平頭哥開放最強RISC-V處理器，對Arm影響幾何？

摘要：7月25日，阿里巴巴在上海舉辦了「2019 阿里雲峰會」。在本次會議上，阿里巴巴詳細介紹了阿里的「All in Cloud」戰略，同時阿里旗下的平頭哥半導體還發布了號稱業界最強的高性能RISC-V處理器——玄鐵910，並宣布開放玄鐵910 IP Core，降低高性能晶元的開發門檻，並加速應用。

7月25日，阿里巴巴在上海舉辦了「2019 阿里雲峰會」。在本次會議上，阿里巴巴詳細介紹了阿里的「All in Cloud」戰略，同時阿里旗下的平頭哥半導體還發布了號稱業界最強的高性能RISC-V處理器——玄鐵910，並宣布開放玄鐵910 IP Core，降低高性能晶元的開發門檻，並加速應用。

最強高性能RISC-V處理器——玄鐵910發布

在去年9月的阿里雲棲大會上，阿里巴巴集團CTO、達摩院院長張建鋒宣布，阿里成立獨立晶元企業「平頭哥半導體有限公司」（以下簡稱「平頭哥」），正式進軍半導體晶元領域。時隔不到一年的時間，今天，平頭哥正式發布了公司成立以來的首款產品——玄鐵910。

根據阿里巴巴集團副總裁戚肖寧博士公布的資料顯示，玄鐵910基於當下非常熱門的RISC-V開源架構開發，是一款高性能CPU，可以以IP Core的形式集成到SoC處理器當中。

具體來說，玄鐵910基於12nm工藝，擁有16核心（四個簇，一個簇四核心），主頻2.5GHz，性能高達7.1 Coremark/MHz，比目前業界最好的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，主要是由於在內核的設計上，玄鐵910在原有的雙發射的基礎上，發展成了並行三發射架構，流水線深度從10級發展成12級，並且支持亂序執行。同時，玄鐵910還是業界首個實現每周期2條內存訪問的RISC-V處理器。也就是說，玄鐵910可以實現並行三發射8執行2內存訪問。

此外，在指令集方面，玄鐵910基於RISC-V擴展了50餘條指令，系統性增強了RISC-V的計算、存儲和多核等方面能力，相比標準的RISC-V指令集也更加的穩定可靠，同時有20%以上性能的提升。

值得一提的是，玄鐵910還加入了AI增強的向量計算引擎，這也使得玄鐵910在AI性能方面也不錯的表現。

作為一款高性能的處理器IP，戚肖寧表示，玄鐵910可以用於設計製造高性能端上晶元，應用於5G、人工智慧、網路通信以及自動駕駛等領域。使用該處理器可使晶元性能提高一倍以上，同時晶元成本降低一半以上。

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間，平頭哥的首款處理器產品玄鐵910就正式發布了，這對於一般動輒需要兩三年設計周期的處理器來說，可謂神速。

雖然平頭哥公司才成立不到一年，非常的年輕，但是實際上「平頭哥的晶元研發團隊卻有著10多年的量產CPU經驗」，戚肖寧累積出貨已超7億片。

而根據最新數據顯示，目前被併入平頭哥的中天微的CPU內核的授權客戶已超過100家，累計銷售超十億顆，這些晶元被廣泛應用於機器視覺、工業控制、車載終端、移動通信、多媒體、無線接入和信息安全等領域，主要客戶為一線晶元設計公司。

顯然，有了達摩院及中天微強大研發實力的支撐，以及阿里在背後的大力支持，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。

對於開源的RISC-V架構來說，要想實現更高的性能，就需要進行深度優化。這也正是得益於平頭哥研發團隊過去在自研指令集上的技術積累以及IP Core的大規模商用經驗。例如，對於處理器架構、工具鏈和開發環境等需要有深入的了解，同時還要擅長以「應用驅動」的思路開發處理器產品，擁有實時、可靠、安全和計算增強等面向領域的核心技術。

除了玄鐵910之外，據芯智訊了解，平頭哥還將在今年下半年推出一款針對雲端的AI（NPU內核）晶元，其性能將處於業界領先地位，主要用於阿里雲數據中心。

戚肖寧高速芯智訊：「平頭哥還將繼續推進自研CPU的研發，特別是針對應用的優化和工具鏈體系的完善。RISC-V方面，平頭哥會結合自研指令架構上積累的豐富經驗，推進新一代AIoT指令架構的設計，並不斷推出新的可產品化的CPU。未來，端側處理器將和雲端NPU晶元實現更多的協同，平頭哥將持續探索DSA（domain specific technology）等核心技術，為企業提供更有競爭力的晶元基礎設施。」

為什麼是RISC-V架構？

根據IDC的數據預測，到2025年，全球接入互聯網的IoT設備將達到416億台，將產生79.4ZB的數據。而將所有的數據處理都放到雲端來處理是非常的不現實的，因為這將對網路帶寬、雲端的計算力、雲端的存儲能力帶來不可承受之重。

因此，邊緣計算成為了近兩年業界的發展的主要方向，得益於其在低帶寬需求、隱私保護、低時延等方面的優勢，越來越多的廠商選擇通過在邊緣側利用AI技術進行數據的實時處理和分析，以減小對於雲端的依賴和對於雲端帶來的壓力。因此，在物聯網領域，對於AIoT晶元的需求也快速爆發。

而對於阿里這家互聯網廠商來說，在物聯網時代要想繼續獲得成功，就必須切入物聯網幾大核心領域——處理器晶元、系統、數據和聯接晶元。

目前，在物聯網系統方面，阿里有AliOS Things，同時阿里還聯合眾多的晶元廠商推出了YoC（YunOS on Chip）雲晶元；在數據存儲和處理方面，阿里有阿里雲服務、飛天操作系統等；在聯接晶元方面，阿里多年前就有聯合廠商推出廉價的WiFi模組和藍牙模組，此外阿里還投資了翱捷科技，並於去年推出了超低功耗LoRa晶元。同時，去年阿里還聯合聯發科推出了IoTConnect協議的藍牙晶元；而在處理器晶元方面的布局則落在了平頭哥的肩上。

從PC互聯網時代，到移動互聯網時代，再到現在的物聯網（IoT）時代，每一次技術浪潮，都伴隨著處理器晶元平台和操作系統的巨大變革。在PC時代，英特爾的X86架構晶元與微軟Windows操作系統獨霸天下；但是在移動互聯網時代，得益於Arm所採取的IP授權的形式以及安卓系統的開放，Arm架構的處理器成為以智能手機為代表的移動互聯網設備的標配。

而隨著物聯網時代的到來，由於物聯網設備品類繁多、應用廣泛，市場非常的碎片化，而且很多物聯網設備本身即是「操作系統」，即是「應用」，原本在移動互聯網設備上極為重要的操作系統、APP，到物聯網設備上已變得不再重要。而這也直接導致了物聯網處理器晶元的架構出現了百花齊放的局面。不僅有Arm架構的，也有MIPS架構的，也有RISC-V架構，還有很多廠商自研的架構。

不過，RISC-V是一種開源的處理器架構，因此晶元設計廠商可以免費使用RISC-V架構，不需要像使用Arm的處理器IP那樣，需要一筆不菲的授權費。而且，傳統的Arm處理器IP通常是不允許做擴展的，但是RISC-V則可以方便的進行擴展。這種可擴展可定製化的特點對於場景驅動、性能功耗需求各不相同的AIoT晶元特別重要。顯然，對於晶元設計廠商來說，使用RISC-V架構來做AIoT晶元，不僅更加的靈活，同時成本也將更低。

而且，開源的處理器架構也意味著，晶元設計廠商可以基於RISC-V架構打造完全自主可控的晶元，不需要擔心被某一個國家或者某一個廠商所限制。

（這裡需要指出的是，雖然RISC-V架構是免費開源的，但是第三方的晶元廠商基於RISC-V架構加入了自己的IP進行擴展，設計出的處理器內核則是具有自主知識產權的。）

隨著去年「中興事件」的爆發，自主可控成為了眾多廠商關注的焦點，這也使得開源的、免費的、可擴展的RISC-V架構受到了眾多晶元廠商的追捧。也正是在「中興事件」發生之後不久，阿里正式收購了基於RISC架構的晶元設計公司中天微，隨後便與達摩院合併成立了平頭哥半導體公司。

得益於過往在RISC自研晶元領域的深厚積累，平頭哥成立之後推出首款晶元產品選擇RISC-V架構也是很自然。

阿里「普惠晶元」計劃發布

對於阿里來說，AIoT晶元只是「All in Cloud」戰略當中的一環，阿里收購中天微，成立平頭哥也並不是簡單的想通過設計晶元來賺錢，其根本還是為了其「All in Cloud」戰略所服務。

平頭哥的定位是未來AIoT晶元的基礎設施提供者，主打面向領域的軟硬整合的SoC平台。除了CPU外，平頭哥還將推出SoC平台、存儲器、OS和演算法的全棧解決方案，面向不同AIoT場景為企業和開發者提供不同層次的晶元服務。其中AliOS可以實現低功耗低成本的雲端接入，提供雲端一體的解決方案。阿里雲是國內最大的雲服務商，在雲端已經有了豐富的應用生態資源。而基於平頭哥晶元平台的產品能天然接入阿里雲，與雲端應用生態對接後將形成新的產品形態，這也正是阿里藉由成立平頭哥所要實現的願景。

對此，在今天的發布會上，阿里邀請有量產能力企業和高校科研機構共同打造標杆項目，並宣布「普惠晶元」計劃。即未來平頭哥將全面開放玄鐵910的IP Core，全球開發者可以免費下載該處理器的FPGA代碼，快速開展晶元原型設計和架構創新。

戚肖寧表示，「平頭哥致力於成為AIoT時代晶元的基礎設施提供者，降低企業設計晶元的門檻。」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，後被郭靖夫婦熔鑄成倚天劍和屠龍刀。我也希望未來大家能夠在玄鐵910的基礎上打造出『倚天』和『屠龍』。」戚肖寧說到。

簡單來說就是，平頭哥將在基於開源的RISC-V架構基礎上設計的具有自主知識產權的玄鐵910的IP Core在一定程度上給免費開放了（雖然目前只是開放了FPGA代碼），開發者可以在其基礎上開發出自己的IP Core和SoC。顯然，對於平頭哥來說，這是需要很大魄力的。畢竟即使是在開源的RISC-V架構基礎上，設計出玄鐵910這樣一款高性能的處理器內核，也是需要投入大量的人力、物力、財力和時間成本的。

戚肖寧表示：「傳統通用晶元的模式越來越難適應碎片化AIoT場景的需求，開源、開放是大勢所趨，平頭哥致力於做AIoT時代的晶元基礎設施提供者，讓晶元更普惠。」

對Arm影響幾何？

對於阿里的「普惠晶元」計劃，有媒體人士評論稱，「阿里這是要將平頭哥打造成物聯網領域的Arm」，也有評論稱「Arm要失眠了」。

確實，近兩年來，RISC-V生態快速崛起，對Armz在物聯網市場的擴展造成了威脅。目前RISC-V基金會成員已有235家, 比如谷歌、西部數據、華為、阿里巴巴、華米、樂心、台灣晶心、聯發科、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先的商用RISC-V處理器IP和硅解決方案的供應商SiFive，而在此之前，英特爾也對其進行了投資。

而為了應對RISC-V生態的快速壯大，化解RISC-V在物聯網領域對於Arm所帶來的威脅，今年7月15日，Arm宣布了一項新收費模式，晶元製造商只需每年支付7.5萬美元的費用，就可獲得Arm公司約四分之三的技術和晶元設計方案組合。如果每年支付20萬美元，則可以獲得不限數量的晶元設計方案。後續，只有當晶元準備好生產並開始發貨時，才需要向Arm支付許可證費用。此舉也較大的降低了物聯網廠商使用Arm IP的門檻。

不過，需要指出的是，該心的收費模式主要是針對的物聯網相關IP，Arm高端的一些IP，比如針對旗艦智能手機的核心，將無法通過上述新模式獲得。因為Arm在智能手機市場的依然是非常的強勢，而在物聯網市場Arm則要相對弱一些，再加上RISC-V的強勢崛起，Arm不得不做出調整。

此次玄鐵910的推出和「普惠晶元」計劃的公布，確實將有助於RISC-V陣營進一步在物聯網市場與Arm展開競爭，對Arm造成一定衝擊。但是，目前所能帶來的實際影響還是相對有限的。因為玄鐵910目前還不是完全的免費開放，只是開放了FPGA代碼，而且在物聯網市場，需求量最大的仍然是對於性能要求並不高的低功耗處理器，對高性能處理器的需求並不大。而在性能要求較高的自動駕駛領域，目前也主要是Nvidia、Mobileye等廠商的天下，不少自動駕駛汽車廠商自己也開始推出自研的自動駕駛晶元。

不過，如果阿里接下來繼續打造出一系列適用於不同場景的不同類型的基於RISC-V架構的IP Core，並將其完全免費開放或者以極低的代價向外界提供，這必然吸引到非常多的合作夥伴，逐漸形成一個圍繞著阿里處理器IP的生態，而阿里則可以藉此推動自身的包括雲在內的一些列的服務覆蓋到更多的物聯網廠商。此舉，將會對Arm產生真正的威脅。不過，阿里後續是否會繼續這樣做下去，可能還需要看玄鐵910的FPGA代碼開放之後的是否能夠得到積極的反饋，後續玄鐵910 IP Core是否會完全免費開放。

另外，需要指出的是，阿里的「普惠晶元」計劃，可能更多的會直接影響到SiFive一類的提供基於RISC-V架構的商用IP解決方案的廠商。

作者：芯智訊-浪客劍

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