IP核出貨量達(dá)130億顆 業(yè)界期待AI成就RISC-V生態(tài)

近期，兩場(chǎng)RISC-V（開源指令集架構(gòu)）會(huì)議在上海、杭州兩地接連召開，一場(chǎng)是滴水湖中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇（以下簡(jiǎn)稱“滴水湖論壇”），另一場(chǎng)是2024 RISC-V中國(guó)峰會(huì)。

“這兩個(gè)會(huì)其實(shí)有點(diǎn)區(qū)別，滴水湖重在產(chǎn)業(yè)落地，RISC-V中國(guó)峰會(huì)則重在產(chǎn)業(yè)的未來，但談的都是高性能計(jì)算。”電子創(chuàng)新網(wǎng)創(chuàng)始人兼CEO張國(guó)斌告訴記者，AI需要大算力，當(dāng)然會(huì)成為RISC-V現(xiàn)在最重要的發(fā)展方向。

其中，中國(guó)工程院院士倪光南在“2024 RISC-V中國(guó)峰會(huì)開幕會(huì)”表示：“根據(jù)2023年年底的數(shù)據(jù)，在芯片領(lǐng)域RISC-V IP核出貨量達(dá)到130億顆，完成了ARM經(jīng)過30年才走過的歷程?！痹撓⒆寴I(yè)界振奮。隨著RISC-V在物聯(lián)網(wǎng)、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域批量應(yīng)用，并在桌面計(jì)算、服務(wù)器、人工智能等領(lǐng)域迅速發(fā)展，未來RISC-V有望成為繼X86和ARM之后的第三大主流芯片架構(gòu)。

而RISC-V國(guó)際基金會(huì)人工智能與機(jī)器學(xué)習(xí)專委會(huì)主席、北京大學(xué)講席教授謝濤則期待AI能成就RISC-V生態(tài)，就“像當(dāng)年P(guān)C成就X86生態(tài)，手機(jī)成就ARM生態(tài)”一樣。

在半導(dǎo)體行業(yè)資深產(chǎn)業(yè)分析師黃燁鋒看來，在今年滴水湖論壇產(chǎn)品推介中就能看到包含AI SoC、AI CPU在內(nèi)的RISC-V芯片。“這在任何CPU指令集的發(fā)展歷程中都是相當(dāng)罕見的：短短四屆滴水湖論壇，人們見證了RISC-V的一路狂飆，現(xiàn)在AI又為RISC-V這輛跑車提供了一次‘氮?dú)饧铀佟ㄖ讣铀俣群芸欤┑臋C(jī)會(huì)。”他表示。

RISC-V優(yōu)勢(shì)在開放性、靈活性

“RISC-V是CPU指令集，談AI芯片，CPU指令集和它有什么關(guān)系？”謝濤表示，今年4月11日， RISC-V國(guó)際基金會(huì)理事會(huì)官宣，人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)是2024年RISC-V國(guó)際基金會(huì)頂級(jí)關(guān)鍵戰(zhàn)略最優(yōu)先的戰(zhàn)略。

在今年的世界人工智能大會(huì)上，RISC-V國(guó)際基金會(huì)理事長(zhǎng)戴路也表示，RISC-V是最適合AI的指令集架構(gòu)。此外，加拿大AI芯片獨(dú)角獸Tenstorrent首席CPU架構(gòu)師練維漢指出，RISC-V非常適合做AI計(jì)算，比如大語言模型的存取非常破碎、混亂，這是CPU最擅長(zhǎng)做的。

不僅如此，嵌入式處理器開發(fā)商MIPS CEO Sameer Wasson也在滴水湖論壇上表示，作為技術(shù)奇點(diǎn)的生成式AI，及數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的資本投入，推動(dòng)著RISC-V時(shí)代的到來。

謝濤認(rèn)為，基于RISC-V構(gòu)建AI算力的優(yōu)勢(shì)在于其開放性、靈活性，高度可擴(kuò)展性、功耗和效率優(yōu)勢(shì)，以及生態(tài)系統(tǒng)和社區(qū)的強(qiáng)有力支持?！跋癞?dāng)年P(guān)C成就X86生態(tài)，手機(jī)成就ARM生態(tài)，我們期待AI成就 RISC-V這樣的生態(tài)?！敝x濤說。

“目前，RISC-V AI芯片有兩種主要模式：一種是緊耦合模式（integrated），適合低功耗領(lǐng)域（RISC-V＋AI），一種是松耦合模式（attached），適合大算力領(lǐng)域（AI＋RISC-V）?！敝x濤表示，前者以CPU主干為骨架，集成在CPU內(nèi)部，共享程序計(jì)數(shù)器、寄存器等流水線單元，只是在執(zhí)行單元部分增加矩陣或向量單元；后者則外掛在CPU上，會(huì)有獨(dú)立的流水線、寄存器堆、緩存等，是協(xié)處理器，可以接收來自及一個(gè)或多個(gè)CPU的指令，異步執(zhí)行不同CPU提交的任務(wù)。

黃燁鋒進(jìn)一步指出，RISC-V + AI的緊耦合模式就是通過指令集擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)AI加速，理論上，ARM公司的Neon、Helium（前者是適用于ARM Cortex-A系列處理器的一種128位SIMD擴(kuò)展結(jié)構(gòu)，后者是ARM Cortex-M系列產(chǎn)品的MVE一種新的矢量指令集擴(kuò)展）都屬于此類；AI + RISC-V的松耦合模式則在RISC-V CPU的基礎(chǔ)上，增加協(xié)處理器或加速器——ARM家族的代表是Ethos NPU（該系列是ARM推出的AI微加速器）。

以緊耦合模式的RISC-V AI芯片為例，本次滴水湖論壇展示了來自進(jìn)迭時(shí)空（杭州）科技有限公司的SpacemiT Key Stone K1，號(hào)稱是“全球首款8核RISC-V AI CPU”，這顆芯片采用了進(jìn)迭時(shí)空自研的RISC-V智算核X60，它擁有8個(gè)核心，頻率最高2.0GHz，核心單核算力比ARM Cortex-A55高30%。

不過，謝濤也指出，我國(guó)乃至全球RISC-V+AI生態(tài)仍存在生態(tài)碎片化、資源投入嚴(yán)重不足、缺少組織統(tǒng)籌以及產(chǎn)學(xué)研協(xié)同不夠的挑戰(zhàn)。

如何撼動(dòng)CUDA

在AI芯片領(lǐng)域，英偉達(dá)是絕對(duì)的市場(chǎng)霸主，其全球市場(chǎng)占有率高達(dá)90%。作為最有希望挑戰(zhàn)英偉達(dá)霸主地位的公司，AMD仍與英偉達(dá)有一個(gè)數(shù)量級(jí)的差距。

從近期的財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)來看，數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)是這兩大GPU巨頭增長(zhǎng)的主要驅(qū)動(dòng)力，并在2024年保持高速增長(zhǎng)。

財(cái)報(bào)顯示，英偉達(dá)在2025財(cái)年第一財(cái)季（自然年2024年2月至4月）創(chuàng)下了260億美元的季度收入紀(jì)錄，其中數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)貢獻(xiàn)了226億美元，同比增長(zhǎng)427%。作為對(duì)比，AMD在2024年第一季度和第二季度的收入分別為55億美元和58億美元，數(shù)據(jù)中心銷售額分別達(dá)到23億美元和28億美元，分別同比增長(zhǎng)80%和115%。

一個(gè)越來越為人熟知的事實(shí)是，之所以英偉達(dá)能成為AI芯片市場(chǎng)霸主，除其硬件產(chǎn)品性能優(yōu)秀外，更在于它構(gòu)建起了以CUDA（英偉達(dá)推出的運(yùn)算平臺(tái)）為基礎(chǔ)的軟件棧。

“相比于英偉達(dá)，國(guó)產(chǎn)Al芯片除性能差距外，軟件生態(tài)差距更大。英偉達(dá)的成功不僅僅在于其芯片，更在于其軟件棧CUDA的成功?！敝x濤表示，CUDA是2006年英偉達(dá)推向市場(chǎng)的，經(jīng)過這么多年的發(fā)展，英偉達(dá)為CUDA生態(tài)投入120億美元，目前CUDA開發(fā)者已有450萬。

謝濤指出，如今國(guó)內(nèi)高端AI芯片企業(yè)達(dá)40多家，但軟件棧層面各自為戰(zhàn)，整體市場(chǎng)份額不足10%。

“一些國(guó)產(chǎn)和國(guó)際AI芯片公司也會(huì)采用所謂的‘打不過就加入’的思路，兼容CUDA軟件生態(tài)，特別是走GPGPU（通用圖形處理器）的路線。這樣的道路能解燃眉之急，但長(zhǎng)遠(yuǎn)來看還是受制于人?！敝x濤表示，當(dāng)然還有一些AI芯片公司走的是非CUDA路線，但整體上來說AI算力軟件生態(tài)呈現(xiàn)小、散、弱的局面。

他還指出，指令集不統(tǒng)一，硬件架構(gòu)分散；軟件棧不統(tǒng)一，用戶學(xué)習(xí)成本高；算子覆蓋度低，用戶遷移成本高，以及企業(yè)各自為戰(zhàn)，沒有足夠的生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)力，這些都導(dǎo)致國(guó)產(chǎn)AI芯片競(jìng)爭(zhēng)力的缺乏。

但英偉達(dá)的CUDA生態(tài)是相對(duì)封閉的。對(duì)此，謝濤指出歷史上能夠擊敗閉源霸主生態(tài)的往往是一個(gè)開源的生態(tài)。

“在IT歷史上，當(dāng)一個(gè)閉源生態(tài)占據(jù)主導(dǎo)地位的時(shí)候，基本上沒有看到一個(gè)成功的例子是說第二個(gè)后來居上的閉源生態(tài)撼動(dòng)（原先）霸主生態(tài)。但有兩大案例，是開源的生態(tài)去震撼閉源霸主的生態(tài)，一個(gè)Linus VS Windows，一個(gè)是Android VS iOS?！敝x濤說，RISC-V指令集本身是開源的，且已有了相當(dāng)?shù)男酒鲐浟考伴_發(fā)生態(tài)基礎(chǔ)。

言下之意，選擇RISC-V做AI芯片的理由又多了一個(gè)，即用開源的RISC-V生態(tài)來撼動(dòng)英偉達(dá)的CUDA生態(tài)。

針對(duì)以上當(dāng)前構(gòu)建我國(guó)RISC-V+AI生態(tài)存在的挑戰(zhàn)，謝濤認(rèn)為，可以采用自下而上的思路，以RISC-V指令集擴(kuò)展+開源系統(tǒng)軟件棧（并推成標(biāo)準(zhǔn)）為“公共開源根”，利用國(guó)際開放/開源社區(qū)“長(zhǎng)葉”（基于開源根的商業(yè)軟件/芯片），形成“根技術(shù)開源”與“葉技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)”的技術(shù)生態(tài)優(yōu)勢(shì)。

謝濤提出，應(yīng)聚焦邊緣計(jì)算和智能終端等多樣化應(yīng)用場(chǎng)景，推動(dòng)軟件生態(tài)的發(fā)展，進(jìn)而帶動(dòng)云上軟件生態(tài)，這種“農(nóng)村包圍城市”的策略來與現(xiàn)有巨擘抗衡，逐步建立RISC-V在AI領(lǐng)域的市場(chǎng)地位。再依托日益強(qiáng)大的RISC-V軟硬件生態(tài)，聚焦全球開源工具創(chuàng)新，最終達(dá)成類似Android VS iOS或Linux VS Windows的競(jìng)爭(zhēng)格局。

關(guān)于具體破局思路，謝濤提出了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)+開源社區(qū)兩抓手?！耙皇且酝苿?dòng)RISC-V國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)為抓手到國(guó)際借力，把握‘根技術(shù)’，快速布局新市場(chǎng)（如智能終端、AI PC等），以推動(dòng)國(guó)際基金會(huì)標(biāo)準(zhǔn)來依托上游國(guó)際開源社區(qū)貢獻(xiàn)系統(tǒng)軟件棧。二是以共建國(guó)際開源軟件生態(tài)為抓手到國(guó)際借力，到國(guó)際開源軟件生態(tài)（如Triton、SYCL）中發(fā)出中國(guó)強(qiáng)聲音?！敝x濤說。

在謝濤看來，Triton（開源的GPU編程語言）與SYCL（由英特爾主推，和CUDA同層級(jí)的跨平臺(tái)抽象層）是RISC-V AI生態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵，SYCL被他類比為“編程模型中的RISC-V”，相對(duì)的CUDA是編程模型中的X86。

黃燁鋒指出，Triton實(shí)現(xiàn)了硬件無關(guān)的中間層表示，生態(tài)兼容負(fù)擔(dān)小，編程難度相較CUDA更低，但仍能實(shí)現(xiàn)接近于CUDA極限生態(tài)的性能。