本文作者： 李晨光
本文來源： 半導體行業觀察
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“三分天下有其一”是業界對RISC-V架構的定位和期許，開源帶來的開放生態、靈活性和高度可定制性，讓RISC-V成為搭建計算生態的一種新選擇。
今年7月，RISC-V International首席執行官Calista Redmond就指出RISC-V架構芯片出貨量已突破百億顆，僅用12年就走完了傳統架構30年的發展歷程，預計2025年RISC-V架構芯片更有望突破800億顆。
不難看到，RISC-V生態發展正在顯著加速。
但是，RISC-V應用此前更多集中在低算力的MCU市場以及生態依賴性低的物聯網領域。
對于RISC-V來說，高性能領域是一個高價值的市場，有利于RISC-V產業的商業化發展，躋身高性能領域，是芯片架構走向主流的重要標志。
隨著RISC-V生態完備度及市場需求的進一步增長，以服務器、數據中心為代表的高性能領域成為RISC-V產業下一步的落子方向。
Arm攻城拔寨，RISC-V苗頭漸起
在目前的CPU市場，x86架構及Arm架構仍然是全球最為主流的指令集架構。其中，x86架構統治著PC及服務器市場。
據IDC 2021年發布的《全球服務器季度跟蹤報告》顯示，x86服務器收入占全球服務器收入的90.3%，非x86（包括Arm、RISC-V等）服務器收入僅占全球服務器收入的9.7%。
然而，面對這樣的市場格局，自2008年開始，壟斷移動市場的Arm便計劃進入服務器芯片市場，但由于當時在服務器生態上的孱弱，不少芯片廠商投入數年后便紛紛放棄該賽道。
如今，隨著云計算需求變革以及Arm體系性能和生態環境提升，一眾高手紛紛加盟，企業開始逐漸轉向采用Arm架構，帶動了云端采用Arm架構服務器比例的增加，基于Arm架構的服務器芯片陣營掀起了新一輪的“突圍”。
Arm推出的Neoverse平臺也成為了向服務器領域滲透的關鍵驅動力之一。
近年來，云服務商也在圍繞Arm架構頻頻發力，AWS自研服務器芯片Graviton的成功也引發了行業的潮流，其他主要的云服務提供商也在積極布局Arm服務器項目。
除上云廠商外，包括富士通、Marvell、飛騰、英偉達等廠商也均推出了Arm架構服務器芯片，Arm架構服務器芯片正在取得快速的進展。
據TrendForce數據預測，預計到2025年，Arm架構在數據中心服務器滲透率將達到22%，數據中心處理器格局正在悄然發生改變。
在Arm攻城拔寨的同時，RISC-V也對數據中心市場產生了興趣。RISC-V架構則憑借著于開源、指令精簡、可擴展、模塊化等優勢，在注重能效比的物聯網領域大受追捧。但是，這并不意味著RISC-V無法進入更高性能要求的PC和服務器市場。
在這個過程中，涌現出一大批瞄準高性能RISC-V的國內外廠商，將該架構應用從低端微處理器逐漸探入高性能計算領域。
此前，RISC-V最顯著的標簽是低功耗，平頭哥半導體在2019年率先推出最高主頻達2.5GHz的玄鐵C910，突破了業界對RISC-V的性能想象；今年11月底，國產RISC-V芯片廠商賽昉科技推出了全球首款面向PC應用的高性能RISC-V芯片——昉·驚鴻8100；而后，據福布斯12月12日報道，芯片初創企業Ventana Microsystems公司在RISC-V峰會上發布了全球首款面向服務器的CPU——Veyron V1。
1. Ventana：首款面向服務器的CPU—Veyron V1
據介紹，Veyron V1采用先進的5nm制程工藝，基于Ventana自研的高性能RISC-V內核，8流水線設計，支持亂序執行，主頻高達3.6GHz，每個集群最多16個內核，多集群最多可擴展至192核，擁有48MB共享三級緩存，擁有高級側信道攻擊緩解措施、IOMMU和高級中斷架構（AIA）、支持全面的RAS功能、自上而下的軟件性能調整方法，可以滿足數據中心的各種需求。
據悉，Veyron VT1每核性能可與Arm的Neoverse V系列（Amazon Graviton 3中的V1和Nvidia Grace中的V2）相媲美，但時鐘更高。
值得一提的是，Veyron V1采用了類似AMD EPYC處理器那樣的Chiplet設計，允許客戶從Vnetana購買CPU、IO模塊，然后跟自己的加速器IP進行集成，最后成為一個完整的芯片。
按照計劃，Veyron V1已經流片成功，預計將會在2023年年中正式推出，并在2023年下半年成功部署于數據中心基礎設施。
2. 進迭時空RISC-V高性能核研發取得重大進展
進迭時空的第一代RISC-V融合計算處理器核X100在通用計算能力和面向應用的融合計算能力上，均取得了重大突破。X100的通用計算性能超過Arm A75，在AI應用、視覺應用、機器人應用等方面則大幅領先Arm A76。
鑒于上述在通用計算能力和融合計算能力上的突破，X100非常適合用于邊緣服務器、高端智能機器人、自動駕駛等場景。雖然市面上不乏RISC-V的計算核心，但能落地和商用的國產高性能RISC-V核仍十分稀缺，X100 無論在規格、性能、融合算力上均達到了國內的新高度。
目前搭載X100處理核，由進迭時空自主研發的高性能SoC也在同步開發中，并與多個合作伙伴展開深度的技術合作。進迭時空將為行業提供算力更強大，性能更優越的RISC-V計算芯片。
3. 睿思芯科：RiVAI P600邊緣計算處理器發布，瞄準差異化市場
ICCAD 2022活動上，國內RISC-V廠商睿思芯科發布了新一代邊緣計算處理器RiVAI P600。據悉，RiVAI P600 采用多核多線程的先進設計架構，擁有高效的數據并行處理能力，特別適用于通用計算兼具數字信號處理需求的應用，如數據中心、存儲、WiFi6/7、DPU、5G通訊等場景，為更高計算需求提供算力。
此外，RiVAI P600在架構設計上兼容自研Mesh互聯架構，通過簡單升級即可支持16-32處理器核心，并支持DDR5和PCIe Gen5，廣泛面向數據中心新型存儲和智能網絡等應用。
如今，P600已經與中茵微電子等數家行業頭部合作伙伴聯合打造在數據中心應用領域的產品落地，采用先進工藝制程完成流片和硅驗證，預計將于今年年底正式開始市場應用。
今年以來，睿思芯科產品發布步履不停：6月，睿思芯科發布首個高性能RISC-V向量處理器DSP IP：RiVAI V7，首次將向量處理器引入專業音頻DSP領域，瞄準高品質音視頻領域，滿足蓬勃發展的AR/VR、游戲及機器學習領域對復雜數字信號的算力需求。目前RiVAI V7已經落地，在國際知名頭部客戶中完成芯片集成與驗證，進入量產階段。
7月，睿思芯科亮相DAC大會進行專題演講，展示發布其針對視頻圖像處理與機器學習的新產品RiVAI V9+。而本次發布的RiVAI P600邊緣計算處理器，再次瞄準差異化市場。
隨著產品線拓展，睿思芯科旗下基于RISC-V的差異化IP產品將產生協同效應，進一步拓展RISC-V芯片的能力池，從技術儲備、開發生態到硅驗證，提供優秀的PPA性能，保證合作芯片量產落地。
4. 賽昉科技：RISC-V在高性能計算領域大有可為
賽昉科技也在ICCAD 2022 期間表示：“隨著RISC-V基礎指令集的完備、RISC-V IP核的性能突破、高性能RISC-V芯片的相繼推出以及軟件生態的日趨完善，RISC-V架構適合所有的計算場景，除物聯網外，在高性能計算領域亦大有可為。”
據介紹，賽昉科技自研的高性能RISC-V處理器內核——昉·天樞已被諸多芯片客戶使用，被應用于HPC、數據中心、PC等場景。昉·天樞是當前可交付的最高性能的RISC-V處理器內核，性能對標Arm Cortex A76，采用12級流水線設計，可實現超標量、深度亂序執行等。
中國科學院計算技術研究所研究員包云崗也指出，中科院RISC-V處理器香山定位于開源、高性能的公版IP核。如果有Arm A76以上算力的需求，香山是一個可以考慮的選擇。
前不久，騰訊宣布加入RISC-V陣營或許也是為了研發服務器芯片；SiFive、英特爾與谷歌等國際廠商也開始為RISC-V進軍數據中心鋪路...
業界正在用行動證明，高性能不再是RISC-V的禁忌之地，向高性能發展是RISC-V發展的必然趨勢。
與此同時，Arm近期又宣布禁止把性能先進的Neoverse V系列授權給中國芯片企業，Neoverse V系列正是為服務器芯片而研發。如此一來，中國芯片企業勢必迅速轉向RISC-V架構，促使中國加快推動RISC-V進入服務器芯片等高性能領域。
一個新架構要深入到原有市場，往往都是遵循“從低到高”滲透，比如IoT-智能機-PC-服務器這種路線。
只不過RISC-V可能會略有區別。嘉楠捷思副總裁湯煒偉表示，由于C端的用戶數量龐大，對于軟件完備度要求很高，因此需要體驗足夠好才能實現。但服務器市場則由于應用相對少，相對會比C端更具進入機會價值，也更具可替代性。
其次是由于服務器的相對軟件棧寬度要略窄一些，解決幾個軟件問題就可以突破市場。因此， RISC-V會更先滲透到服務器領域，但能走多遠很大程度上取決于生態里合作伙伴的能力和努力。
進軍數據中心，RISC-V挑戰尚在
RISC-V在初步證明其商業化可用的路上，發展速度非常快。在IoT市場站穩腳跟后，正在往更高性能、更加縱深的方向去發展。
RISC-V基金會CTO Mark Himelstein透露，RISC-V在未來幾年將會發力汽車、數據中心和安全等多個應用領域，包括最近備受關注的加速器和智能網卡也是RISC-V未來幾年的關注重點。
如果說穩定性是RISC-V的安身之本，開放性是RISC-V的生命力，那么，向高性能領域邁進就是RISC-V的競爭力所在。
然而，RISC-V要想成功登陸數據中心服務器、個人電腦等高性能市場，還有很大的距離，面臨諸多挑戰。
平頭哥半導體副總裁孟建熠此前在接受筆者采訪時表示：“數據中心肯定是RISC-V要往這個方向走的非常重要的一個方向，基金會現在其實是把數據中心作為一個很重要的方向在推進。但要往高性能發展，處理器首先本身要在性能上有突破，需要投入大量的研發精力和資金投入；其次，往高性能走，處理器的穩定性也非常重要。上層軟件棧越厚，軟件與硬件的協同優化就越困難，必須要求足夠的硬件穩定性來適配更復雜的應用場景。”
而對于RISC-V向高性能領域發展在軟件上的挑戰，中國科學院軟件研究所總工程師武延軍指出，目前有很多核心的基礎軟件沒有很好的跑在RISC-V平臺上。這里可能會有指令集規范還不成熟的問題，但更多的是這些基礎軟件包之前都是在X86和Arm上面去跑，從維護者、社區的角度，還沒有把RISC-V當成Tier-1或者First-Class-Citizen度去對待。這里面有理念問題，有投入問題，也有商業利益回報問題。
基礎軟件的意義是避免生態碎片化，避免大家在同樣的指令集架構下還去“造輪子”。因此在一些基礎的編譯工具鏈、操作系統，比如GCC/LLVM，Linux等，希望整個行業能夠合力去共同打造，而不是說每個RISC-V處理器廠家都要自己做一套，這其實是一個很大的浪費。
另外，開發者關心的外設IP授權問題依然在短期內難以突破，也是高性能RISC-V發展道路上的一大攔路虎。
不過武延軍表示，RISC-V基金會理事會正在嘗試探索開源軟件曾經走過的路。開源軟件在初期發展階段也遇到過專利訴訟，當時為了解決這一問題，IBM、英特爾、Linux基金會以及自由軟件基金會發起了名為“Open Invention Network（OIN）”的組織，組建專利池，凡是加入OIN組織的機構都需要簽署相應協議放棄對相關專利的主張，共同抵御外部的專利訴訟。
“如果未來RISC-V也能形成這樣的模式，對于外設IP專利上的障礙可能會逐掃清。但畢竟基礎軟件和半導體兩個行業不同，半導體行業的專利布局和獲利的歷史更久一些，形成的障礙、壁壘會更多一些，可能比軟件的難度要大很多。”武延軍說道。
寫在最后
RISC-V于2010年誕生，發展至今，野心初露。
回過頭看，無論是Windows+Intel，還是Android +Arm，以及那些早已凋零的MIPS、PowerPC等芯片架構，決定競爭終局的或許從來不是技術本身，而是豐富的上層應用、高效的軟硬協同以及爆發的市場需求。
總結起來就是兩個字：生態。
對于RISC-V未來的生態發展趨勢，無論是IoT市場的規模化應用，還是高性能領域的未來潛力，RISC-V這個新興架構正吸引著全球眾多參與者躬身其中。當前，國內外各大科技公司正在大力布局RISC-V架構，通過這款開源、精簡的架構平臺，設計出所需的芯片產品，或者通過RISC-V延伸出其它的生態系統。不管是軟件還是硬件，RISC-V的適配能力正逐步擴大。
展望未來，RISC-V與Arm和X86將會在競爭過程中逐漸找到自己的定位，不斷融合、互相借鑒、長期共存，形成“三分天下”的局面，在各自擅長的領域發揮優勢。