在2021云棲大會上，阿里平頭哥開源了玄鐵RISC-V系列處理器，并開放系列工具及系統(tǒng)軟件。即日起，全球開發(fā)者可下載玄鐵源代碼，平頭哥也將持續(xù)開源穩(wěn)定的、全棧一體的RISC-V IP核，并提供技術(shù)支持和應(yīng)用服務(wù)。對于開發(fā)者來說，軟件開源早已不是什么新鮮事，而此次玄鐵RISC-V是硬件開源，過程曲折但貢獻(xiàn)著實(shí)不小。

解析阿里玄鐵RISC-V系列處理器的硬件開源策略（圖片來自antmicro）

對于開發(fā)者來說，直接使用開源軟件，成本比較低，有吸引力。但硬件開發(fā)流程復(fù)雜、時間漫長，試錯代價昂貴，對硬件開源提出了更高的要求。平頭哥支持開源開放，對于正在上升期的RISC-V架構(gòu)技術(shù)而言，只有更多的開發(fā)者和企業(yè)使用，才能共同推進(jìn)生態(tài)進(jìn)步，讓這一技術(shù)在芯片和操作系統(tǒng)等軟硬件層面更加成熟，讓生態(tài)圈的每個伙伴從中受益。

眾所周知，要在芯片上執(zhí)行軟件程序，必須先將軟件/程序語言翻譯成硬件指令，這套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范即芯片架構(gòu)/指令集（ISA，Instruction Set Architecture），X86、Arm、RISC-V都是指令集的代號。不過，指令集通常與背后的軟件生態(tài)相關(guān)聯(lián)，采用哪種指令集，需要其專利授權(quán)，IP授權(quán)費(fèi)用動輒上百萬、千萬美元。

誕生于2010年的RISC-V，是一個基于精簡指令集（RISC）原則的開源指令集架構(gòu)（ISA），其由一家非營利基金會所有，所有企業(yè)都可以加入基金會，免費(fèi)使用RISC-V架構(gòu)，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行改動，被廣泛看好成為下一代廣泛應(yīng)用的CPU架構(gòu)。RISC-V架構(gòu)具有開放、靈活、低功耗等特點(diǎn)，基礎(chǔ)指令不到50條，并以模塊化的方式提供了不少擴(kuò)展指令集。

RISC-V 基金會首席執(zhí)行官Calista Redmond曾透露，截至2020年底，在全球范圍內(nèi)RISC-V芯片（SoC、IP和FPGA）已推出93款，覆蓋了云端、移動、高性能運(yùn)算、機(jī)器學(xué)習(xí)、自動駕駛等產(chǎn)業(yè)。據(jù)《財新》報道，RISC-V已經(jīng)吸引了谷歌、阿里巴巴、三星、華為、英偉達(dá)、西部數(shù)據(jù)等全球500多家企業(yè)參與研發(fā)。

Semico Research預(yù)測，到2025年全球市場的RISC-V核心數(shù)將達(dá)到624億，其中工業(yè)應(yīng)用增幅最大，將占據(jù)167億顆。在實(shí)際應(yīng)用中，RISC-V適合為智慧城市、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能家居等碎片化的AIoT場景提供定制芯片。這種需求上的滿足與當(dāng)前AIoT的大勢所趨不無關(guān)系，要知道在應(yīng)用側(cè)，玄鐵910已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了兼容安卓，證明RISC-V朝高性能方向發(fā)展的可能。對于阿里“云端一體”的戰(zhàn)略而言，平頭哥在RISC-V上的探索勢必會延伸到更多的場景。

據(jù)了解，此次開源的OpenXuantie系列RISC-V處理器，包括玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量產(chǎn)處理器IP，以及基于OpenXuantie的多操作系統(tǒng)（AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等）的全棧軟件及工具。開發(fā)者可通過平頭哥Github和芯片開放社區(qū)（Open Chip Community）下載OpenXuantie源代碼，并基于此實(shí)現(xiàn)開源EDA協(xié)同、硬件架構(gòu)創(chuàng)新、豐富軟件應(yīng)用生態(tài)。

玄鐵RISC-V系列處理器采用自研技術(shù)，覆蓋從低功耗到高性能的各類場景，支持AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等操作系統(tǒng)，并已成功應(yīng)用于微控制器、工業(yè)控制、智能家電、智能電網(wǎng)、圖像處理、人工智能、多媒體和汽車電子等領(lǐng)域。目前，玄鐵系列處理器出貨超25億顆，擁有150余家客戶、超500個授權(quán)數(shù)，已成為國內(nèi)應(yīng)用規(guī)模最大的國產(chǎn)CPU。

正如前文所述，硬件開源絕非一日之功。經(jīng)過十多年的CPU和芯片研發(fā)，平頭哥在自研指令架構(gòu)、CPU微體系結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)芯片方面積累了不少經(jīng)驗(yàn)，形成了從低功耗、低成本到中高性能等RISC-V處理器產(chǎn)品家族，應(yīng)用于MCU、藍(lán)牙、無線、語音、視覺等應(yīng)用場景。如今，玄鐵系列成為國內(nèi)RISC-V領(lǐng)域影響力和市場占有率最大的處理器產(chǎn)品，以每年50%的授權(quán)數(shù)增長。

根據(jù)阿里的表述，玄鐵910在指令方面相比原始的RISC-V穩(wěn)定可靠，同時有平均20%以上性能的提升。在處理器的設(shè)計技術(shù)上，玄鐵910在原有高性能處理器2發(fā)射的基礎(chǔ)上，發(fā)展成3發(fā)射并行架構(gòu)，流水線深度從10級發(fā)展成12級，單位性能提升40%以上，達(dá)到7.1 Coremark/MHz，工作主頻達(dá)到2.5GHz，整體指標(biāo)在原有技術(shù)上提升一個層次。

顯然，這種硬指標(biāo)上的進(jìn)步對于RISC-V的普及有著重要作用。要知道，超過70%的RISC-V 主要成員來自中國，這在一定程度上要受益于半導(dǎo)體國產(chǎn)化的趨勢。2018年7月，上海首度宣布將RISC-V列入政府產(chǎn)業(yè)扶持對象，成為國內(nèi)第一個發(fā)力RISC-V的城市。同年10月和11月，中國 RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟與中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟相繼成立，前者如今成員單位已達(dá)130家，后者則由中國工程院院士倪光南領(lǐng)銜，吸引了包括阿里巴巴、中芯國際、紫光展銳、北大清華在內(nèi)的產(chǎn)學(xué)研代表成員。

可以說，RISC-V生態(tài)建設(shè)是中國半導(dǎo)體上下游產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)建設(shè)的好機(jī)會。在傳統(tǒng)芯片的設(shè)計領(lǐng)域，國外的封鎖在短期內(nèi)難以突破，而在RISC-V所面向的物聯(lián)網(wǎng)場景，對芯片制程要求還不太高，這也為近幾年國內(nèi)新成立的一批國內(nèi)EDA公司帶來了新的市場機(jī)會。

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