为AI而生的指令集架构RISC-V，正在带来半导体产业生产关系变革和全应用的可拓展计算加速

在半导体的发展历史上，每次大繁荣的契机往往都来自生产关系的重大变革。1987年Morris Chang创立了台积电，这不仅开创了全球首家纯代工半导体公司，还催生了一个全新的产业模式，使得许多没有生产能力的创新型半导体公司得以诞生和发展。设计和制造这得以分离和互补，并实现了风险互担，这成就了半导体产业的繁荣。1990年，Acorn RISC Machine成立，随后推动IP授权模式在移动和嵌入式计算领域取得了巨大成功，驱动几千亿终端设备实现了加速计算。回看不论是台积电还是Arm，他们推动业界发展的重点首先不在于是新的技术，而是将生产关系推向了一个更高的纬度。而现在，我们看到RISC-V将会开启一个新的半导体生产关系的重大变革。

在由达摩院举办的2024玄铁RISC-V生态大会上，达摩院院长张建锋表示，“随着新型算力需求激增，RISC-V发展迎来蝶变，即将进入应用爆发期。达摩院将持续加大RISC-V的研发投入和生态共建，推动行业上下游协同创新发展。”而在这应用爆发的前夕，我们看到了即将到来的一系列变化：包括RISC-V在AI上的高效拓展，和在端-云边-云等应用场景中的无限可能。

RISC-V的未来方向：探索AI赋能和高性能计算的边界

为什么RISC-V能够走出来？达摩院玄铁的永久挚友、知合计算CEO孟建熠总结了三大原因。首先在体系结构发展的历程中积累了大量的非优化的“遗存”，而软硬件协同设计能带来10倍以上的性能收益。回想当年，硬件和软件的分开是为了更高效的系统开发，而现在计算效率走到了一个瓶颈，软硬件协同重新走在一起才能突破这一瓶颈。第二，计算架构演进需要共性技术底座。在计算方面，RISC-V可拓展性能够带来Vector、Matrix的计算加速，两者组合实现对于Tensor的加速。而在存储方面，可以为各种计算芯片带来一致相同的存储架构。第三，整个业界对于软件生态统一有着迫切的要求。生态的本质应该是降低全行业的使用成本，当下不论是X86、Arm还是CUDA，生态主导者在基础软件上投入都是巨大的；而对自研架构而言，生态主导者对于基础软件投入无法做到那么大，所以客户的应用开发投入的成本就极高。而RISC-V作为开源架构，任何人都可以参与到基础软件的开发中来，这就让顶层应用开发者有着更少的投入成本。通过开源生态的“聚沙成塔”，RISC-V是当前唯一可以支撑起全链路的生态。

业界有一种声音，说RISC-V是为AI而生的指令集架构。快速演进的AI技术让RISC-V社区看到了新的发展机会。当前无论是英特尔X86或者是其他的架构，都无法做到为了端侧达模型能力而实现快速迭代，因为有很多兼容性的问题。而RISC-V有着很好的拓展性，能够在较低的功耗下实现比较好的计算表现，是其在AI方面的架构优势。我们正处在计算架构的黄金十年，基于RISC-V的创新架构不断涌现。

达摩院玄铁RISC-V团队资深技术专家李春强表示，达摩院玄铁团队在RISC-V方向上做了很多AI相关的工作。包括前期从C910的Vector 0.7到920的Vector 1.0扩展指令设计实现，以及现在一起共同探索Matrix指令集的拓展。而除了在指令集拓展以及标准的制定之外，另一个达摩院在AI上的重要工作是生态推广，让下游的客户的芯片产品在端侧推理的场景实现更好的表现。“达摩院本身就有很多像算能、嘉楠科技等做端侧推理芯片的客户，而大模型端侧推理也是最近大家刚刚开始做的事情，所以对于RISC-V而言这是一个非常好的机会。”李春强解释到，“大模型的瓶颈包括计算和存储，而未来我们将会看到越来越多的类似多核并行计算、多核通信和存储带宽提升的一些布局。”

孟建熠表示，RISC-V作为一个计算的架构，首先肯定要在计算上走出来，从通用计算的角度，达摩院要牵引整个行业看到RISC-V的潜力在哪里。而知合计算也同样一直在探索RISC-V的高性能计算的边界。“我们希望未来高性能产品不仅是一个产品，通过RISC-V架构的创新，能够让我们需要高性能、高能效算力、AI算力都能够普及到。”

知合计算是要将高性能通用计算、AI增强计算和统一的软件架构整合在一起，实现一个“AI增强的高性能可拓展处理器”。“从知合的角度来讲，只是其中的一个小的点，有更大的点在达摩院今天，是面向全生态的辐射做的。刚才讲到很多在AI方面有几招发出来了，还有很多在研发的路上，我们今天非常看好在计算上的优势。”

从10～100：生态加速裂变，应用遍地开花

如果将整个RISC-V的产业发展，看作一个从1～100的过程，那么毫无疑问1～10的这部分是最难的，而从10～100将会快的多。据孟建熠分享，从1～10的过程中，必须要有着坚定的信念和理想，坚信RISC-V这个事情能成。在这个前期的1～10的过程中，达摩院三四年来一直不停地去推动，做出了非常大的贡献，到现在取得了一些实际的成果，让RISC-V上成功运行了安卓系统。这让谷歌开始真正的相信安卓与RISC-V结合的可能性，相信了RISC-V架构处理器的可拓展的计算能力。有了这个“连接”之后，接下来就是从10～100的过程。在这个过程中，或许达摩院就不太需要更多去做那么多推进的工作，而谷歌会更积极主动地进行更多软硬件生态融合推进的工作。

从10～100的过程中，生态开始加速裂变，将会有更多的伙伴参与进来，一同跟进。而在这一过程中，将会诞生出很多新的公司、新的创新和新的架构。此次大会上我们见到了非常多丰富的应用场景、在各个细分赛道里的公司，开始选择RISC-V的CPU来作为计算内核。例如比科奇微电子，致力于为5G/4G小基站设备商提供Open RAN标准的基带SoC和解决方案，就选择了RISC-V。

在此次大会的专访环节中，据比科奇微电子（杭州）有限公司芯片研发副总裁沈钲介绍，比科奇提供5G小基站RU SoC和5G小基站PHY SoC两种解决方案，而在这两个SoC中均采用了玄铁的RISC-V内核。因为是用于物理层基带处理，所以其中的运算包含了大量的天线数据的处理。对于此类应用而言，CPU用于的是高层次通量的协议解析，而这些大量的计算任务形式上非常一致，需要的更多是并行消息处理的能力。因此在做好合理调度的前提下，采用多个RISC-V小核的处理效率，要比单一的一个大核的效率更高。比科奇在SoC中放了两个cluster，每个cluster中分别是16个玄铁的RISC-V小核，用于进行大量消息的解析任务。

作为一个整体解决方案的提供商，比科奇不仅提供SoC芯片，也提供了包括了软件。而要将整个方案的效能提升，比科奇希望的是将CPU的执行效率发挥到最高。“我们去掉了很多的中间件，将上下应用和底部打通。对于客户而言，可以把比科奇的芯片和协议栈芯片做成一个完整的板子，应用于包括智能工业互联网、智能采矿等场景在内的各种行业场景。” 沈钲解释到，“RISC-V给我们带来了很大的好处，首先就是很高的能效比，在基带处理峰值的情况下功耗小于10W，对于竞争对手有着很大的优势。第二在协议栈处理等方面，得益于RISC-V生态的发展，各种顶层业务平台都有了很好的软件生态，包括支持DPDK等成熟的产品也已经出来了，因此底层CPU是什么架构其实对应用商以及下游客户影响不会那么大。”正是基于这两点优势，所以比科奇能够放心地选择RISC-V。

亿芯科技也受邀参加此次玄铁生态大会的专访，介绍了亿芯科技选择玄铁RISC-V内核的原因。

北京忆芯科技有限公司合伙人朱旭涛表示，随着SSD接口技术的不断发展，SSD主控的性能也开始卷出新高度，业界也开始追求更小工艺节点和堆更多计算内核等。但如果过度追求性能，在一个SSD主控中集成了更多的内核进行一致性的关联操作，那么功耗这一指标就会失控。对于SSD主控中的CPU core的选择而言，亿芯更关注的最终是实时性的提升，在使用效率上能够跟业务有着实际的贴合度。

而玄铁团队为亿芯提供了非常多的支持：首先在RISC-V的开发阶段而言，双方一起合作开发，实现了非常好的软件开发层面的体验，包括编译系统的友好性、指令执行的效率和密度等。第二在CPU层面，从芯片的角度双方在最终应用过程中指令编译的组合、仿真或者其他任何可能性上，竭力去做好。

从左至右：达摩院萧良善、知合计算孟建熠、达摩院李春强、亿芯科技朱旭涛、比科奇沈钲

CPU计算能力并未达到上限，达摩院将持续推动生态迈进

在此次玄铁生态大会的主题演讲中，硅谷芯片传奇人物、现任Tenstorrent CEO的Jim Keller讲到，“那些认为‘CPU性能不会再提高’的话，我从未相信过。因为我们还有那么多可做的事。”

开源架构允许所有人参与到的指令集的创新中来，为RISC-V提供更高的上限。而与此同时，生态的繁荣将会赋予RISC-V更旺盛的生命力。李春强表示，达摩院的核心任务还是持续推动从开源开放的指令集到产业的落地上。“后续还会往产业化做更多的事情，最终要让我们的合作伙伴怎么在RISC-V的生态圈真正赚到钱，这是最关键的。包括后期怎么在RISC-V做更多的原生，包括操作系统上做原生去推进。”李春强总结到。“生态的裂变、生态的力量将会推动RISC-V往前走。”