開放開源的 Risc-V 架構(gòu)一直被認為前途不可限量，最近一段時間也獲得了越來越多公司和機構(gòu)的支持，市面上既出現(xiàn)了阿里平頭哥這樣的高性能處理器，也有華米打造的可穿戴設備芯片。

但習慣了 X86 和 Arm 架構(gòu)的很多人一直對于 Risc-V 這個秉承開放的架構(gòu)持懷疑態(tài)度，人人都能自主可控，是否能催生出完整的生態(tài)？

但首先，Risc-V 本身必須足夠強大。

RISC-V 的驚人突破

十年前，加州大學伯克利分校的一個實驗室里誕生了一個想法：有人想創(chuàng)造計算機芯片的通用指令，這套指令將被所有芯片制造商使用，但又不屬于任何一個制造商。

雖然這個愿景還未實現(xiàn)，但最近的確發(fā)生了一件有趣的事情：該校的研究成果 RISC-V 已經(jīng)開始在芯片設計方面取得一些技術突破。

根據(jù)全球半導體行業(yè)知名媒體 EE Times 的報道，前些天，一家位于加州森尼維爾的小型電子設計公司 Micro Magic 宣稱：他們設計、生產(chǎn)出了全世界最快的 64 位 RISC-V 內(nèi)核，比蘋果的 M1 芯片和 Arm Cortex-A9 表現(xiàn)還要出色。該公司認為，該芯片優(yōu)雅地實現(xiàn)了 David Patterson（參與創(chuàng)建 RISC-V 的加州大學伯克利分校教授）對精簡指令集計算機（RISC）架構(gòu)的最初設想，在當今用電池供電的設備上也能輕松工作。

Micro Magic 的聲明中提到，這款原型 CPU 在 1.1v 電壓下可以達到 5GHz 的時鐘速度，遠高于運行速度為 3.2GHz 的英特爾 Xeon 服務器芯片 E7，CoreMarks 跑分達到 13000 分。而 1.1 伏時，該芯片只需要消耗 1 瓦的功率，不到英特爾 Xeon 功率的 1%。此外，單個 Micro Magic 核心在 0.8V 下可以達到 4.25GHz，CoreMarks 跑分達到 11000 分，但消耗的功率僅為 200mW。

與此同時，這款 RISC-V 芯片的速度和能效也超過了 Exynos 4。Exynos 4 是三星電子為其智能手機生產(chǎn)的頂級部件，基于 ARM Holdings Plc 提供的計算核心，是英特爾的主要競爭對手。

David Patterson 在接受 ZDNet 采訪時說：「這真是太神奇了…… 我認為 IBM 的大型主機有 5GHz 的液冷產(chǎn)品，但需要 100 瓦才能運行」。

Patterson 還表示：「我也聽到過一些關于 FPGA 的令人印象深刻的數(shù)字，大概是 600MHz」，他指的是可重新編程芯片，「對于軟核來說，這似乎相當快」。

Patterson 對技術創(chuàng)新的突飛猛進感到非常驚訝，「創(chuàng)新的潛力總是存在的」，但這并不是他和加州大學伯克利分校教授 Krste Asanovic 在 2011 年首次為 RISC-V 撰寫宣言時的初衷。

「因為它是開放的，所以我們會看到很多這類競爭」，Patterson 反思道。

「也許是因為競爭激烈，我們開始看到設計領域一些真正有趣的東西正在被實現(xiàn)」，Patterson 說，他同時也是谷歌的杰出工程師。

新的 5GHz 處理器僅僅是一個原型，而不是一個車庫起家的初創(chuàng)公司的產(chǎn)物。它是由硅谷芯片知識產(chǎn)權設計公司 Micro Magic Inc 制造的，該公司為硅谷所有的大公司提供咨詢服務已有 25 年。一小隊經(jīng)驗豐富的芯片設計師能夠完成這樣的任務，這意味著一場設計復興可能即將到來。

這款芯片不僅在低功耗下速度更快，在基準得分上也趕超英特爾和三星的芯片。在 CoreMark 基準測試中，這款 RISC-V 芯片的得分為 13000 分，是基于 ARM 的 Exynos 單核性能得分的兩倍多。雖然英特爾 Xeon 名義上單核性能更高，達到 26009 分，但 Xeon 需要更多線程，120 個線程才能達到上述結(jié)果。

Micro Magic 業(yè)務聯(lián)絡人、長期擔任芯片行業(yè)高管的 Dr. Andy Huang 在接受 ZDNet 電話采訪時解釋說：這一突破在于 CPU 和內(nèi)存的交互方式。Micro Magic 的兩位創(chuàng)始人 Mark Santoro 和 Lee Tavrow 在 90 年代早期為一種 SRAM 計算機內(nèi)存芯片申請了專利。

這一 RISC-V 原型芯片改變了存儲快、芯片慢這種現(xiàn)狀。

「如果內(nèi)存運行在 5GHz，而邏輯運行在 1GHz，誰是瓶頸？」Dr. Andy Huang 打趣道。但他沒有透露具體細節(jié)。

關鍵在于開放

Huang 還表示：他們成功的關鍵在于 RISC-V 是開放的，不像英特爾芯片的復雜指令集架構(gòu) CISC，也不像 ARM 芯片中的 RISC 版本。芯片設計可以解決上述瓶頸。但如果芯片的指令被鎖定，瓶頸就很難解決。

為了解釋這一點，Huang 還打了個比方。

「我問我兒子為什么他更喜歡三星（智能手機）而不是蘋果，他說是因為如果他想改變什么，他可以讓他的一個編程朋友幫他做，因為 Android 是開放的，不像 iOS」。Huang 這樣比喻。

「這就是我們?yōu)槭裁匆阉械某晒Χ細w功于 Dr. Patterson」，Huang 說，「他創(chuàng)造了迄今為止最高效、最優(yōu)雅的 RISC 架構(gòu)」。

「我們應該叫他圣 Patterson」，Huang 說。

Micro Magic 芯片的成功不僅僅是修改指令集那么簡單，還有一種經(jīng)濟因素在起作用。

Dr. Huang 強調(diào)，CISC 或 ARM 的指令集都有 1000 多條指令，而 RISC-V 的指令不到 100 條。

由于 RISC-V 指令集簡單，Micro Magic 能夠使用標準硅晶圓生產(chǎn)其芯片，無需進行特殊調(diào)整。這使得使用所謂的 shuttle run 成為可能。在制造過程中，該芯片與其他家的芯片組合在同一個晶圓上。由于晶圓的成本是由多方共同承擔的，所以這樣可以節(jié)省成本。

「人們經(jīng)常討論用 1 億美元來做一個定制的 ASIC」，Patterson 說，這意味他們想做一種為特定應用而調(diào)整的芯片?！傅麄儯∕icro Magic）沒有花 1 億美元去做這件事」。

盡管 Patterson 和 Huang 都沒有強調(diào)，但還有一個經(jīng)濟因素也在起作用：如果你在 ARM 許可方面沒有太多的預算，那么 shuttle run 會讓你的處境變得容易一些，因為這樣就可以將 ARM 許可費用分攤。

Micro Magic 的芯片在 3.08GHz 頻率下的功耗是 0.69mW，此時的 CoreMark 分數(shù)為 8200 分。

考慮到世界上最大的芯片制造商之一英偉達（Nvidia）正以 400 億美元的價格收購 ARM，這個經(jīng)濟方面的問題開始變得重要起來。

Nvidia 首席執(zhí)行官黃仁勛（Jensen Huang）描述了他對 ARM 雄心勃勃的計劃，并且他向華爾街保證，ARM 許可證的持有者、他的競爭對手們不會介意英偉達收購 ARM。

但是此舉顯然為替代品提供了新的機會。當被問及這筆交易時，Patterson 表現(xiàn)得非常謹慎。英偉達是 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)的成員，并全心全意地支持該技術。

巨大的想象空間

Micro Magic 的 Huang 說，自從 Micro Magic 發(fā)布了簡短的芯片公告后，就有科技巨頭開始聯(lián)系他。

「在那市值總和達到 4 萬億美元的四大科技巨頭（蘋果、微軟、亞馬遜、Alphabet）」中，已經(jīng)有兩家公司給我發(fā)來了電子郵件」，Huang 說，但他沒有透露具體是哪兩家公司。

Huang 的這個說法為我們提供了一個假設的空間，即蘋果或谷歌可能利用該芯片在能效方面取得突破。

「谷歌已經(jīng)擁有了移動開源軟件 Android，想象一下，如果他們再拿到最節(jié)能、性能最強大的開源 RISC 核心，移動消費者將從中獲得多少收益」，Huang 這樣說道。

「再想象一下最新的蘋果手表不需要每晚充電，」這是 Huang 提出的另一種可能性。

Huang 說，不管有沒有這樣的交易，Micro Magic 都希望將其 RISC-V 的知識產(chǎn)權應用到越來越多的設計中，從而在全球電力消耗方面取得實質(zhì)性的進展。

「我們的目的是幫助世界，幫助個人電腦、筆記本電腦世界、平板電腦世界、手機世界、可穿戴設備、游戲、電動汽車和物聯(lián)網(wǎng)…… 我們的目標是為將世界碳排放量減少一半做出貢獻?！?/p>

五到十年之后，RISC-V 將成為最重要的指令集？

一個 CPU 原型并不是一場革命。通過與英特爾和其他公司的實際出貨產(chǎn)品進行比較，我們可以發(fā)現(xiàn)一個事實，即完成芯片設計需要很多的部件。

這就是為什么圍繞 RISC-V 的公司生態(tài)系統(tǒng)如此重要。目前，宣布將使用 RISC-V 的公司數(shù)量雖然不多，但正在增長。

Patterson 說：「所有你能想到的產(chǎn)品，甚至是數(shù)據(jù)中心，都有人在認真考慮 RISC-V」。

他說：「我們感覺，最難的地方已經(jīng)過去了。幾年前，我們討論的是為什么要用 RISC-V，現(xiàn)在，我們討論的是為什么我不用 RISC-V」。

SiFive 是硅谷的一家初創(chuàng)公司，多年來致力基于 RISC-V 的芯片知識產(chǎn)權的研發(fā)。八月份，該公司成立了一個業(yè)務部門 OpenFive，致力于為各種應用（包括 AI 和邊緣計算）生產(chǎn)定制芯片。Patterson 的合作者 Asanovi?教授是 SiFive 的首席架構(gòu)師。

另一家典型的 RISC-V 生態(tài)支持者是臺灣的嵌入式處理器制造商晶心科技（Andes Technology。多年來，該公司總共向電子產(chǎn)品制造商出售了數(shù)十億的 CPU 設計。

上個月，SiFive 和 Andes Technology 都在著名的芯片技術會議（Linley Fall Processor）上展示了使用 RISC-V 的人工智能新芯片設計。

SiFive 告訴 ZDNet，他們現(xiàn)在已經(jīng)與 80 多家公司達成了 200 多項設計方案，其中包括前十大半導體制造商中的 6 家。憑借 FADU、華米、高通、三星和新思國際在設計領域取得的成功，目前 SiFive 的核心出貨量已達數(shù)千萬。

晶心科技在上個月的一份季度報告中對投資者表示，今年約三分之一的收入來自基于 RISC-V 的零部件。

大型磁盤驅(qū)動器制造商 Seagate Technology 和 Western Digital 都是下個月舉行的 RISC-V Summit 的贊助商，這是該生態(tài)系統(tǒng)的第三屆年度技術峰會。該活動由 RISC-V 國際協(xié)會主辦，該協(xié)會是一家非盈利機構(gòu)，目前代表了 750 多個致力于推進該標準的締約方，其中包括中國智能手機供應商華為、芯片制造商賽靈思、高通以及 IBM。Asanovic?是該組織的主席，Patterson 是副主席。

然而，無論 RISC-V 有多成功，我們可能永遠不會知道它的全部用途。這是因為，盡管 ARM 和其他商業(yè)技術提供商要求被許可方簽署文件，但 RISC-V 的使用者無需披露其使用情況。

RISC-V 國際協(xié)會要求供應商自愿披露使用情況，但不強制。基于這個原因，很難看到 RISC-V 使用范圍的具體證據(jù)，Patterson 說。

最近，Patterson 通過視頻與合作者進行了一系列的一對一訪談，以慶祝 RISC-V 十周年。Patterson 告訴 ZDNet，其中一位合作者提出了一個驚人的觀點：在五到十年內(nèi)，RISC-V 可能是世界上最重要的指令集?！敢环矫?，這聽起來很瘋狂，但這并非不可能?！筆atterson 說道。

來源：機器之心

責任編輯：haq