平头哥开放最强RISC-V处理器，对Arm影响几何？
本帖最后由 皋陶 于 2020-9-10 09:28 编辑2019年7月25日，阿里巴巴在上海举办了“2019 阿里云峰会”。
在本次会议上，阿里巴巴详细介绍了阿里的“All in Cloud”战略，同时阿里旗下的平头哥半导体还发布了号称业界最强的高性能RISC-V处理器——玄铁910，并宣布完全开放玄铁910 IP，降低高性能芯片的门槛，并加速应用。
最强高性能RISC-V处理器——玄铁910发布
在去年9月的阿里云栖大会上，阿里巴巴集团CTO、达摩院院长张建锋宣布，阿里成立独立芯片企业“平头哥半导体有限公司”（以下简称“平头哥”），正式进军半导体芯片领域。
时隔不到一年的时间，今天，平头哥正式发布了公司成立以来的首款产品——玄铁910。
根据阿里巴巴集团副总裁戚肖宁博士公布的资料显示，玄铁910基于当下非常热门的RISC-V开源架构开发，是一款高性能CPU，可以以IP Core的形式集成到SoC处理器当中。
具体来说，玄铁910基于12nm工艺，拥有16核心（四个簇，一个簇四核心），主频2.5GHz，性能高达7.1 Coremark/MHz，比目前业界最好的RISC-V处理器性能高40%以上。
而玄铁910之所以能够有如此出色的性能表现，主要是由于在内核的设计上，玄铁910在原有的双发射的基础上，发展成了并行三发射架构，流水线深度从10级发展成12级，并且支持乱序执行。同时，玄铁910还是业界首个实现每周期2条内存访问的RISC-V处理器。也就是说，玄铁910可以实现并行三发射8执行2内存访问。
此外，在指令集方面，玄铁910基于RISC-V扩展了50余条指令，系统性增强了RISC-V的计算、存储和多核等方面能力，相比标准的RISC-V指令集也更加的稳定可靠，同时有20%以上性能的提升。
值得一提的是，玄铁910还加入了AI增强的向量计算引擎，这也使得玄铁910在AI性能方面也不错的表现。
作为一款高性能的处理器IP，戚肖宁表示，玄铁910可以用于设计制造高性能端上芯片，应用于5G、人工智能、网络通信以及自动驾驶等领域。使用该处理器可使芯片性能提高一倍以上，同时芯片成本降低一半以上。
成立不到一年，平头哥的玄铁910是如何练成的？
从2018年9月，平头哥半导体公司正式成立，到今天（2019年7月25日），仅用了不到一年的时间，平头哥的首款处理器产品玄铁910就正式发布了，这对于一般动辄需要两三年设计周期的处理器来说，可谓神速。
虽然平头哥公司才成立不到一年，非常的年轻，但是实际上“平头哥的芯片研发团队却有着10多年的量产CPU经验”，戚肖宁累积出货已超7亿片。而根据最新数据显示，目前被并入平头哥的中天微的CPU内核的授权客户已超过100家，累计销售超十亿颗，这些芯片被广泛应用于机器视觉、工业控制、车载终端、移动通信、多媒体、无线接入和信息安全等领域，主要客户为一线芯片设计公司。
显然，有了达摩院及中天微强大研发实力的支撑，以及阿里在背后的大力支持，平头哥首款高性能CPU——玄铁910的得以快速顺利推出也不奇怪。对于开源的RISC-V架构来说，要想实现更高的性能，就需要进行深度优化。
这也正是得益于平头哥研发团队过去在自研指令集上的技术积累以及IP Core的大规模商用经验。例如，对于处理器架构、工具链和开发环境等需要有深入的了解，同时还要擅长以“应用驱动”的思路开发处理器产品，拥有实时、可靠、安全和计算增强等面向领域的核心技术。
除了玄铁910之外，据芯智讯了解，平头哥还将在今年下半年推出一款针对云端的AI（NPU内核）芯片，其性能将处于业界领先地位，主要用于阿里云数据中心。
戚肖宁高速芯智讯：“平头哥还将继续推进自研CPU的研发，特别是针对应用的优化和工具链体系的完善。RISC-V方面，平头哥会结合自研指令架构上积累的丰富经验，推进新一代AIoT指令架构的设计，并不断推出新的可产品化的CPU。
未来，端侧处理器将和云端NPU芯片实现更多的协同，平头哥将持续探索DSA（domain specific technology）等核心技术，为企业提供更有竞争力的芯片基础设施。”
为什么是RISC-V架构？根据IDC的数据预测，到2025年，全球接入互联网的IoT设备将达到416亿台，将产生79.4ZB的数据。而将所有的数据处理都放到云端来处理是非常的不现实的，因为这将对网络带宽、云端的计算力、云端的存储能力带来不可承受之重。
因此，边缘计算成为了近两年业界的发展的主要方向，得益于其在低带宽需求、隐私保护、低时延等方面的优势，越来越多的厂商选择通过在边缘侧利用AI技术进行数据的实时处理和分析，以减小对于云端的依赖和对于云端带来的压力。因此，在物联网领域，对于AIoT芯片的需求也快速爆发。
而对于阿里这家互联网厂商来说，在物联网时代要想继续获得成功，就必须切入物联网几大核心领域——处理器芯片、系统、数据和联接芯片。目前，在物联网系统方面，阿里有AliOS Things，同时阿里还联合众多的芯片厂商推出了YoC（YunOS on Chip）云芯片；
在数据存储和处理方面，阿里有阿里云服务、飞天操作系统等；在联接芯片方面，阿里多年前就有联合厂商推出廉价的WiFi模组和蓝牙模组，此外阿里还投资了翱捷科技，并于去年推出了超低功耗LoRa芯片。同时，去年阿里还联合联发科推出了IoTConnect协议的蓝牙芯片；而在处理器芯片方面的布局则落在了平头哥的肩上。
从PC互联网时代，到移动互联网时代，再到现在的物联网（IoT）时代，每一次技术浪潮，都伴随着处理器芯片平台和操作系统的巨大变革。在PC时代，英特尔的X86架构芯片与微软Windows操作系统独霸天下；但是在移动互联网时代，得益于Arm所采取的IP授权的形式以及安卓系统的开放，Arm架构的处理器成为以智能手机为代表的移动互联网设备的标配。
而随着物联网时代的到来，由于物联网设备品类繁多、应用广泛，市场非常的碎片化，而且很多物联网设备本身即是“操作系统”，即是“应用”，原本在移动互联网设备上极为重要的操作系统、APP，到物联网设备上已变得不再重要。而这也直接导致了物联网处理器芯片的架构出现了百花齐放的局面。不仅有Arm架构的，也有MIPS架构的，也有RISC-V架构，还有很多厂商自研的架构。
不过，RISC-V是一种开源的处理器架构，因此芯片设计厂商可以免费使用RISC-V架构，不需要像使用Arm的处理器IP那样，需要一笔不菲的授权费。而且，传统的Arm处理器IP通常是不允许做扩展的，但是RISC-V则可以方便的进行扩展。
这种可扩展可定制化的特点对于场景驱动、性能功耗需求各不相同的AIoT芯片特别重要。显然，对于芯片设计厂商来说，使用RISC-V架构来做AIoT芯片，不仅更加的灵活，同时成本也将更低。
而且，开源的处理器架构也意味着，芯片设计厂商可以基于RISC-V架构打造完全自主可控的芯片，不需要担心被某一个国家或者某一个厂商所限制。（这里需要指出的是，虽然RISC-V架构是免费开源的，但是第三方的芯片厂商基于RISC-V架构加入了自己的IP进行扩展，设计出的处理器内核则是具有自主知识产权的。）
随着去年“中兴事件”的爆发，自主可控成为了众多厂商关注的焦点，这也使得开源的、免费的、可扩展的RISC-V架构受到了众多芯片厂商的追捧。也正是在“中兴事件”发生之后不久，阿里正式收购了基于RISC架构的芯片设计公司中天微，随后便与达摩院合并成立了平头哥半导体公司。得益于过往在RISC自研芯片领域的深厚积累，平头哥成立之后推出首款芯片产品选择RISC-V架构也是很自然。
阿里“普惠芯片”计划发布
对于阿里来说，AIoT芯片只是“All in Cloud”战略当中的一环，阿里收购中天微，成立平头哥也并不是简单的想通过设计芯片来赚钱，其根本还是为了其“All in Cloud”战略所服务。
平头哥的定位是未来AIoT芯片的基础设施提供者，主打面向领域的软硬整合的SoC平台。除了CPU外，平头哥还将推出SoC平台、存储器、OS和算法的全栈解决方案，面向不同AIoT场景为企业和开发者提供不同层次的芯片服务。
其中AliOS可以实现低功耗低成本的云端接入，提供云端一体的解决方案。阿里云是国内最大的云服务商，在云端已经有了丰富的应用生态资源。而基于平头哥芯片平台的产品能天然接入阿里云，与云端应用生态对接后将形成新的产品形态，这也正是阿里借由成立平头哥所要实现的愿景。
对此，在今天的发布会上，阿里邀请有量产能力企业和高校科研机构共同打造标杆项目，并宣布“普惠芯片”计划。即未来平头哥将全面开放玄铁910的IP Core，全球开发者可以免费下载该处理器的FPGA代码，快速开展芯片原型设计和架构创新。
戚肖宁表示，“平头哥致力于成为AIoT时代芯片的基础设施提供者，降低企业设计芯片的门槛。”而玄铁910之所以命名为玄铁，也有着一番深意。“玄铁重剑是金庸笔下第一神剑，后被郭靖夫妇熔铸成倚天剑和屠龙刀。我也希望未来大家能够在玄铁910的基础上打造出‘倚天’和‘屠龙’。”戚肖宁说到。
简单来说就是，平头哥将在基于开源的RISC-V架构基础上设计的具有自主知识产权的玄铁910的IP Core在一定程度上给免费开放了（虽然目前只是开放了FPGA代码），开发者可以在其基础上开发出自己的IP Core和SoC。显然，对于平头哥来说，这是需要很大魄力的。毕竟即使是在开源的RISC-V架构基础上，设计出玄铁910这样一款高性能的处理器内核，也是需要投入大量的人力、物力、财力和时间成本的。
戚肖宁表示：“传统通用芯片的模式越来越难适应碎片化AIoT场景的需求，开源、开放是大势所趋，平头哥致力于做AIoT时代的芯片基础设施提供者，让芯片更普惠。”
对Arm影响几何？
对于阿里的“普惠芯片”计划，有媒体人士评论称，“阿里这是要将平头哥打造成物联网领域的Arm”，也有评论称“Arm要失眠了”。
确实，近两年来，RISC-V生态快速崛起，对Armz在物联网市场的扩展造成了威胁。目前RISC-V基金会成员已有235家, 比如谷歌、西部数据、华为、阿里巴巴、华米、乐心、台湾晶心、联发科、杭州中天微等都已加入。值得注意的是，今年6月高通还投资了全球领先的商用RISC-V处理器IP和硅解决方案的供应商SiFive，而在此之前，英特尔也对其进行了投资。
而为了应对RISC-V生态的快速壮大，化解RISC-V在物联网领域对于Arm所带来的威胁，今年7月15日，Arm宣布了一项新收费模式，芯片制造商只需每年支付7.5万美元的费用，就可获得Arm公司约四分之三的技术和芯片设计方案组合。如果每年支付20万美元，则可以获得不限数量的芯片设计方案。后续，只有当芯片准备好生产并开始发货时，才需要向Arm支付许可证费用。此举也较大的降低了物联网厂商使用Arm IP的门槛。
不过，需要指出的是，该心的收费模式主要是针对的物联网相关IP，Arm高端的一些IP，比如针对旗舰智能手机的核心，将无法通过上述新模式获得。因为Arm在智能手机市场的依然是非常的强势，而在物联网市场Arm则要相对弱一些，再加上RISC-V的强势崛起，Arm不得不做出调整。
此次玄铁910的推出和“普惠芯片”计划的公布，确实将有助于RISC-V阵营进一步在物联网市场与Arm展开竞争，对Arm造成一定冲击。但是，目前所能带来的实际影响还是相对有限的。因为玄铁910目前还不是完全的免费开放，只是开放了FPGA代码，而且在物联网市场，需求量最大的仍然是对于性能要求并不高的低功耗处理器，对高性能处理器的需求并不大。而在性能要求较高的自动驾驶领域，目前也主要是Nvidia、Mobileye等厂商的天下，不少自动驾驶汽车厂商自己也开始推出自研的自动驾驶芯片。
不过，如果阿里接下来继续打造出一系列适用于不同场景的不同类型的基于RISC-V架构的IP Core，并将其完全免费开放或者以极低的代价向外界提供，这必然吸引到非常多的合作伙伴，逐渐形成一个围绕着阿里处理器IP的生态，而阿里则可以借此推动自身的包括云在内的一些列的服务覆盖到更多的物联网厂商。
此举，将会对Arm产生真正的威胁。不过，阿里后续是否会继续这样做下去，可能还需要看玄铁910的FPGA代码开放之后的是否能够得到积极的反馈，后续玄铁910 IP Core是否会完全免费开放。
另外，需要指出的是，阿里的“普惠芯片”计划，可能更多的会直接影响到SiFive一类的提供基于RISC-V架构的商用IP解决方案的厂商。
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