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ARM遭遇大厂“背刺”,不是ARM不香而是开源的RISC-V更有性价比
2023-12-30 来源:贤集网
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关键词: ARM RISC-V 英特尔

谷歌在开源博客上宣布了 Android 与 RISC-V 的最新进展,指出 Android 系统已经可以提供对 RISC-V 架构的完善支持,开发者在自己的设备上就能构建、运行和测试 Android 系统对 RISC-V 的支持。


这不是谷歌第一次「砍 ARM 一刀」。差不多 1 年前,谷歌在 RISC-V 峰会上正式宣布 Android 将会逐步支持 RISC-V 指令集架构,并把 RISC-V 视为与 arm 架构同等重要的一级平台。

谷歌的意图并不难猜,就是要扶持 RISC-V,其中一个重要原因也是为了避免被 ARM 卡住 Android 生态「脖子」的未来。



同样这么想的还有高通。这两年高通与 ARM 的关系就一直很紧张,从最大的合作伙伴到法院互掐,从自研 CPU 核心到商业模式上的直接竞争,高通几乎摆明了自己对 ARM 的不满。

就在上月,高通联手谷歌宣布,即将推出支持 Wear OS 系统(基于 Android)的 RISC-V 芯片。稍早些时候,高通还与恩智浦、博世、英飞凌和 Nordic 五家公司联合成立了一家 RISC-V 芯片公司。


距离 Android 手机用上 RISC-V 芯片,又进了一大步

Android 是一个开源操作系统,但很多人并不知道,作为 Android 手机底层芯片架构的 arm 一直是闭源的,与之相对的 RISC-V 则是一个完全开源的指令集架构。

RISC-V 是一个指令集架构,就像智能手机芯片普遍采用的 Arm 架构,或是 PC 上常用的 x86 架构。具体来说,RISC-V 与 arm 更接近一些,两者都是基于精简指令集(RISC)原则的指令集架构。

去年 11 月,谷歌宣布 Android 系统正在接受 RISC-V 的补丁,Android 工程总监 Lars Bergstrom 干脆表示要把 RISC-V 当成 Android 的一级平台。甚至,他还在 RISC-V 峰会公布了一份较为详细的架构迁移路线图。

这只是谷歌的一小步,但却是整个 RISC-V 生态的一大步,因为它意味着 RISC-V 开始进入 arm 生态最为核心的智能手机。

最新的进展是,谷歌已经在 Android 上实现了对 RISC-V 较为完善的支持,基本实现了 AOSP(Android Open Source Project)的全部功能,开发者可以着手基于 RISC-V 架构的软件适配和开发。

而谷歌推动 Android 系统从 arm 迁移到 RISC-V 架构的下一个重点,也正是软件生态。

谷歌提到,Android 系统虽然已经支持在 RISC-V 芯片上构建、测试和运行,但尚未完全优化,比如 Android Runtime(ART)的优化工作在持续进行,还有外部项目和编译器等,都还需要进一步地优化。然而,谷歌认为 Android 系统已经做好了基本的准备。

问题是仅仅移植 Android 系统是不够的,谷歌正在寻求来自 Android 社区和 RISE(RISC-V 软件生态系统)的合作。前者意味着谷歌已经开始推动 Android 社区的软件开发者尝试和适配 RISC-V,后者是一个旨在推动 RISC-V 软件生态加速发展的联合项目,成员包括了谷歌、英特尔、高通、英伟达、红帽、三星和 SiFive 等一系列重要科技公司。

大概也是出于 RISC-V 软件生态的考量,所以我们将看到,高通和谷歌联手推倒 arm 的第一款 RISC-V 骁龙芯片将搭载在运行 Wear OS 的智能手表上,好处是对于应用生态的要求不高,再不行还有谷歌系应用的支持。


创建一条新赛道来打破垄断

过去半个世纪,曾经出现过X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC、IA64等数十种指令集,但都属于公司私有。这些私有指令集大部分已经随着公司萧条或倒闭而消失,如今全世界仅剩下X86和ARM两种主流指令集,分别被Intel和ARM两家公司高度垄断。

当一个产业发展到高度垄断阶段后,市场上必然会产生打破垄断的强烈诉求,这是产业发展的内在规律。那么,用什么方式来打破垄断?一种是沿用垄断巨头的发展路径,但通过创造一些新优势来打破垄断。还有一种有效的方式就是创建一条新赛道,通过发展新技术、创新商业模式来形成一个新兴市场,逐渐淘汰旧市场,从而打破垄断。新能源汽车是一个典型的例子,在过去一百多年的燃油车时代,中国汽车工业努力了半个多世纪,也始终无法打破传统汽车巨头的垄断格局。但在新能源汽车这个新赛道上,中国汽车工业仅用十几年时间便实现了“换道超车”,步入世界领先行列。



RISC-V及其掀起的开源芯片浪潮,便是处理器芯片领域的新赛道。很多人从指令集自身角度来看RISC-V,指出它不完备、碎片化等问题,但忽视了RISC-V所蕴藏的真正威力——作为开放标准,它将推动一个基于开源的芯片技术新体系的构建,进而创造出一个开源芯片新世界。就如今天的软件产业已经是两个世界,一个闭源软件世界,一个开源软件世界。根据Black Duck针对17个行业1700多个软件的统计数据表明,96%的商业软件中包含开源代码,而且开源代码的比例达到76%。未来的芯片设计产业,也将会变成闭源和开源两个世界。RISC-V用“指令集应该免费”这个理念,打开了开源芯片新世界的大门,从此这个新世界将进入不可逆转的、快速发展的进程。开源芯片新世界的诞生并不是要所有芯片设计都完全开源,而是未来会有越来越多的商业芯片中包含开源IP,开源IP的比例会不断提高。通过这种方式来降低整个芯片设计产业的成本,提升企业的竞争力。

在这个进程中,RISC-V只是一种催化剂,它自身的演进固然重要,但已经不是决定性了。如果未来RISC-V的演进跟不上这个新世界的发展速度,它也必须做出改变和调整,否则就会被另一种更适应新世界的开放指令集所淘汰或替代。事实上,RISC-V自身就在不断演进。例如,几年前很多人认为RISC-V指令集不完备,只能用于嵌入式场景,但很快RISC-V国际基金会便形成了近80个工作组开展各种指令扩展工作。如今,RISC-V的向量扩展指令已经发布,而各种安全扩展指令、加密指令、AI加速指令等等都在推进中。

又如,有人批评RISC-V会导致碎片化,但事实上根据千变万化的场景需要允许用户自定义扩展指令,这正是解决场景需求碎片化的有效方式。这些扩展指令只要没有反馈到RISC-V国际基金会,那就不会影响到主流软件生态。RISC-V真正的碎片化难题是近80种扩展指令模块的组合数量非常多,导致编译器、操作系统等系统软件无法应对这种爆炸式组合数量。对于这一点,RISC-V国际基金会已经提出了配置(Profile)机制,每个配置是约定好的指令集模块组合,这样便大大减少了基础软件适配工作。

这些都表明RISC-V自身正在快速演进。


大国竞争新焦点

加速 RISC-V 的第一股重要推力是近年逐渐激烈的中美科技竞争,重要节点是 2022 年 10 月美国政府出台的芯片出口限制。

当时市场关注的焦点是,英伟达用于数据中心 AI 计算的高端 GPU A100 和 H100 即将断供,实际该限制也波及高端服务器 CPU。而要满足快速爆发的 AI 算力需求,不仅需要 GPU,也离不开 CPU,后者是服务器中的任务调度中枢。用于前沿科技研究的超级计算机也需要服务器 CPU。

英特尔自然受影响,英国公司 Arm 也未能幸免。美国政府的新限制是根据算力、带宽等指标划线,超过限度的产品都会受影响,对美国外的 40 多个国家也提出了许可证要求。《金融时报》去年 12 月报道,当时 Arm 已暂停向中国大陆公司授权服务器 CPU Neoverse 架构,今年 2 月起,中国大陆公司需申请许可才能购买 Neoverse 授权。

新限制下,RISC-V 成了仅剩的最好选择:它既不受单一国家和商业公司控制,又与全世界芯片产业同轨,避免闭门造车的风险。

所以 2020 年,特别是 2022 年之后,中国 RISC-V 行业的趋势是:提前挑战更高端、算力更高的市场,尤其是服务器 CPU。

阿里平头哥已推出三个系列八款 RISC-V CPU 核,其中玄铁 C910 也可用于开发 AI 等高性能场景的服务器 CPU。

据了解,另一家 2020 年起开始探索自研芯片的互联网大公司今年调整了研发方式,从采购 ARM CPU IP 核,在此基础上开发,转为直接在 RISC-V 代码上自己开发服务器 CPU IP 核和总线(CPU 与内存或其他器件间的数据传送通道),形成更完整的产品。

一些之前成立的创业公司开始增加服务器 CPU 产品线,如赛昉科技在 2021 年底发布了高性能 RISC-V IP “昉·天枢”,目标场景包括服务器和数据中心;算能科技自 2022 年起开始研发 RISC-V AI 服务器 CPU,第一款产品使用了平头哥的 IP 玄铁 C910。

新成立的公司则直接挑战服务器 CPU 方向。2021 年底,平头哥玄铁系列主要研发和应用负责人陈志坚与全志科技 RISC-V 负责人孙彦邦联合创立进迭时空,第一代产品是嵌入式 CPU,现在已在研发服务器 CPU。成立于今年 5 月的蓝芯算力,也以 RISC-V 服务器 CPU 为方向,该公司由字节跳动前 RISC-V 服务器芯片项目负责人卢山创立,他曾任职于高通与英特尔,也是中国开放指令(RISC-V)联盟咨询委员会专家。

中国创业公司中,算能开发服务器 CPU 的进度最快,首款服务器 CPU 产品 SOPHON SG2042 已于今年 3 月发布,采用平头哥玄铁 C910 内核,已获得第一批客户,包括运营商和高校等,如山东大学已采购了 1024 片算能 CPU 用于仿真计算。

中国芯片公司之间,芯片公司和有自研意愿的云厂商与科技巨头之间,都存在竞争。不过整体上,现在诸多投入 RISC-V 的公司总体是合作大于竞争,它们的共同对手是 ARM 和 x86,尤其是 x86。直到去年,x86 在服务器 CPU 市场仍占九成。

这些公司有共同的有利环境。客户采购意愿正在变强,央国企需求被拉动,云计算公司也会从供应链安全角度更多考虑国产方案。一家研发 RISC-V 服务器存储及互联芯片的公司告诉《晚点 Latepost》,“以前客户来找你,问的是价格和使用场景,今年客户会直接问,你们有 RISC-V 芯片吗?”



生态壁垒在各方合力下正逐渐消融。中科院计算所一名工程师告诉《晚点 LatePost》,2018 年初,他们为 RISC-V 芯片开发编译器时,能用的工具链和配套软件几乎为零,不得不自己从头开发软件工具,到 2023 年下半年,RISC-V 编译器、调试器等各个环节工具链已相对齐备,开发者可以更快上手;一批产业链公司也陆续成立,如提供 IDE(集成开发环境) 的卡姆派乐和提供编辑器的兆松科技等。

中国高校和科研机构正投入见效更慢的人才培养。中国开放指令生态(RISC-V)联盟秘书长、中科院计算所研究员包云岗在 2019 年推动成立 “一生一芯” 计划,将芯片开发引入本科教育。2020 年 6 月,“一生一芯” 计划的首批 5 名本科生完成了从设计到流片、生产的全过程,带着自己设计的芯片毕业。去年,“一生一芯” 第三期计划报名人数超过了 700 人。

RISC-V 基金会乐见中国力量参与。为打消中国、俄罗斯成员对地缘政治潜在影响的担忧。2019 年,RISC-V 基金会注册地从美国转移到了中立国瑞士。“基金董事会一致同意这一举措。”RISC-V 基金会 CEO 卡利斯塔·雷德蒙德(Calista Redmond)说。

帕特森和阿萨诺维奇近年也不时来到中国与行业交流。一位与他们接触过的芯片从业者评价:“只要 RISC-V 生态能起来,他们不在乎是谁做成这件事。”

扎堆的另一面是,不少从业者深知 RISC-V 服务器 CPU 的大规模商业化不会马上到来。

高端芯片研发需要大投入,要有足够市场规模才能形成 “收入→利润→研发” 的正循环。已发布服务器 CPU 产品并获得早期客户的某公司认为,2025 年可能是一个转折点,预计届时采用 RISC-V CPU 的服务器能占到服务器市场总额的 1% ,对应 80 亿的服务器市场规模。

一名互联网大公司工程师站在客户角度的观察是,RISC-V 服务器 CPU 的稳定性还需验证:“100 万个 CPU 运行没出问题,不能保证到 1000 万个时也不出问题。” 科技大公司在大批采购数据中心芯片时,更倾向保守方案。

一位 RISC-V 公司 CEO 类比了 ARM 进军服务器市场的历程:2013 年后,就有高通等公司尝试这条路,但未能突破;真正的转折点是云计算巨头亚马逊 AWS 在 2019 年发布并开始使用自研的 ARM 服务器 CPU Graviton;类似地,RISC-V 进入服务器市场也需要重点大客户支持,但他认为这不能靠强制国企采购的方式实现,而要鼓励市场化竞争。



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