RISC-V下半场：高性能计算、向量计算和安全三大领域
本帖最后由 sky 于 2020-9-27 14:10 编辑RISC-V被认为是继 X86 架构和 ARM 架构之后第三个主流架构，根据分析机构 Semico Research 的报告，预计到 2025 年，采用 RISC-V 架构的芯片数量将增至 624 亿颗，2018 年至 2025 年复合增长率高达 146%。
这些信息是否预示 RISC-V 红利期即将到来？上海赛昉科技有限公司 CEO 徐滔先生来和大家一起聊一聊有关 RISC-V 的技术、市场与规划。
上海赛昉科技有限公司 CEO 徐滔
RISC-V 开源指令集架构经典案例解析
从诞生至今，RISC-V 已走过了 10 个年头，也产生了不少经典案例，但大部分非从事 RISC-V 研发的电子爱好者们，可能和我一样，对众多经典案例的划分并不是那么清楚。
赛昉科技 CEO 徐滔表示，目前 RISC-V 开源指令集架构的经典案例大致可分为两类：一类为开源处理器 Rocket-chip、Pulpino；另一类为基于开源指令集的商业处理器——SiFive E3 和 U5。之所以将上述处理器称之为经典案例是基于两个原因，前一类由于出现的时间较早，对其他 RISC-V 处理器设计有启发和领导作用；而后一类因为 SiFive E3 和 U5 是基于开源 Rocket-chip 所派生出的最早的 RISC-V 商用处理器，目前已经有大规模商业化量产记录，从而验证了处理器设计的经典性和品质。
各类开源处理器侧重于不同的应用领域。Rocket-chip 应用较为宽泛，可以覆盖 MCU、IoT 及基于 Linux 的入门级应用；Picorv32 和 Pulpino 比较适用于 IoT 应用；蜂鸟面积非常小，主要用于入门级 MCU 微控制器的应用。
从市场而言，SiFive 的不同系列处理器已授权给高端控制器、高性能计算，5G 及网络通信，边缘计算等领域的商业客户，目前已有超过 170 个 DesignWin。从技术角度来讲，SiFive 还可以提供 64 位处理器，异构多核、多 cluster 一致性、浮点运算 / 向量计算等技术能力，这些技术是 RISC-V 业界最领先最成熟的方案。
RISC-V 软件生态现状如何？“RISC-V 软件生态不成熟，兼容性较差，开发难度大”一位软件工程师在接受街边采访时如是说。
面对这样的问题， 徐滔表示，RISC-V 从规范正式发布也才 5-6 年时间，生态需要一个培育的过程，并不是一蹴而就的，RISC-V 生态全面性虽有欠缺，但总体上呈现持续增长的态势。实际上，就开发嵌入式系统而言，RISC-V 的软件生态已经完备。比如实时操作系统 FreeRTOS/RT-Thread、SylixOS、VxWorks，Linux 操作系统 Fedora/Debian、编译器 IAR/ 卡姆派乐、调试器 Lauterbach/SEGGER 等都开始全面兼容并支持 RISC-V，越来越多过去与其他处理器合作的软件企业也纷纷加入到 RISC-V 生态之中。
与其说兼容性问题，到不如说发展不成熟更为准确，对于这部分的问题，现在可能有一些 workaround，但是在相关功能成熟和规范之后，用户都会按照其规范来操作，现有的做法自然会被替换掉，所以无需去兼容。另外，RISC-V 有很清晰的发展规划，而且近两年 RISC-V 生态发展迅猛，在不断成熟及完善中。当然在发展过程中有可能部分功能会有取舍，但都会基于实际的需求及应用来调整。
可定制与 IP 碎片化如何权衡？众所周知，可定制是 RISC-V 的最大优点，但许多观望者往往持 RISC-V IP 碎片化疑虑，尤其是发展到一定程度，会成为致命缺点。真的是这样吗？
徐滔表示，RISC-V 基本的指令集是标准的，不会存在碎片化。碎片化是特定用户为满足特定产品的需求而引入的定制化指令。既然是特定产品，那么碎片化就不是问题。况且 RISC-V 基金会就是旨在维护指令架构的完整性和非碎片化，并且会制订若干个标准规范，在遵守这些标准规范下的定制化是被允许的，如果有公司违反了标准规范，会使他们的产品走向碎片化，从而出现各类不兼容的问题，造成与 RISC-V 主流生态不兼容，最终只会被孤立。事实上 RISC-V 的可定制化特性带来的是多样化而非碎片化，RISC-V 就像一棵树的主干，而定制化则是这颗树的分枝，只要是基于主干的生长都是良性的，越来越多的分枝会让整棵大树枝繁叶茂。
RISC-V 的标准规范并不是由几家巨头来做整合的，事实上，RISC-V 基金会设有若干个工作群组，分别针对不同的领域制订相应的规范，群组成员包括 SiFive、 Western Digital、 Google、 NVIDIA 等众多业界企业，RISC-V 标准化需要 RISC-V 阵营中的企业共同努力去实现。RISC-V 只有不断增加新的功能并且形成标准才能使 RISC-V 更快更好的发展。
兴起就代表其他架构的消亡？答案是：一种架构的兴起并不代表其他架构的消亡，RISC-V 与 X86 和 ARM 架构未来将呈现三足鼎立之势力。多年来 ARM 在 Android 端一直占据主流，X86 在服务器端后也始终处于垄断地位，相比两大传统架构，新生代架构 RISC-V 显然更具活力，目前已实现了在 AI 及 IoT 等新兴领域率先登陆，并且正向更多的领域延伸。未来这三大架构都会各自占据固有的领地，并在交集市场产生竞争，市场足够庞大，必要的良性竞争有助于处理器技术及商业模式的不断创新和优化，对于整个市场来说是有益的。
在聊到 RISC-V 市场前景时，徐滔说，“我们对于 RISC-V 的前景保持乐观并且充满信心。未来 2-3 年 RISC-V 的高性能应用在服务器、移动端及车载电子等领域将会有更多的实现，而基于应用软件的技术及生态也将持续增进，并且在特定领域，如 DSP/AI/ 图像 / 网络领域也会有所斩获。”
具体来说：
“目前，在研的 RISC-V 处理器的主要应用方向是超高性能计算及向量计算。我们认为 RISC-V 经过数年发展，在中低端应用领域已经较为成熟，但是在高性能计算及人工智能应用领域上与其他架构处理器（主要是 ARM）相比较还有差距，相关生态上的资源也有限。因此我们致力于攻研超高性能处理器以及向量处理器，从而推动整个生态完善相关的软件资源。”
“而，基于应用的软件工作将大量展开，如 Hypervisor、矢量、安全、功耗管理、服务器等方面。同时，基于 RISC-V 指令集架构的芯片将以几何倍增的速度发展。以高通、三星、西数为首的半导体厂商均已不同程度的投入到基于 RISC-V 的产品线，以芯片研发的一般周期来看，未来 2-3 年将会陆续有芯片问世，尤其在 AIoT、IIoT、5G 等领域将会有更多基于 RISC-V 的产品问世。”
“此外，龙头厂商的稳定出货会导致大量观望者果断跟进采用 RISC-V 技术，因此 RISC-V 的使用者数量还将暴增。我司丰富的处理器品种足以应对当前极速增长的市场需求，不仅有面向通用应用场景的中低阶标量处理器，更有针对高性能及算力的高阶标量处理器。未来我们研发和市场规划的重点会放在超高性能处理器、向量处理器、以及安全处理器三个方向上，这三个方向是目前 RISC-V 架构较为薄弱的地带，空间非常巨大。”
当问及目前有哪些力推产品时，徐滔向我们展示了在售的 7 系列处理器。他表示，7 系列支持 linux，是目前性能最高的量产商用 RISC-V 处理器，包含了嵌入式 32 位 E7 内核及 64 位 S7 内核，以及应用处理器 U7 三大产品。
其主要优势与特点如下：
1）超高能效比，7 系列处理器高于 ARM 同等级处理器。
2）异构多核，即支持应用处理器与嵌入式处理器在同一个处理器簇中的缓存一致性。
3）丰富的存储子系统，支持 L1 及 L2 缓存一致性，支持私有紧耦合存储，支持多处理器簇之间的存储一致性。
4）实时性。支持硬实时响应、functional safety 以及 cache lock。
5）支持自定义指令。
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