ARM遭遇大廠“背刺”，不是ARM不香而是開源的RISC-V更有性價(jià)比
這不是谷歌第一次「砍 ARM 一刀」。差不多 1 年前，谷歌在 RISC-V 峰會(huì)上正式宣布 Android 將會(huì)逐步支持 RISC-V 指令集架構(gòu)，并把 RISC-V 視為與 arm 架構(gòu)同等重要的一級(jí)平臺(tái)。
谷歌的意圖并不難猜，就是要扶持 RISC-V，其中一個(gè)重要原因也是為了避免被 ARM 卡住 Android 生態(tài)「脖子」的未來。
同樣這么想的還有高通。這兩年高通與 ARM 的關(guān)系就一直很緊張，從最大的合作伙伴到法院互掐，從自研 CPU 核心到商業(yè)模式上的直接競(jìng)爭(zhēng)，高通幾乎擺明了自己對(duì) ARM 的不滿。
就在上月，高通聯(lián)手谷歌宣布，即將推出支持 Wear OS 系統(tǒng)（基于 Android）的 RISC-V 芯片。稍早些時(shí)候，高通還與恩智浦、博世、英飛凌和 Nordic 五家公司聯(lián)合成立了一家 RISC-V 芯片公司。
距離 Android 手機(jī)用上 RISC-V 芯片，又進(jìn)了一大步
Android 是一個(gè)開源操作系統(tǒng)，但很多人并不知道，作為 Android 手機(jī)底層芯片架構(gòu)的 arm 一直是閉源的，與之相對(duì)的 RISC-V 則是一個(gè)完全開源的指令集架構(gòu)。
RISC-V 是一個(gè)指令集架構(gòu)，就像智能手機(jī)芯片普遍采用的 Arm 架構(gòu)，或是 PC 上常用的 x86 架構(gòu)。具體來說，RISC-V 與 arm 更接近一些，兩者都是基于精簡(jiǎn)指令集（RISC）原則的指令集架構(gòu)。
去年 11 月，谷歌宣布 Android 系統(tǒng)正在接受 RISC-V 的補(bǔ)丁，Android 工程總監(jiān) Lars Bergstrom 干脆表示要把 RISC-V 當(dāng)成 Android 的一級(jí)平臺(tái)。甚至，他還在 RISC-V 峰會(huì)公布了一份較為詳細(xì)的架構(gòu)遷移路線圖。
這只是谷歌的一小步，但卻是整個(gè) RISC-V 生態(tài)的一大步，因?yàn)樗馕吨?RISC-V 開始進(jìn)入 arm 生態(tài)最為核心的智能手機(jī)。
最新的進(jìn)展是，谷歌已經(jīng)在 Android 上實(shí)現(xiàn)了對(duì) RISC-V 較為完善的支持，基本實(shí)現(xiàn)了 AOSP（Android Open Source Project）的全部功能，開發(fā)者可以著手基于 RISC-V 架構(gòu)的軟件適配和開發(fā)。
而谷歌推動(dòng) Android 系統(tǒng)從 arm 遷移到 RISC-V 架構(gòu)的下一個(gè)重點(diǎn)，也正是軟件生態(tài)。
谷歌提到，Android 系統(tǒng)雖然已經(jīng)支持在 RISC-V 芯片上構(gòu)建、測(cè)試和運(yùn)行，但尚未完全優(yōu)化，比如 Android Runtime（ART）的優(yōu)化工作在持續(xù)進(jìn)行，還有外部項(xiàng)目和編譯器等，都還需要進(jìn)一步地優(yōu)化。然而，谷歌認(rèn)為 Android 系統(tǒng)已經(jīng)做好了基本的準(zhǔn)備。
問題是僅僅移植 Android 系統(tǒng)是不夠的，谷歌正在尋求來自 Android 社區(qū)和 RISE（RISC-V 軟件生態(tài)系統(tǒng)）的合作。前者意味著谷歌已經(jīng)開始推動(dòng) Android 社區(qū)的軟件開發(fā)者嘗試和適配 RISC-V，后者是一個(gè)旨在推動(dòng) RISC-V 軟件生態(tài)加速發(fā)展的聯(lián)合項(xiàng)目，成員包括了谷歌、英特爾、高通、英偉達(dá)、紅帽、三星和 SiFive 等一系列重要科技公司。
大概也是出于 RISC-V 軟件生態(tài)的考量，所以我們將看到，高通和谷歌聯(lián)手推倒 arm 的第一款 RISC-V 驍龍芯片將搭載在運(yùn)行 Wear OS 的智能手表上，好處是對(duì)于應(yīng)用生態(tài)的要求不高，再不行還有谷歌系應(yīng)用的支持。
創(chuàng)建一條新賽道來打破壟斷
過去半個(gè)世紀(jì)，曾經(jīng)出現(xiàn)過X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC、IA64等數(shù)十種指令集，但都屬于公司私有。這些私有指令集大部分已經(jīng)隨著公司蕭條或倒閉而消失，如今全世界僅剩下X86和ARM兩種主流指令集，分別被Intel和ARM兩家公司高度壟斷。
當(dāng)一個(gè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展到高度壟斷階段后，市場(chǎng)上必然會(huì)產(chǎn)生打破壟斷的強(qiáng)烈訴求，這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律。那么，用什么方式來打破壟斷？一種是沿用壟斷巨頭的發(fā)展路徑，但通過創(chuàng)造一些新優(yōu)勢(shì)來打破壟斷。還有一種有效的方式就是創(chuàng)建一條新賽道，通過發(fā)展新技術(shù)、創(chuàng)新商業(yè)模式來形成一個(gè)新興市場(chǎng)，逐漸淘汰舊市場(chǎng)，從而打破壟斷。新能源汽車是一個(gè)典型的例子，在過去一百多年的燃油車時(shí)代，中國(guó)汽車工業(yè)努力了半個(gè)多世紀(jì)，也始終無法打破傳統(tǒng)汽車巨頭的壟斷格局。但在新能源汽車這個(gè)新賽道上，中國(guó)汽車工業(yè)僅用十幾年時(shí)間便實(shí)現(xiàn)了“換道超車”，步入世界領(lǐng)先行列。
RISC-V及其掀起的開源芯片浪潮，便是處理器芯片領(lǐng)域的新賽道。很多人從指令集自身角度來看RISC-V，指出它不完備、碎片化等問題，但忽視了RISC-V所蘊(yùn)藏的真正威力——作為開放標(biāo)準(zhǔn)，它將推動(dòng)一個(gè)基于開源的芯片技術(shù)新體系的構(gòu)建，進(jìn)而創(chuàng)造出一個(gè)開源芯片新世界。就如今天的軟件產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是兩個(gè)世界，一個(gè)閉源軟件世界，一個(gè)開源軟件世界。根據(jù)Black Duck針對(duì)17個(gè)行業(yè)1700多個(gè)軟件的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，96%的商業(yè)軟件中包含開源代碼，而且開源代碼的比例達(dá)到76%。未來的芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)，也將會(huì)變成閉源和開源兩個(gè)世界。RISC-V用“指令集應(yīng)該免費(fèi)”這個(gè)理念，打開了開源芯片新世界的大門，從此這個(gè)新世界將進(jìn)入不可逆轉(zhuǎn)的、快速發(fā)展的進(jìn)程。開源芯片新世界的誕生并不是要所有芯片設(shè)計(jì)都完全開源，而是未來會(huì)有越來越多的商業(yè)芯片中包含開源IP，開源IP的比例會(huì)不斷提高。通過這種方式來降低整個(gè)芯片設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)的成本，提升企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力。
在這個(gè)進(jìn)程中，RISC-V只是一種催化劑，它自身的演進(jìn)固然重要，但已經(jīng)不是決定性了。如果未來RISC-V的演進(jìn)跟不上這個(gè)新世界的發(fā)展速度，它也必須做出改變和調(diào)整，否則就會(huì)被另一種更適應(yīng)新世界的開放指令集所淘汰或替代。事實(shí)上，RISC-V自身就在不斷演進(jìn)。例如，幾年前很多人認(rèn)為RISC-V指令集不完備，只能用于嵌入式場(chǎng)景，但很快RISC-V國(guó)際基金會(huì)便形成了近80個(gè)工作組開展各種指令擴(kuò)展工作。如今，RISC-V的向量擴(kuò)展指令已經(jīng)發(fā)布，而各種安全擴(kuò)展指令、加密指令、AI加速指令等等都在推進(jìn)中。
又如，有人批評(píng)RISC-V會(huì)導(dǎo)致碎片化，但事實(shí)上根據(jù)千變?nèi)f化的場(chǎng)景需要允許用戶自定義擴(kuò)展指令，這正是解決場(chǎng)景需求碎片化的有效方式。這些擴(kuò)展指令只要沒有反饋到RISC-V國(guó)際基金會(huì)，那就不會(huì)影響到主流軟件生態(tài)。RISC-V真正的碎片化難題是近80種擴(kuò)展指令模塊的組合數(shù)量非常多，導(dǎo)致編譯器、操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件無法應(yīng)對(duì)這種爆炸式組合數(shù)量。對(duì)于這一點(diǎn)，RISC-V國(guó)際基金會(huì)已經(jīng)提出了配置（Profile）機(jī)制，每個(gè)配置是約定好的指令集模塊組合，這樣便大大減少了基礎(chǔ)軟件適配工作。
這些都表明RISC-V自身正在快速演進(jìn)。
大國(guó)競(jìng)爭(zhēng)新焦點(diǎn)
加速 RISC-V 的第一股重要推力是近年逐漸激烈的中美科技競(jìng)爭(zhēng)，重要節(jié)點(diǎn)是 2022 年 10 月美國(guó)政府出臺(tái)的芯片出口限制。
當(dāng)時(shí)市場(chǎng)關(guān)注的焦點(diǎn)是，英偉達(dá)用于數(shù)據(jù)中心 AI 計(jì)算的高端 GPU A100 和 H100 即將斷供，實(shí)際該限制也波及高端服務(wù)器 CPU。而要滿足快速爆發(fā)的 AI 算力需求，不僅需要 GPU，也離不開 CPU，后者是服務(wù)器中的任務(wù)調(diào)度中樞。用于前沿科技研究的超級(jí)計(jì)算機(jī)也需要服務(wù)器 CPU。
英特爾自然受影響，英國(guó)公司 Arm 也未能幸免。美國(guó)政府的新限制是根據(jù)算力、帶寬等指標(biāo)劃線，超過限度的產(chǎn)品都會(huì)受影響，對(duì)美國(guó)外的 40 多個(gè)國(guó)家也提出了許可證要求?！督鹑跁r(shí)報(bào)》去年 12 月報(bào)道，當(dāng)時(shí) Arm 已暫停向中國(guó)大陸公司授權(quán)服務(wù)器 CPU Neoverse 架構(gòu)，今年 2 月起，中國(guó)大陸公司需申請(qǐng)?jiān)S可才能購(gòu)買 Neoverse 授權(quán)。
新限制下，RISC-V 成了僅剩的最好選擇：它既不受單一國(guó)家和商業(yè)公司控制，又與全世界芯片產(chǎn)業(yè)同軌，避免閉門造車的風(fēng)險(xiǎn)。
所以 2020 年，特別是 2022 年之后，中國(guó) RISC-V 行業(yè)的趨勢(shì)是：提前挑戰(zhàn)更高端、算力更高的市場(chǎng)，尤其是服務(wù)器 CPU。
阿里平頭哥已推出三個(gè)系列八款 RISC-V CPU 核，其中玄鐵 C910 也可用于開發(fā) AI 等高性能場(chǎng)景的服務(wù)器 CPU。
據(jù)了解，另一家 2020 年起開始探索自研芯片的互聯(lián)網(wǎng)大公司今年調(diào)整了研發(fā)方式，從采購(gòu) ARM CPU IP 核，在此基礎(chǔ)上開發(fā)，轉(zhuǎn)為直接在 RISC-V 代碼上自己開發(fā)服務(wù)器 CPU IP 核和總線（CPU 與內(nèi)存或其他器件間的數(shù)據(jù)傳送通道），形成更完整的產(chǎn)品。
一些之前成立的創(chuàng)業(yè)公司開始增加服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品線，如賽昉科技在 2021 年底發(fā)布了高性能 RISC-V IP “昉·天樞”，目標(biāo)場(chǎng)景包括服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心；算能科技自 2022 年起開始研發(fā) RISC-V AI 服務(wù)器 CPU，第一款產(chǎn)品使用了平頭哥的 IP 玄鐵 C910。
新成立的公司則直接挑戰(zhàn)服務(wù)器 CPU 方向。2021 年底，平頭哥玄鐵系列主要研發(fā)和應(yīng)用負(fù)責(zé)人陳志堅(jiān)與全志科技 RISC-V 負(fù)責(zé)人孫彥邦聯(lián)合創(chuàng)立進(jìn)迭時(shí)空，第一代產(chǎn)品是嵌入式 CPU，現(xiàn)在已在研發(fā)服務(wù)器 CPU。成立于今年 5 月的藍(lán)芯算力，也以 RISC-V 服務(wù)器 CPU 為方向，該公司由字節(jié)跳動(dòng)前 RISC-V 服務(wù)器芯片項(xiàng)目負(fù)責(zé)人盧山創(chuàng)立，他曾任職于高通與英特爾，也是中國(guó)開放指令（RISC-V）聯(lián)盟咨詢委員會(huì)專家。
中國(guó)創(chuàng)業(yè)公司中，算能開發(fā)服務(wù)器 CPU 的進(jìn)度最快，首款服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品 SOPHON SG2042 已于今年 3 月發(fā)布，采用平頭哥玄鐵 C910 內(nèi)核，已獲得第一批客戶，包括運(yùn)營(yíng)商和高校等，如山東大學(xué)已采購(gòu)了 1024 片算能 CPU 用于仿真計(jì)算。
中國(guó)芯片公司之間，芯片公司和有自研意愿的云廠商與科技巨頭之間，都存在競(jìng)爭(zhēng)。不過整體上，現(xiàn)在諸多投入 RISC-V 的公司總體是合作大于競(jìng)爭(zhēng)，它們的共同對(duì)手是 ARM 和 x86，尤其是 x86。直到去年，x86 在服務(wù)器 CPU 市場(chǎng)仍占九成。
這些公司有共同的有利環(huán)境?？蛻舨少?gòu)意愿正在變強(qiáng)，央國(guó)企需求被拉動(dòng)，云計(jì)算公司也會(huì)從供應(yīng)鏈安全角度更多考慮國(guó)產(chǎn)方案。一家研發(fā) RISC-V 服務(wù)器存儲(chǔ)及互聯(lián)芯片的公司告訴《晚點(diǎn) Latepost》，“以前客戶來找你，問的是價(jià)格和使用場(chǎng)景，今年客戶會(huì)直接問，你們有 RISC-V 芯片嗎？”
生態(tài)壁壘在各方合力下正逐漸消融。中科院計(jì)算所一名工程師告訴《晚點(diǎn) LatePost》，2018 年初，他們?yōu)?RISC-V 芯片開發(fā)編譯器時(shí)，能用的工具鏈和配套軟件幾乎為零，不得不自己從頭開發(fā)軟件工具，到 2023 年下半年，RISC-V 編譯器、調(diào)試器等各個(gè)環(huán)節(jié)工具鏈已相對(duì)齊備，開發(fā)者可以更快上手；一批產(chǎn)業(yè)鏈公司也陸續(xù)成立，如提供 IDE（集成開發(fā)環(huán)境） 的卡姆派樂和提供編輯器的兆松科技等。
中國(guó)高校和科研機(jī)構(gòu)正投入見效更慢的人才培養(yǎng)。中國(guó)開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟秘書長(zhǎng)、中科院計(jì)算所研究員包云崗在 2019 年推動(dòng)成立 “一生一芯” 計(jì)劃，將芯片開發(fā)引入本科教育。2020 年 6 月，“一生一芯” 計(jì)劃的首批 5 名本科生完成了從設(shè)計(jì)到流片、生產(chǎn)的全過程，帶著自己設(shè)計(jì)的芯片畢業(yè)。去年，“一生一芯” 第三期計(jì)劃報(bào)名人數(shù)超過了 700 人。
RISC-V 基金會(huì)樂見中國(guó)力量參與。為打消中國(guó)、俄羅斯成員對(duì)地緣政治潛在影響的擔(dān)憂。2019 年，RISC-V 基金會(huì)注冊(cè)地從美國(guó)轉(zhuǎn)移到了中立國(guó)瑞士?！盎鸲聲?huì)一致同意這一舉措?！盧ISC-V 基金會(huì) CEO 卡利斯塔·雷德蒙德（Calista Redmond）說。
帕特森和阿薩諾維奇近年也不時(shí)來到中國(guó)與行業(yè)交流。一位與他們接觸過的芯片從業(yè)者評(píng)價(jià)：“只要 RISC-V 生態(tài)能起來，他們不在乎是誰做成這件事。”
扎堆的另一面是，不少?gòu)臉I(yè)者深知 RISC-V 服務(wù)器 CPU 的大規(guī)模商業(yè)化不會(huì)馬上到來。
高端芯片研發(fā)需要大投入，要有足夠市場(chǎng)規(guī)模才能形成 “收入→利潤(rùn)→研發(fā)” 的正循環(huán)。已發(fā)布服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品并獲得早期客戶的某公司認(rèn)為，2025 年可能是一個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，預(yù)計(jì)屆時(shí)采用 RISC-V CPU 的服務(wù)器能占到服務(wù)器市場(chǎng)總額的 1% ，對(duì)應(yīng) 80 億的服務(wù)器市場(chǎng)規(guī)模。
一名互聯(lián)網(wǎng)大公司工程師站在客戶角度的觀察是，RISC-V 服務(wù)器 CPU 的穩(wěn)定性還需驗(yàn)證：“100 萬個(gè) CPU 運(yùn)行沒出問題，不能保證到 1000 萬個(gè)時(shí)也不出問題?！?科技大公司在大批采購(gòu)數(shù)據(jù)中心芯片時(shí)，更傾向保守方案。
一位 RISC-V 公司 CEO 類比了 ARM 進(jìn)軍服務(wù)器市場(chǎng)的歷程：2013 年后，就有高通等公司嘗試這條路，但未能突破；真正的轉(zhuǎn)折點(diǎn)是云計(jì)算巨頭亞馬遜 AWS 在 2019 年發(fā)布并開始使用自研的 ARM 服務(wù)器 CPU Graviton；類似地，RISC-V 進(jìn)入服務(wù)器市場(chǎng)也需要重點(diǎn)大客戶支持，但他認(rèn)為這不能靠強(qiáng)制國(guó)企采購(gòu)的方式實(shí)現(xiàn)，而要鼓勵(lì)市場(chǎng)化競(jìng)爭(zhēng)。
