平頭哥的 RISC-V 架構征程

作為全球最 “年輕” 的 CPU 架構，開放式的 RISC-V，發展速度越來越快。

“3-5 年後，RISC-V 將無處不在！” RISC-V 之父、圖靈獎得主 David Patterson，在 3 月 2 日阿里平頭哥舉辦的首屆玄鐵 RISC-V 生態大會上，對這套架構的發展做出了充滿激情和信心的預判。

這説明，從 2014 年問世開始至今，經歷了 9 年的初期發展，RISC-V 即將進入繁榮階段。

在國內，深耕 RISC-V 架構並在生態領域做最好的公司是阿里平頭哥。平頭哥副總裁孟建熠在大會上表示，“RISC-V 的蓬勃發展，需要全球創新協同。從芯片生態，到基礎軟件生態，再到應用和終端生態，平頭哥正連接各大生態體系，讓全球的開發者和合作夥伴都能更好地使用和發展 RISC-V 技術。”

平頭哥在 RISC-V 的國內優勢得益於其早期佈局。在過去五年，平頭哥構建了較為完整的 RISC-V 架構處理器核產品家族，持續推動了這套架構對 Android、Debian、Ubuntu 等主流操作系統的全兼容。

可以説，RISC-V 架構得以和 x86、ARM 兩大主流架構並駕齊驅，與平頭哥的努力密切相關。

中國工程院院士倪光南表示，RISC-V 是中國 CPU 領域最受歡迎的架構，成為推動新一代信息技術發展的新引擎。

平頭哥發展 RISC-V 架構路徑

RISC-V 是一個 CPU 架構，基於精簡指令集（RISC）原則開發。與主流的 ARM 不同，RISC-V 是開源的指令集架構（ISA），而前者是專有的。ISA 是溝通軟件和硬件之間的關鍵技術，可以看做是一座橋樑。

除了 ARM 和 RISC-V，另一個主流架構是英特爾的 x86。通過與微軟 Windows 操作系統的深度融合，x86 架構開啓了 PC 時代；而 ARM 架構和谷歌安卓的生態融合，催生了繁榮的移動互聯網應用。

RISC-V 的方向，既與 PC 的 x86 架構不同，也和移動互聯網的 ARM 架構有差異。RISV-C 以其開放、簡潔、模塊化的特徵，伴隨着萬物互聯的智能時代，從終端走向雲端，有望成為 IoT 主流架構生態。

對比起來看，ARM 在 1984 年問世，x86 更早，在 1978 年就出現來了。相比之下，RSIV-C 還處於少年階段，2010 年才由加州大學伯克利分校的 David Patterson 教授團隊領導研發，同時宣佈對外開源，任何企業、開發者都可免費使用。

RISC-V 指令集完全開源，設計簡單，易於移植 Unix 系統。採用模塊化設計，工具鏈發展至今雖不能與 ARM 比，但也較為完整，故有大量開源實現和流片案例，得到很多芯片公司的認可。

但是，RISC-V 儘管得到認可，但卻陷入 “叫好不叫座” 的尷尬，在硬件領域尤其如此。因此，RISC-V 在 2015 年之前，影響力基本上限於學術界。轉機在 2015 年出現，那年國際基金會接手開始運營 RISC-V。這是這項技術從高校走向產業界的開端。

在 RISC-V 由國際基金會運營的當年，阿里也啓動了其造芯計劃。2015 年，阿里巴巴宣佈與中天微合作研發雲芯片架構。2017 年，阿里成立達摩院，研發芯片成為達摩院核心工作目標之一。

達摩院芯片研發團隊在 2018 年 9 月，與當年 4 月被阿里全資收購的中天微團隊合併，成立平頭哥芯片公司。

平頭哥成立後，芯片研發技術採用了兩條腿走路：一是用 ARM 架構的公版 IP，研發支持阿里雲 IDC 的普惠算力芯片，推出倚天和含光系列；另一個是基於 RISC-V 架構的玄鐵系列，主要用於 AIoT 領域。

之所以平頭哥敢採用 RISC-V 架構研發硬件，並非頭腦發熱不知天高地厚，其底氣來自中天微團隊。這家公司是國內在 2018 年時擁有自主嵌入式 CPU IP core 的唯一企業，既有十多年的 CPU 處理器 IP 研發經驗，也有構建生態的豐富實踐。

選擇站在巨人的肩膀上，平頭哥研發芯片的速度極快。

平頭哥芯片公司成立不到一年，2019 年 7 月，平頭哥就發佈了當時業界性能最強的 RISC-V 處理器玄鐵 910。從參數看，玄鐵 910 的性能首次突破了基於 RISC-V 架構的低端化屬性，比當時業界最好的 RISC-V 處理器性能提高了 40%+，在性能上接近 ARM 架構的高端芯片。

這是 RISC-V 產業化發展的里程碑，激起了產業巨頭的無比熱情。此後，來自 Intel、高通、中科院和華為等國內外產業技術巨頭和研發機構也集體加入這個領域。

這些熱情結出了豐碩成果，比如 2021 年 6 月，中科院計算所發佈高性能 RISC-V 處理器香山；2022 年 2 月，Intel 宣佈加入 RISC-V 陣營，成為 RISC-V 基金會高級會員；同年 11 月，美國芯片創業公司 SiFive 推出 3.4GHz 的 RISC-V 處理器。

制定標準：低調的突破

在此期間，平頭哥繼續快速奔跑。

2021 年 5 月，平頭哥推出 RVB-ICE、RVB-D1 和 RVB2601 三款開發板，為開發者和企業提供體驗 RISC-V 技術的載體；2021 年 10 月，平頭哥開源玄鐵系列 RISC-V 處理器，包括玄鐵 E902、E906、C906 和 C910，以及多操作系統（AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android 等）的全棧軟件及工具。這是平頭哥系列處理器與基礎軟件的全球首次全棧開源。

2022 年 11 月雲棲大會，平頭哥發佈 RISC-V 高能效處理器玄鐵 C908：計算能效較業界同性能處理器提升超 20%，可用於智能交互、多媒體終端、AR/VR 和無線通訊等場景。

在 2022 RISC-V 中國峯會上，阿里平頭哥發佈首個高性能 RISC-V 芯片平台 “無劍 600”（前代是無劍 100，集芯片架構、基礎軟件、算法與開發工具於一體）和 SoC 原型 “曳影 1520”。

平頭哥現在的 RISC-V 成績如何？到 2022 年，其已擁有從低功耗、低成本到高性能、高能效的 C、E、R 三系列共 8 款 RISC-V 處理器產品家族，並向全球開發者開源 4 款量產玄鐵 RISC-V 處理器。

由於平台開源，因此各種豐富的場景應用越來越多，RISC-V 架構應用邊界也在不斷被打破。這種豐富性體現在包括邊緣計算、無線通訊、工業控制、通用 MCU 等在內的 30 多個領域及應用場景，都在用玄鐵平台研發各種應用芯片。

3 月 2 日，孟建熠透露，嘉楠科技推出全球首款支持 RISC-V V1.0 標準的、內嵌平頭哥玄鐵 C908 的商用芯片 K230；北京算能推出 64 核 RISC-V 服務器芯片，為該技術在雲計算領域構築了硬件基礎。

這種多點開花的良好局面，不僅是 RISC-V 的架構應用研發成果，也是平頭哥的生態努力果實。因為除了技術研發和平台開源，生態構建也是平頭哥的主要方向。

基於開放標準，全球企業的競合，相當於在構築互為你我所用的良性生態體系。平頭哥的 RISC-V 生態構建路徑即推動多企業合作，在 AIoT 領域和如創維酷開、網易有道、海爾智家和雲知聲等公司合作，共同研發與平頭哥玄鐵 RISC-V 處理器在計算視覺、智能家居、數據存儲、工業互聯、網絡通信、生物識別和信息安全等領域的多項具體應用開發。

中科院計算所副所長包雲崗將此發展模式比作 “5G” 模式。中國工程院院士倪光南院士極為肯定這種方式並稱，“RISC-V 是中國 CPU 領域當前最受歡迎的架構，將成為推動新一代信息技術發展的新引擎。”

事實上，更積極的現實是，以平頭哥為代表的中國芯片企業，開始進入芯片架構的標準制定和參與軟件生態的核心共建，而中國企業正在加速深度參與，這是中國集成電路發展史上的首次，也是半導體領域的新突破。

據 RISC-V 國際基金會 CEO Calista Redmond 透露，在該基金會全部的 22 位高級會員中，有 12 位來自中國。在國際標準建設中，平頭哥領導了其中的 11 個主要技術小組，推動 29 個技術方向的標準制定，是公認的投入力量最大的中國機構。

在軟件生態上，平頭哥作為先行者做出的嘗試，結果堪稱炫目。比如，平頭哥首次做到了 RISC-V 和全球最大的操作系統 Android 的相互兼容，這個結果將在未來極大推動 RISC-V 的發展，也為智能終端的芯片設計提供了新的技術選擇。

谷歌 Android 項目工程總監 Lars Bergstorm 對此做出評論，“平頭哥是兩大體系深度融合的主要推動者，谷歌 Android 也將加大投入 RISC-V，目標讓 RISC-V 成為安卓 Tier1 梯隊的生態模塊。”