議、家用機器人、無人機等中高端應用。 基于無劍600平臺現已能運行龍蜥社區的多種云上應用，OpenJDK、NodeJS、Python等上游社區常見應用，以及NCNN等AI應用。
03. 奪榜權威AI基準測試， RISC-V架構創新加速端側AI計算
實現高性能RISC-V芯片，非常考驗芯片設計團隊的功底，尤其體現在算力與內存、功耗、成本等多方面之間的平衡把握上。 孟建熠告訴智東西，如今下游合作伙伴已經不僅僅滿足于一個硬件IP核，而更加看重軟硬件能否很好融合、在穩定性和性能上都做出優勢，這些需求的變化正推動市場往軟硬件全棧方案發展。 以無劍600平臺為例，從RISC-V處理器的指令設計、微架構實現、工具鏈和底層庫的優化、操作系統優化適配，到應用的聯合調優，平頭哥團隊都做了大量艱苦的研發工作，才在技術軟件上達到基本穩定的量產水平。
打磨好這些基本功后，還要配置專業的團隊，對特定應用領域所需的功能進行錘煉。
作為高性能RISC-V處理器的先行者，平頭哥當前的策略是通用計算和DSA（領域專用架構）并行演進。 AI加速是當前一大主流DSA方向。隨著AI計算在端側應用愈發普及，AI開發友好性正成為芯片的一大核心競爭力。國內很多硬件加速器已經能做到較高的性能，但輸在“用不起來”。 而RISC-V的開放性，使其相較于Arm芯片有更大的底層創新和擴展空間，能設計出更適合跑AI算法的系統，并能兼顧到不斷推陳出新的AI算法對靈活可擴展性的要求。 平頭哥正通過矢量擴展和全鏈路軟硬件能力的提升，持續優化其RISC-V處理器的AI加速能力。 今年4月，權威AI基準測試MLPerf TIny V0.7推理性能榜單顯示，基于平頭哥RISC-V處理器的軟硬件聯合優化方案，在視覺喚醒、圖像分類、語音喚醒、異常監測等4個典型端側AI任務中均取得第一，遙遙領先于第二名。
▲平頭哥在MLPerf TIny V0.7測試拿下4個第一
平頭哥近兩年也在力推為RISC-V準備的AI部署工具HHB，它支持各種類型的模型和算法，通過更好地實現AI算子與硬件的適配，幫助開發者完成AI模型的高效編譯及部署。 據孟建熠觀察，對于1TOPs以下的端側AI算力需求，平頭哥現有的RISC-V處理器足以勝任，不需要再額外加專用加速器；對于超過1TOPs的算力需求，平頭哥既提供基于RISC-V的擴展，也支持用戶自定義的第三方AI加速IP。 例如在過去兩年，平頭哥與ImaginaTIon在GPU和AI方面進行深度合作，已經能提供硬件IP到優化的軟硬件異構計算方案。這也是RISC-V領域最成熟的可量產的方案。
04. 推動生態形成合力，三分天下有其一
孟建熠分享說，未來RISC-V將向3個必然趨勢演進：高性能、軟硬件全棧、更廣的生態合作。 如何構建更加繁榮的生態？儼然是當前RISC-V領域最核心的議題。 “統一形成好的生態是大家做RISC-V的共識。”孟建熠談道，RISC-V不是其它架構的革命者，當務之急是證明自己能夠成長起來，發展出自己的特色，真正成為“三分天下有其一”的架構。 RISC-V處理器的作戰陣地，正從中低端IoT市場，擴展對高性能、可靠性有更高要求的云計算、邊緣計算、車載智能計算等應用場景。 過去一年，全球RISC-V生態進展飛速，并出現很多標志性事件：在IoT（物聯網）領域的應用規模超過100億顆，中國公司的出貨量占到50%；SPECint性能首次超過10分，進入高性能計算的行列。
平頭哥也收獲了顯赫的戰績：玄鐵處理器已成為國內RISC-V領域影響力和市占率最大的處理器，廣泛應用于MCU、藍牙、無線、語音、視覺等30多類場景，授權數以每年50%的數量增長。 但相比Arm逾2000億顆芯片的出貨量、幾乎圈入全球主流科技公司的成熟生態，RISC-V在應用規模、行業滲透率、生態多樣性上，都還有很長的路要走。 在平頭哥生態副總裁楊靜看來，應用和軟件，對于整個RISC-V生態的發展至為關鍵。 這也是平頭哥打造無劍600平臺的用意所在，通過打牢軟硬件全棧地樁和聯通更多的第三方IP，讓企業能基于RISC-V開發出滿足其特定應用需求的高性能穩定可靠的SoC芯片產品。
平頭哥已實現RISC-V與Anolis、AliOSThings、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、安卓等操作系統的適配，并在商業量產芯片中得到了應用。今年4月，平頭哥玄鐵C910處理器成功運行TensorFlow Lite，首次實現了RISC-V在安卓12新系統上的AI支持。 孟建熠認為，盡管RISC-V的應用市場會呈現碎片化特征，但是RISC-V生態仍然是標準化和統一的。今天，RISC-V國際基金會正在制定統一標準，來推動生態形成合力。 平頭哥也在積極參與其中，已在RISC-V國際基金會中參與了29個技術方向的標準制定，主導負責了10個技術小組，過去一年向基金會貢獻8篇技術文章。 再往前走，關鍵問題是如何將RISC-V架構的可擴展性很好發揮出來，這要求有一個標準化的高性能RISC-V芯片平臺，能夠承載更加厚重的軟件棧，而平頭哥正致力于此。
05. 結語：RISC-V仍在生態繁榮的前夜
在孟建熠看來，如果將目標定為滲透到桌面級或云端，那么RISC-V依然處于生態繁榮的前夜，要把開發者生態培育起來，路還很長，需要全球軟硬件RISC-V開發者的共同努力。 可以看到，平頭哥打造無劍600平臺的目標，不是售賣自己的芯片，也不是授權幾乎單一的標準化處理器IP，而是縱向上面向通用計算和特定領域做軟硬件全棧的適配和優化，橫向上擴展對第三方IP的支持，由此降低RISC-V芯片的開發門檻，來吸引更多的生態合作伙伴。 這樣的策略，將在幫助RISC-V架構進入高性能應用的同時，助力芯片產品及應用走出多樣性，共同推動RISC-V生態繁榮。
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