最年轻的CPU“小弟”正在向高端进军，未来AI芯片制胜关键可能在它|信息

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中国工程院院士倪光南曾指出，目前 CPU 市场主要被 x86 和 ARM 架构所垄断，而中国想要打破这个局面，实现自主可控，开源的 RISC-V 架构将是一大机遇和发展方向。在上个月举行的“RISC-V 开源处理器芯片生态发展论坛”上，第二代“香山”（南湖架构）开源高性能 RISC-V 处理器核正式发布。据介绍，“香山”于 2022 年 6 月启动工程优化，同年 9 月研制完毕，计划 2023 年 6 月流片，性能超过 2018 年 ARM 发布的 Cortex-A76，主频 2GHz@14nm，SPEC 2006 得分为 20 分。香山用湖来命名每一代架构 —— 第一代架构是雁栖湖，第二代架构是南湖，第三代架构是昆明湖。香山开源社区称，第一代“雁栖湖”架构已经成功流片，实测达到预期性能，第二代“南湖”架构正在持续迭代优化中。

去年 8 月 24 日，中科院计算所、北京开源芯片研究院、腾讯、阿里、中兴通讯、中科创达、奕斯伟、算能等形成了联合研发团队，开展第三代香山（昆明湖架构）的联合开发。官方还透露，我国已有一批企业正在基于“香山”开发高端芯片，如 AI 芯片、服务器芯片、GPU 等，有望于 2025 年取得集体突破。包云岗表示，届时，我国企业有望在全球 RISC-V 新生态中取得领先优势，打通芯片领域国内国外双循环，实现我国高端处理器芯片产业自立自强。据介绍，“香山”是当前国际上性能最高的开源 RISC-V 处理器核，目前已确定“香山”经典核、“香山”高性能核“两核”发展目标。RISC-V正在中国落地生花目前市场上超过100亿个RISC-V核心中，一半来自中国。并且在RISC-V基金会的3180名会员当中，中国企业占比近一半。可见，在RISC-V领域，中国是一个非常重要的力量。近年来，国内也涌现出了众多RISC-V赛道的企业，平头哥、芯来科技、芯原股份、兆易创新、赛昉科技、全志科技、晶心科技、先楫半导体、中科蓝汛、泰凌微电子、进迭时空、沁恒微电子、启英泰伦科技、睿思芯科、乐鑫科技、中微半导体、航顺芯片、爱普特微电子、凌思微电子、国芯科技、芯昇科技、博流智能、纳思达、晶视智能、方寸微电子...等等，包括IP内核与芯片设计等厂商在内，据统计，中国目前拥有上百家公司在关注RISC-V或以RISC-V指令集进行开发，积极布局RISC-V赛道。其中，阿里平头哥开发的玄铁系列在物联网芯片市场广受认可，目前已在人工智能、网络通讯、工业控制等30多个行业实现了商业落地，出货量超过30亿颗，是中国RISC-V领域影响力和市占率最大的处理器；中科蓝讯蓝牙SoC芯片累计出货量已经超过10亿颗，以50%以上的份额成为国内蓝牙市场的翘楚...，国内RISC-V产品广泛涵盖MCU、语音处理器、视频处理器、网络处理器等诸多领域。在不久前召开的“第六届数字中国建设峰会云生态大会”期间，北京开源芯片研究院首席科学家包云岗表示，中美企业正在研发高性能RISC-V处理器，总体处于第一梯队。国内初创企业数量远大于美国，产品主要集中在MCU级。然而，在物联网领域大受追捧，并不意味着RISC-V无法进入更高性能要求的PC、数据中心和服务器市场。对于RISC-V来说，高性能领域是一个高价值的市场，有利于RISC-V产业的商业化发展，跻身高性能领域，是芯片架构走向主流的重要标志。在这个过程中，业内正涌现出一批瞄准高性能RISC-V的厂商，将该架构应用从低端微处理器逐渐探入高性能计算领域，把RISC-V从嵌入式场景拓展到工业控制、自动驾驶、人工智能、通信、数据中心等场景。同时，RISC-V国际基金会已成立数据中心工作组（Datacenter SIG）和高性能计算特别兴趣小组（HPC SIG）。其中，数据中心工作组主要由谷歌、Ventana等组成，高性能计算特别兴趣小组则由141名成员以及10名活跃的研究、学术和来自各种组织的工业成员组成，专注于促进高性能RISC-V处理器生态的发展。业界正在用行动证明，高性能不再是RISC-V的禁忌之地，向高性能发展是RISC-V发展的必然趋势。从国内厂商的投入力度或许也能够体会到，RISC-V对中国芯片产业的重要价值。中国工程院院士倪光南曾多次公开表示，RISC-V免费、开源的特点使得我国有了和全球一起起跑的机遇，有利于我国突破西方限制，实现自主可控。中国芯片产业和整个芯片生态将会越来越多地聚焦于RISC-V架构，中国的巨大市场将成为支撑RISC-V的重要基地。有业内专家表示，中国发展RISC-V具备很明显的优势：首先是一个巨量的市场做支撑，有足够丰富的应用场景能够充分发挥RISC-V的多样性；有大规模的计算机工程师团队和专业人才；更加独特的优势在于，我们没有国外一些老牌厂商和机构的历史包袱，没有它们已经存在的商业利益或者技能上的惯性，使我们有机会从一个全新的视角、一个全新的架构下面去做一些开创性工作。

不过，优势背后，相应的劣势就是中国在很多技术领域没有国外巨头在历史上积累的丰富经验。同时，在高端核心人才储备上也没有像国外处理器、基础软件巨头那么多。可能在专利等知识产权方面也存在一定差距。但无论怎样，随着半导体市场进入一个新的阶段，中国半导体行业需要抓住一切机遇，RISC-V对于中国的半导体企业来说是一个难得的机会。RISC-V，持续向高端市场迈进与此同时，由于云计算、AI技术的日渐风靡，互联网巨头掌握了数据中心的市场话语权，依靠亚马逊、微软等巨头的鼎力支持，ARM得以在服务器市场打开局面。然而这些互联网巨头并不愿意被处理器厂商所牵制，希望能够做到指令集架构中立，X86和ARM都不能完全满足它们的需求。因此，RISC-V进入数据中心市场似乎将成为必然的结果。再加上大量初创公司和行业巨头在高性能处理器内核和制造领域的努力，RISC-V指令集架构的开源化与中立化的过程，显然会比ARM的崛起更快一些。除了上述国内厂商在向高性能RISC-V应用探索之外，国外企业也正在进行积极的尝试。例如，SiFive发布了Performance系列高性能应用处理器；Ventana开发了面向数据中心的多核 RISC-V小芯片Veyron V1；以及MIPS公司宣称放弃自研架构而押注RISC-V，目前MIPS正在利用其经过硅验证的CPU技术来加速RISC-V在数据中心等高性能应用中的采用；英特尔宣布开放基于7nm的SiFive IP代工业务；Imagination推出RISC-V CPU IP——Catapult系列为异构计算铺路；Mobileye推出EyeQ Ultra在芯片中配备12个RISC-V内核和神经网络加速器...近年来，行业发生的一系列“事件”似乎都在为RISC-V向高端进阶按下加速键。RISC-V正在向更先进的制造工艺、更强劲的性能、更高端的应用持续演进，在高端服务器领域，RISC-V未来增势一片大好。被奉为科技投资“圣经”的ARK Big Ideas系列年度报告中预测，ARM+RISC-V的组合所占据的服务器市场份额，将从2020年的零，增加到2030年的71%；同时，ARM和RISC-V可能会在“云”业务领域取代英特尔X86，预计到2030年，CPU收入将达到190亿美元、服务器收入达到1000亿美元，合计市场规模年复合增长率达45%，可见其市场前景广阔。RISC-V将成最后胜出者Jim Keller，也被称为天才工程师，曾参与研发了苹果iPhone 4中使用的“A4”、iPhone 4S中使用的“A5”、AMD的“K7（Athlon）”和“K8（Opteron）”以及让AMD卷土重来的“Zen架构”等。目前，他担任CEO的Tenstorrent已成为AI半导体领域的热门话题。日前，Jim Keller 去到日本，并在 6 月 20 日举办的“RISC-V Day Tokyo 2023 Summer”上进行了邀请演讲。同时他还举行了媒体吹风会，阐述了公司当前和未来的发展方向，以及对AI半导体的思考。

实现AI计算机的关键之一是基于RSIC-V的CPU内核。“创建基于 RSIC-V 的 CPU 内核的目的是创建与 AI 加速器交互的一面，但客户的需求分为既想要 RISC-V 内核又想要 AI 加速器的一方。从现在开始，我们还将专注于 CPU 方面，并计划扩大我们的产品组合。”Keller 在解释其公司的 RISC-V 定位时解释道。换而言之，在RISC-V方面，Tenstorrent 不但提供IP，还将提供chiplet。该产品核心是一个名为“Ascalon”的系列，这是一个超级标量/乱序核心，最多可解码8条指令/发出11条指令。Chiplet将以集成多个集群的大规模集群的形式提供。由于它是 Jim Keller 制造的 CPU，据说有些公司将 SoC 设计外包给该公司，并作为 IP 提供。但Jim Keller 强调，公司不打算自己创建一个SoC，他目前的立场作为一家企业，其限制仅限于提供Chiplet。另外，在回答RISC-V为何采用“完全开放”的问题时，也引用了“完全开放”的理由。例如，传统的 x86 由于许可和专利的原因，由英特尔和 AMD 等少数公司控制。Arm也处于类似的情况。对于那些主要的CPU架构来说，RSIC-V是开源的，如果你想制作自己的CPU，除了它的性能之外，还可以制作自有国家级CPU。假设 RSIC-V 对于我们想要做的事情（使用）来说是最优化的。“如果你走向开源，你将无法回到旧的限制。我认为 RSIC-V 可以成为未来获胜的架构。”它每天都在不断创新，而日本也正在在基于RISC-V在HPC领域进行更多的创新。该公司于今年1月成立了日本子公司，开始全面业务发展，但目标领域是HPC，与其他地区相同，汽车领域也有很高的兴趣。因此，日本汽车领域的 RISC-V 运用和 AI 运用有可能会取得进展。Keller先生表示，“我认为软件、硬件以及如何制造计算机将在未来两年内发生重大革命。因此，需要开发与时代相匹配的技术。CPU和AI加速器是一样的“把它放在芯片上就是这样的努力之一。我认为这并不容易，但我们需要在CPU和AI加速器上都下功夫，以实现下一代AI。

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