阿里平頭哥開(kāi)放最強(qiáng)RISC-V處理器：對(duì)ARM影響幾何？

7月25日，阿里巴巴在上海舉辦了“2019 阿里云峰會(huì)”。在本次會(huì)議上，阿里巴巴詳細(xì)介紹了阿里的“All in Cloud”戰(zhàn)略，同時(shí)阿里旗下的平頭哥半導(dǎo)體還發(fā)布了號(hào)稱業(yè)界最強(qiáng)的高性能RISC-V處理器—;—;玄鐵910，并宣布開(kāi)放玄鐵910 IP，降低高性能芯片的門檻，并加速應(yīng)用。

最強(qiáng)高性能RISC-V處理器—;—;玄鐵910發(fā)布

在去年9月的阿里云棲大會(huì)上，阿里巴巴集團(tuán)CTO、達(dá)摩院院長(zhǎng)張建鋒宣布，阿里成立獨(dú)立芯片企業(yè)“平頭哥半導(dǎo)體有限公司”（以下簡(jiǎn)稱“平頭哥”），正式進(jìn)軍半導(dǎo)體芯片領(lǐng)域。

時(shí)隔不到一年的時(shí)間，今天，平頭哥正式發(fā)布了公司成立以來(lái)的首款產(chǎn)品—;—;玄鐵910。

根據(jù)阿里巴巴集團(tuán)副總裁戚肖寧博士公布的資料顯示，玄鐵910基于當(dāng)下非常熱門的RISC-V開(kāi)源架構(gòu)開(kāi)發(fā)，是一款高性能CPU，可以以IP Core的形式集成到SoC處理器當(dāng)中。

具體來(lái)說(shuō)，玄鐵910基于12nm工藝，擁有16核心（四個(gè)簇，一個(gè)簇四核心），主頻2.5GHz，性能高達(dá)7.1 Coremark/MHz，比目前業(yè)界最好的RISC-V處理器性能高40%以上。

而玄鐵910之所以能夠有如此出色的性能表現(xiàn)，主要是由于在內(nèi)核的設(shè)計(jì)上，玄鐵910在原有的雙發(fā)射的基礎(chǔ)上，發(fā)展成了并行三發(fā)射架構(gòu)，流水線深度從10級(jí)發(fā)展成12級(jí)，并且支持亂序執(zhí)行。同時(shí)，玄鐵910還是業(yè)界首個(gè)實(shí)現(xiàn)每周期2條內(nèi)存訪問(wèn)的RISC-V處理器。也就是說(shuō)，玄鐵910可以實(shí)現(xiàn)并行三發(fā)射8執(zhí)行2內(nèi)存訪問(wèn)。

此外，在指令集方面，玄鐵910基于RISC-V擴(kuò)展了50余條指令，系統(tǒng)性增強(qiáng)了RISC-V的計(jì)算、存儲(chǔ)和多核等方面能力，相比標(biāo)準(zhǔn)的RISC-V指令集也更加的穩(wěn)定可靠，同時(shí)有20%以上性能的提升。

值得一提的是，玄鐵910還加入了AI增強(qiáng)的向量計(jì)算引擎，這也使得玄鐵910在AI性能方面也不錯(cuò)的表現(xiàn)。

作為一款高性能的處理器IP，戚肖寧表示，玄鐵910可以用于設(shè)計(jì)制造高性能端上芯片，應(yīng)用于5G、人工智能、網(wǎng)絡(luò)通信以及自動(dòng)駕駛等領(lǐng)域。使用該處理器可使芯片性能提高一倍以上，同時(shí)芯片成本降低一半以上。

成立不到一年，平頭哥的玄鐵910是如何練成的？

從2018年9月，平頭哥半導(dǎo)體公司正式成立，到今天（2019年7月25日），僅用了不到一年的時(shí)間，平頭哥的首款處理器產(chǎn)品玄鐵910就正式發(fā)布了，這對(duì)于一般動(dòng)輒需要兩三年設(shè)計(jì)周期的處理器來(lái)說(shuō)，可謂神速。

雖然平頭哥公司才成立不到一年，非常的年輕，但是實(shí)際上“平頭哥的芯片研發(fā)團(tuán)隊(duì)卻有著10多年的量產(chǎn)CPU經(jīng)驗(yàn)”，戚肖寧說(shuō)到。

2018年9月成立的平頭哥實(shí)際上是由阿里在2018年4月全資收購(gòu)的杭州中天微系統(tǒng)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“中天微”）以及阿里在2017年10月成立的達(dá)摩院的芯片團(tuán)隊(duì)整合而成。

數(shù)據(jù)顯示，平頭哥成立之時(shí)，達(dá)摩院芯片團(tuán)隊(duì)接近100人，成員大多擁有在AMD、ARM、NVIDIA、Intel等芯片大廠的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

而成立于2001年的中天微則一直致力于高性能低功耗嵌入式CPU研發(fā)，是一家以芯片架構(gòu)授權(quán)為核心業(yè)務(wù)的IC設(shè)計(jì)公司。主要有基于RISC體系架構(gòu)的CK610系列和CK800系列的十多款芯片。

截止2017年年底，中天微C-SKY系列CPU核的授權(quán)用戶超過(guò)七十家，基于中天微CPU內(nèi)核的SoC芯片累積出貨已經(jīng)突破5億片。而在被收購(gòu)之前，基于中天微的CPU內(nèi)核的SoC芯片累積出貨已超7億片。

而根據(jù)最新數(shù)據(jù)顯示，目前被并入平頭哥的中天微的CPU內(nèi)核的授權(quán)客戶已超過(guò)100家，累計(jì)銷售超十億顆，這些芯片被廣泛應(yīng)用于機(jī)器視覺(jué)、工業(yè)控制、車載終端、移動(dòng)通信、多媒體、無(wú)線接入和信息安全等領(lǐng)域，主要客戶為一線芯片設(shè)計(jì)公司。

顯然，有了達(dá)摩院及中天微強(qiáng)大研發(fā)實(shí)力的支撐，以及阿里在背后的大力支持，平頭哥首款高性能CPU—;—;玄鐵910的得以快速順利推出也不奇怪。

對(duì)于開(kāi)源的RISC-V架構(gòu)來(lái)說(shuō)，要想實(shí)現(xiàn)更高的性能，就需要進(jìn)行深度優(yōu)化。這也正是得益于平頭哥研發(fā)團(tuán)隊(duì)過(guò)去在自研指令集上的技術(shù)積累以及IP Core的大規(guī)模商用經(jīng)驗(yàn)。例如，對(duì)于處理器架構(gòu)、工具鏈和開(kāi)發(fā)環(huán)境等需要有深入的了解，同時(shí)還要擅長(zhǎng)以“應(yīng)用驅(qū)動(dòng)”的思路開(kāi)發(fā)處理器產(chǎn)品，擁有實(shí)時(shí)、可靠、安全和計(jì)算增強(qiáng)等面向領(lǐng)域的核心技術(shù)。

除了玄鐵910之外，據(jù)芯智訊了解，平頭哥還將在今年下半年推出一款針對(duì)云端的AI（NPU內(nèi)核）芯片，其性能將處于業(yè)界領(lǐng)先地位，主要用于阿里云數(shù)據(jù)中心。

戚肖寧高速芯智訊：“平頭哥還將繼續(xù)推進(jìn)自研CPU的研發(fā)，特別是針對(duì)應(yīng)用的優(yōu)化和工具鏈體系的完善。RISC-V方面，平頭哥會(huì)結(jié)合自研指令架構(gòu)上積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，推進(jìn)新一代AIoT指令架構(gòu)的設(shè)計(jì)，并不斷推出新的可產(chǎn)品化的CPU。未來(lái)，端側(cè)處理器將和云端NPU芯片實(shí)現(xiàn)更多的協(xié)同，平頭哥將持續(xù)探索DSA（domain specific technology）等核心技術(shù)，為企業(yè)提供更有競(jìng)爭(zhēng)力的芯片基礎(chǔ)設(shè)施。”

為什么是RISC-V架構(gòu)？

根據(jù)IDC的數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)，到2025年，全球接入互聯(lián)網(wǎng)的IoT設(shè)備將達(dá)到416億臺(tái)，將產(chǎn)生79.4ZB的數(shù)據(jù)。而將所有的數(shù)據(jù)處理都放到云端來(lái)處理是非常的不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)檫@將對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬、云端的計(jì)算力、云端的存儲(chǔ)能力帶來(lái)不可承受之重。

因此，邊緣計(jì)算成為了近兩年業(yè)界的發(fā)展的主要方向，得益于其在低帶寬需求、隱私保護(hù)、低時(shí)延等方面的優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越多的廠商選擇通過(guò)在邊緣側(cè)利用AI技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和分析，以減小對(duì)于云端的依賴和對(duì)于云端帶來(lái)的壓力。因此，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，對(duì)于AIoT芯片的需求也快速爆發(fā)。

而對(duì)于阿里這家互聯(lián)網(wǎng)廠商來(lái)說(shuō)，在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代要想繼續(xù)獲得成功，就必須切入物聯(lián)網(wǎng)幾大核心領(lǐng)域—;—;處理器芯片、系統(tǒng)、數(shù)據(jù)和聯(lián)接芯片。

目前，在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)方面，阿里有AliOS Things，同時(shí)阿里還聯(lián)合眾多的芯片廠商推出了YoC（YunOS on Chip）云芯片；在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理方面，阿里有阿里云服務(wù)、飛天操作系統(tǒng)等；在聯(lián)接芯片方面，阿里多年前就有聯(lián)合廠商推出廉價(jià)的WiFi模組和藍(lán)牙模組，此外阿里還投資了翱捷科技，并于去年推出了超低功耗LoRa芯片。

同時(shí)，去年阿里還聯(lián)合聯(lián)發(fā)科推出了IoTConnect協(xié)議的藍(lán)牙芯片；而在處理器芯片方面的布局則落在了平頭哥的肩上。

從PC互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，到移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，再到現(xiàn)在的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）時(shí)代，每一次技術(shù)浪潮，都伴隨著處理器芯片平臺(tái)和操作系統(tǒng)的巨大變革。在PC時(shí)代，英特爾的X86架構(gòu)芯片與微軟Windows操作系統(tǒng)獨(dú)霸天下；但是在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，得益于ARM所采取的IP授權(quán)的形式以及安卓系統(tǒng)的開(kāi)放，ARM架構(gòu)的處理器成為以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的標(biāo)配。

而隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來(lái)，由于物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備品類繁多、應(yīng)用廣泛，市場(chǎng)非常的碎片化，而且很多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備本身即是“操作系統(tǒng)”，即是“應(yīng)用”，原本在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上極為重要的操作系統(tǒng)、APP，到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備上已變得不再重要。而這也直接導(dǎo)致了物聯(lián)網(wǎng)處理器芯片的架構(gòu)出現(xiàn)了百花齊放的局面。不僅有ARM架構(gòu)的，也有MIPS架構(gòu)的，也有RISC-V架構(gòu)，還有很多廠商自研的架構(gòu)。

不過(guò)，RISC-V是一種開(kāi)源的處理器架構(gòu)，因此芯片設(shè)計(jì)廠商可以免費(fèi)使用RISC-V架構(gòu)，不需要像使用ARM的處理器IP那樣，需要一筆不菲的授權(quán)費(fèi)。

而且，傳統(tǒng)的ARM處理器IP通常是不允許做擴(kuò)展的，但是RISC-V則可以方便地進(jìn)行擴(kuò)展。這種可擴(kuò)展可定制化的特點(diǎn)對(duì)于場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)、性能功耗需求各不相同的AIoT芯片特別重要。

顯然，對(duì)于芯片設(shè)計(jì)廠商來(lái)說(shuō)，使用RISC-V架構(gòu)來(lái)做AIoT芯片，不僅更加的靈活，同時(shí)成本也將更低。

而且，開(kāi)源的處理器架構(gòu)也意味著，芯片設(shè)計(jì)廠商可以基于RISC-V架構(gòu)打造完全自主可控的芯片，不需要擔(dān)心被某一個(gè)國(guó)家或者某一個(gè)廠商所限制。

（這里需要指出的是，雖然RISC-V架構(gòu)是免費(fèi)開(kāi)源的，但是第三方的芯片廠商基于RISC-V架構(gòu)加入了自己的IP進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計(jì)出的處理器內(nèi)核則是具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的。）

隨著去年“中興事件”的爆發(fā)，自主可控成為了眾多廠商關(guān)注的焦點(diǎn)，這也使得開(kāi)源的、免費(fèi)的、可擴(kuò)展的RISC-V架構(gòu)受到了眾多芯片廠商的追捧。

也正是在“中興事件”發(fā)生之后不久，阿里正式收購(gòu)了基于RISC架構(gòu)的芯片設(shè)計(jì)公司中天微，隨后便與達(dá)摩院合并成立了平頭哥半導(dǎo)體公司。

得益于過(guò)往在RISC自研芯片領(lǐng)域的深厚積累，平頭哥成立之后推出首款芯片產(chǎn)品選擇RISC-V架構(gòu)也是很自然。

阿里“普惠芯片”計(jì)劃發(fā)布

對(duì)于阿里來(lái)說(shuō)，AIoT芯片只是“All in Cloud”戰(zhàn)略當(dāng)中的一環(huán)，阿里收購(gòu)中天微，成立平頭哥也并不是簡(jiǎn)單的想通過(guò)設(shè)計(jì)芯片來(lái)賺錢，其根本還是為了其“All in Cloud”戰(zhàn)略所服務(wù)。

平頭哥的定位是未來(lái)AIoT芯片的基礎(chǔ)設(shè)施提供者，主打面向領(lǐng)域的軟硬整合的SoC平臺(tái)。除了CPU外，平頭哥還將推出SoC平臺(tái)、存儲(chǔ)器、OS和算法的全棧解決方案，面向不同AIoT場(chǎng)景為企業(yè)和開(kāi)發(fā)者提供不同層次的芯片服務(wù)。

其中AliOS可以實(shí)現(xiàn)低功耗低成本的云端接入，提供云端一體的解決方案。阿里云是國(guó)內(nèi)最大的云服務(wù)商，在云端已經(jīng)有了豐富的應(yīng)用生態(tài)資源。

基于平頭哥芯片平臺(tái)的產(chǎn)品能天然接入阿里云，與云端應(yīng)用生態(tài)對(duì)接后將形成新的產(chǎn)品形態(tài)，這也正是阿里借由成立平頭哥所要實(shí)現(xiàn)的愿景。

對(duì)此，在今天的發(fā)布會(huì)上，阿里邀請(qǐng)有量產(chǎn)能力企業(yè)和高?？蒲袡C(jī)構(gòu)共同打造標(biāo)桿項(xiàng)目，并宣布“普惠芯片”計(jì)劃。即未來(lái)平頭哥將全面開(kāi)放玄鐵910的IP Core，全球開(kāi)發(fā)者可以免費(fèi)下載該處理器的FPGA代碼，快速開(kāi)展芯片原型設(shè)計(jì)和架構(gòu)創(chuàng)新。

戚肖寧表示:“平頭哥致力于成為AIoT時(shí)代芯片的基礎(chǔ)設(shè)施提供者，降低企業(yè)設(shè)計(jì)芯片的門檻?！?/p>

而玄鐵910之所以命名為玄鐵，也有著一番深意。“玄鐵重劍是金庸筆下第一神劍，后被郭靖夫婦熔鑄成倚天劍和屠龍刀。我也希望未來(lái)大家能夠在玄鐵910的基礎(chǔ)上打造出‘倚天’和‘屠龍’?！逼菪幷f(shuō)到。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，平頭哥將在基于開(kāi)源的RISC-V架構(gòu)基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的玄鐵910的IP Core在一定程度上給免費(fèi)開(kāi)放了（雖然目前只是開(kāi)放了FPGA代碼），開(kāi)發(fā)者可以在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)出自己的IP Core和SoC。

顯然，對(duì)于平頭哥來(lái)說(shuō)，這是需要很大魄力的。畢竟即使是在開(kāi)源的RISC-V架構(gòu)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出玄鐵910這樣一款高性能的處理器內(nèi)核，也是需要投入大量的人力、物力、財(cái)力和時(shí)間成本的。

戚肖寧表示：“傳統(tǒng)通用芯片的模式越來(lái)越難適應(yīng)碎片化AIoT場(chǎng)景的需求，開(kāi)源、開(kāi)放是大勢(shì)所趨，平頭哥致力于做AIoT時(shí)代的芯片基礎(chǔ)設(shè)施提供者，讓芯片更普惠。”

對(duì)ARM影響幾何？

對(duì)于阿里的“普惠芯片”計(jì)劃，有媒體人士評(píng)論稱，“阿里這是要將平頭哥打造成物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的ARM”，也有評(píng)論稱“ARM要失眠了”。

確實(shí)，近兩年來(lái)，RISC-V生態(tài)快速崛起，對(duì)ARMz在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的擴(kuò)展造成了威脅。目前RISC-V基金會(huì)成員已有235家, 比如谷歌、西部數(shù)據(jù)、華為、阿里巴巴、華米、樂(lè)心、臺(tái)灣晶心、聯(lián)發(fā)科、杭州中天微等都已加入。

值得注意的是，今年6月高通還投資了全球領(lǐng)先的商用RISC-V處理器IP和硅解決方案的供應(yīng)商SiFive，而在此之前，英特爾也對(duì)其進(jìn)行了投資。

而為了應(yīng)對(duì)RISC-V生態(tài)的快速壯大，化解RISC-V在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域?qū)τ贏RM所帶來(lái)的威脅，今年7月15日，ARM宣布了一項(xiàng)新收費(fèi)模式，芯片制造商只需每年支付7.5萬(wàn)美元的費(fèi)用，就可獲得ARM公司約四分之三的技術(shù)和芯片設(shè)計(jì)方案組合。

如果每年支付20萬(wàn)美元，則可以獲得不限數(shù)量的芯片設(shè)計(jì)方案。后續(xù)，只有當(dāng)芯片準(zhǔn)備好生產(chǎn)并開(kāi)始發(fā)貨時(shí)，才需要向ARM支付許可證費(fèi)用。此舉也較大的降低了物聯(lián)網(wǎng)廠商使用ARM IP的門檻。

不過(guò)，需要指出的是，該心的收費(fèi)模式主要是針對(duì)的物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)IP，ARM高端的一些IP，比如針對(duì)旗艦智能手機(jī)的核心，將無(wú)法通過(guò)上述新模式獲得。因?yàn)锳RM在智能手機(jī)市場(chǎng)的依然是非常的強(qiáng)勢(shì)，而在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)ARM則要相對(duì)弱一些，再加上RISC-V的強(qiáng)勢(shì)崛起，ARM不得不做出調(diào)整。

此次玄鐵910的推出和“普惠芯片”計(jì)劃的公布，確實(shí)將有助于RISC-V陣營(yíng)進(jìn)一步在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)與ARM展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)，對(duì)ARM造成一定沖擊。

但是，目前所能帶來(lái)的實(shí)際影響還是相對(duì)有限的。因?yàn)樾F910目前還不是完全的免費(fèi)開(kāi)放，只是開(kāi)放了FPGA代碼，而且在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，需求量最大的仍然是對(duì)于性能要求并不高的低功耗處理器，對(duì)高性能處理器的需求并不大。而在性能要求較高的自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，目前也主要是NVIDIA、Mobileye等廠商的天下，不少自動(dòng)駕駛汽車廠商自己也開(kāi)始推出自研的自動(dòng)駕駛芯片。

不過(guò)，如果阿里接下來(lái)繼續(xù)打造出一系列適用于不同場(chǎng)景的不同類型的基于RISC-V架構(gòu)的IP Core，并將其完全免費(fèi)開(kāi)放或者以極低的代價(jià)向外界提供，這必然吸引到非常多的合作伙伴，逐漸形成一個(gè)圍繞著阿里處理器IP的生態(tài)，而阿里則可以借此推動(dòng)自身的包括云在內(nèi)的一些列的服務(wù)覆蓋到更多的物聯(lián)網(wǎng)廠商。此舉，將會(huì)對(duì)ARM產(chǎn)生真正的威脅。

阿里后續(xù)是否會(huì)繼續(xù)這樣做下去，可能還需要看玄鐵910的FPGA代碼開(kāi)放之后的是否能夠得到積極的反饋，后續(xù)玄鐵910 IP Core是否會(huì)完全免費(fèi)開(kāi)放。

另外，需要指出的是，阿里的“普惠芯片”計(jì)劃，可能更多的會(huì)直接影響到SiFive一類的提供基于RISC-V架構(gòu)的商用IP解決方案的廠商。