電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）從2010年，也有說(shuō)是2011年發(fā)展至今，RISC-V取得了驚人的成就，尤其是在RISC-V國(guó)際基金會(huì)和RISC-V中國(guó)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟相繼成立之后，目前RISC-V已經(jīng)用比ARM架構(gòu)更少的時(shí)間完成了核心累計(jì)出貨超百億顆的里程碑。

翻看RISC-V中國(guó)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的下載文件，一張制定于2019年的圖表非常有意思，如下圖所示，這張表的表頭寫(xiě)著部分開(kāi)源的RISC-V實(shí)現(xiàn)。而如果只看目標(biāo)定位一欄，會(huì)發(fā)現(xiàn)這些品類(lèi)代表了目前市面上大部分的RISC-V芯片產(chǎn)品，即便是近期出現(xiàn)的一些RISC-V高性能芯片，也可以歸入到嵌入式，當(dāng)然現(xiàn)在可能稍有變化叫邊緣智能。

未來(lái)幾年，按照預(yù)測(cè)RISC-V將會(huì)以更加恐怖的速度增長(zhǎng)，除了在原有這些領(lǐng)域發(fā)揮重要價(jià)值，RISC-V肯定還需要拓展更多新的領(lǐng)域，其中異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域?qū)τ赗ISC-V而言至關(guān)重要，能夠發(fā)揮RISC-V指令集的全方位優(yōu)勢(shì)，并有望催生全新的計(jì)算芯片體系。

RISC-V和異構(gòu)計(jì)算

想要知道RISC-V在異構(gòu)計(jì)算方面有怎樣的優(yōu)勢(shì)，那么就必須要搞清楚兩者各自的優(yōu)勢(shì)，以及如何進(jìn)行結(jié)合。

隨著邊緣智能概念的強(qiáng)化，高性能計(jì)算已經(jīng)突破傳統(tǒng)專(zhuān)門(mén)指向數(shù)據(jù)中心這一點(diǎn)，變得豐富多彩，并且區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算主要追求算力，以邊緣智能為主導(dǎo)的新一波計(jì)算需求則強(qiáng)調(diào)能效和靈活性。當(dāng)然，無(wú)論是傳統(tǒng)的以算力為中心，還是未來(lái)的以數(shù)據(jù)為中心，異構(gòu)計(jì)算的模式都將發(fā)揮巨大的價(jià)值。

根據(jù)研究機(jī)構(gòu)Omdia的報(bào)告，2024年采用Chiplet的處理器芯片全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)58億美元，到2035年將達(dá)到570億美元。我們都知道Chiplet主要面向大規(guī)模計(jì)算和異構(gòu)計(jì)算。其他和異構(gòu)計(jì)算掛鉤的AI芯片、服務(wù)器芯片等市場(chǎng)的規(guī)模也都是巨量的，且在高速發(fā)展。比如統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，僅在中國(guó)市場(chǎng)異構(gòu)計(jì)算的服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模在2023年就將達(dá)到44.5億美元。

異構(gòu)計(jì)算主要是指使用不同類(lèi)型指令集和體系架構(gòu)的計(jì)算單元組成系統(tǒng)的計(jì)算方式，包含了不同異構(gòu)計(jì)算單元，如CPU、GPU、DSP、ASIC、FPGA等。異構(gòu)計(jì)算突破了傳統(tǒng)計(jì)算芯片發(fā)展的慣性思維，不再?gòu)?qiáng)調(diào)系統(tǒng)中某一種類(lèi)型計(jì)算芯片的核心地位，而是從系統(tǒng)層面優(yōu)化性能、性?xún)r(jià)比、功耗、面積等指標(biāo)，體現(xiàn)綜合的計(jì)算性能優(yōu)勢(shì)。

我們?cè)倏碦ISC-V，從架構(gòu)層面看，RISC-V指令集具有開(kāi)源、開(kāi)放、精簡(jiǎn)、低功耗、模塊化、可擴(kuò)展等技術(shù)優(yōu)勢(shì)。這其中，模塊化被認(rèn)為是RISC-V在產(chǎn)業(yè)發(fā)展層面最大的優(yōu)勢(shì)。RISC－V將不同的部分以模塊化的方式組織在一起，并試圖通過(guò)一套統(tǒng)一的架構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，這種模塊化是x86與ARM架構(gòu)所不具備的。在模塊化方面，RISC-V 的做法是將指令集劃分為幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的子集，稱(chēng)為擴(kuò)展，并保持一些基礎(chǔ)的擴(kuò)展，例如RV32I永遠(yuǎn)不變，目前RISC-V已經(jīng)I擴(kuò)展-整數(shù)擴(kuò)展（RV32I）、M擴(kuò)展-乘法擴(kuò)展（RV32M）、F擴(kuò)展-單精度浮點(diǎn)擴(kuò)展（RV32F）以及D擴(kuò)展-雙精度浮點(diǎn)擴(kuò)展（RV32D）等主要的指令擴(kuò)展，這些擴(kuò)展對(duì)于全球所有開(kāi)發(fā)者而言都是可選的，帶來(lái)了極高的設(shè)計(jì)靈活性以及潛在可能性。

在異構(gòu)計(jì)算的框架下，RISC-V可謂是如有得水，其提供了遠(yuǎn)超x86架構(gòu)和ARM架構(gòu)的靈活性，并因?yàn)槭呛笃鸺軜?gòu)，沒(méi)有歷史包袱，創(chuàng)新限制更少，因此RISC-V在異構(gòu)計(jì)算時(shí)代擁有廣闊的應(yīng)用前景。

去年12月份，Imagination Technologies宣布推出Catapult系列RISC-V中央處理器（CPU）產(chǎn)品系列，這些全面創(chuàng)新設(shè)計(jì)的CPU產(chǎn)品便是旨在滿(mǎn)足下一代異構(gòu)計(jì)算的需求。

近日，阿里平頭哥發(fā)布的無(wú)劍600，實(shí)際上也是一個(gè)高性能RISC-V異構(gòu)芯片的軟硬件全棧平臺(tái)，通過(guò)CPU、GPU和NPU等多元硬件的融合，實(shí)現(xiàn)了高性能、高內(nèi)存帶寬、異構(gòu)計(jì)算、人工智能（AI）加速等出色性能。

此前，在國(guó)家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局網(wǎng)站上，也曾發(fā)布過(guò)一篇名為《一種基于RISC-V和神經(jīng)形態(tài)計(jì)算的異構(gòu)架構(gòu)處理系統(tǒng)》的專(zhuān)利文檔。根據(jù)專(zhuān)利詳情，該專(zhuān)利主要用于解決神經(jīng)形態(tài)加速器和通用CPU之間的集成難題，同時(shí)滿(mǎn)足性能與功耗的要求，可以兼容多種不同結(jié)構(gòu)和深度的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的快速部署，可用于邊緣設(shè)備的語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別和安防監(jiān)控等領(lǐng)域。

可以看到，目前產(chǎn)業(yè)界已經(jīng)開(kāi)始布局基于RISC-V實(shí)現(xiàn)異構(gòu)計(jì)算，并且已經(jīng)有相關(guān)的產(chǎn)品和平臺(tái)面世，打開(kāi)了RISC-V進(jìn)入更高、更大規(guī)模市場(chǎng)的大門(mén)。

RISC-V如何做好異構(gòu)計(jì)算

RISC-V在異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展前景是極好的，當(dāng)然所面對(duì)的挑戰(zhàn)也不小。我們都知道，對(duì)于RISC-V而言，其在異構(gòu)計(jì)算方面的進(jìn)展和在高性能方面的進(jìn)展是同步，異構(gòu)計(jì)算可以被看作是RISC-V沖擊高性能計(jì)算市場(chǎng)的重要抓手，那么面臨的挑戰(zhàn)其實(shí)和基于RISC-V實(shí)現(xiàn)高性能計(jì)算便較為一致，當(dāng)然也會(huì)有一些挑戰(zhàn)是從異構(gòu)計(jì)算理念出發(fā)的。

實(shí)際上，電子發(fā)燒友網(wǎng)此前的報(bào)道有過(guò)此方面的表述，相關(guān)言論來(lái)自中國(guó)科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍研究員。對(duì)于RISC-V在高性能領(lǐng)域的硬件發(fā)展，他表示，“當(dāng)RISC-V生態(tài)發(fā)展到一定程度后，將不會(huì)再籠統(tǒng)地說(shuō)一個(gè)處理器有多少個(gè)核，主頻多少，算力多少。而是講一個(gè)處理器中有多少種類(lèi)型的核心，每一個(gè)核心有怎樣的定制能力。這些不同類(lèi)型的核心集中在一個(gè)平臺(tái)上，能夠滿(mǎn)足豐富的應(yīng)用場(chǎng)景需求。”

很顯然，RISC-V想要在異構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域有所作為，產(chǎn)品的豐富度和定制性要能夠完美展現(xiàn)，比如目前異構(gòu)計(jì)算延伸出了“XPU”的概念，RISC-V對(duì)此都要進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。并且，XPU理念現(xiàn)階段還是以ARM架構(gòu)為主導(dǎo)，RISC-V需要先模仿后超越，全面釋放自己的模塊化和靈活性?xún)?yōu)勢(shì)。在此過(guò)程中，基于RISC-V打造的計(jì)算芯片還需要滿(mǎn)足通用標(biāo)準(zhǔn)，未來(lái)也主導(dǎo)通用互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。

武延軍研究員也在軟件層面講到了RISC-V后續(xù)需要強(qiáng)化的點(diǎn)，“往高性能去發(fā)展，對(duì)于上面的軟件生態(tài)是一個(gè)非常大的挑戰(zhàn)。可以看到目前還有很多核心的基礎(chǔ)軟件沒(méi)有很好地跑在RISC-V平臺(tái)上。這里可能會(huì)有指令集規(guī)范還不成熟的問(wèn)題，但更多的是這些基礎(chǔ)軟件包之前都是在x86和ARM平臺(tái)上面跑，從維護(hù)者、社區(qū)的角度，還沒(méi)有把RISC-V當(dāng)成Tier-1或者First-Class-Citizen去對(duì)待。這里面有理念問(wèn)題，有投入問(wèn)題，也有商業(yè)利益回報(bào)問(wèn)題。”他對(duì)此講到。

因此，RISC-V做異構(gòu)計(jì)算其實(shí)并不只是單純豐富芯片種類(lèi)，提升芯片性能，也需要完善軟件生態(tài)，這個(gè)難度可能比硬件更大。但無(wú)論前路如何充滿(mǎn)荊棘，異構(gòu)計(jì)算都是RISC-V必須把握好的一個(gè)產(chǎn)業(yè)大趨勢(shì)，在處理器架構(gòu)方面，RISC-V要想實(shí)現(xiàn)和x86架構(gòu)以及ARM架構(gòu)三分天下，不能一直靠模仿ARM，而異構(gòu)計(jì)算有足夠的市場(chǎng)容量和市場(chǎng)廣度讓RISC-V走出自己的路，這是至關(guān)重要的。