RISC-V冲向Arm新蓝海
“三分天下有其一”是业界对RISC-V架构的定位和期许，开源带来的开放生态、灵活性和高度可定制性，让RISC-V成为搭建计算生态的一种新选择。
今年7月，RISC-V International首席执行官Calista Redmond就指出RISC-V架构芯片出货量已突破百亿颗，仅用12年就走完了传统架构30年的发展历程，预计2025年RISC-V架构芯片更有望突破800亿颗。
不难看到，RISC-V生态发展正在显著加速。
但是，RISC-V应用此前更多集中在低算力的MCU市场以及生态依赖性低的物联网领域。
对于RISC-V来说，高性能领域是一个高价值的市场，有利于RISC-V产业的商业化发展，跻身高性能领域，是芯片架构走向主流的重要标志。
随着RISC-V生态完备度及市场需求的进一步增长，以服务器、数据中心为代表的高性能领域成为RISC-V产业下一步的落子方向。
Arm攻城拔寨，RISC-V苗头渐起
在目前的CPU市场，x86架构及Arm架构仍然是全球最为主流的指令集架构。其中，x86架构统治着PC及服务器市场。
据IDC 2021年发布的《全球服务器季度跟踪报告》显示，x86服务器收入占全球服务器收入的90.3%，非x86（包括Arm、RISC-V等）服务器收入仅占全球服务器收入的9.7%。
全球x86、非x86服务器收入占比（数据来源：IDC）
然而，面对这样的市场格局，自2008年开始，垄断移动市场的Arm便计划进入服务器芯片市场，但由于当时在服务器生态上的孱弱，不少芯片厂商投入数年后便纷纷放弃该赛道。
如今，随着云计算需求变革以及Arm体系性能和生态环境提升，一众高手纷纷加盟，企业开始逐渐转向采用Arm架构，带动了云端采用Arm架构服务器比例的增加，基于Arm架构的服务器芯片阵营掀起了新一轮的“突围”。
Arm推出的Neoverse平台也成为了向服务器领域渗透的关键驱动力之一。
Arm Neoverse服务器CPU路线图
近年来，云服务商也在围绕Arm架构频频发力，AWS自研服务器芯片Graviton的成功也引发了行业的潮流，其他主要的云服务提供商也在积极布局Arm服务器项目。
除上云厂商外，包括富士通、Marvell、飞腾、英伟达等厂商也均推出了Arm架构服务器芯片，Arm架构服务器芯片正在取得快速的进展。
据TrendForce数据预测，预计到2025年，Arm架构在数据中心服务器渗透率将达到22%，数据中心处理器格局正在悄然发生改变。
在Arm攻城拔寨的同时，RISC-V也对数据中心市场产生了兴趣。RISC-V架构则凭借着于开源、指令精简、可扩展、模块化等优势，在注重能效比的物联网领域大受追捧。但是，这并不意味着RISC-V无法进入更高性能要求的PC和服务器市场。
在这个过程中，涌现出一大批瞄准高性能RISC-V的国内外厂商，将该架构应用从低端微处理器逐渐探入高性能计算领域。
此前，RISC-V最显著的标签是低功耗，平头哥半导体在2019年率先推出最高主频达2.5GHz的玄铁C910，突破了业界对RISC-V的性能想象；今年11月底，国产RISC-V芯片厂商赛昉科技推出了全球首款面向PC应用的高性能RISC-V芯片——昉·惊鸿8100；而后，据福布斯12月12日报道，芯片初创企业Ventana Microsystems公司在RISC-V峰会上发布了全球首款面向服务器的CPU——Veyron V1。
1. Ventana：首款面向服务器的CPU—Veyron V1
据介绍，Veyron V1采用先进的5nm制程工艺，基于Ventana自研的高性能RISC-V内核，8流水线设计，支持乱序执行，主频高达3.6GHz，每个集群最多16个内核，多集群最多可扩展至192核，拥有48MB共享三级缓存，拥有高级侧信道攻击缓解措施、IOMMU和高级中断架构（AIA）、支持全面的RAS功能、自上而下的软件性能调整方法，可以满足数据中心的各种需求。
据悉，Veyron VT1每核性能可与Arm的Neoverse V系列（Amazon Graviton 3中的V1和Nvidia Grace中的V2）相媲美，但时钟更高。
值得一提的是，Veyron V1采用了类似AMD EPYC处理器那样的Chiplet设计，允许客户从Vnetana购买CPU、IO模块，然后跟自己的加速器IP进行集成，最后成为一个完整的芯片。
按照计划，Veyron V1已经流片成功，预计将会在2023年年中正式推出，并在2023年下半年成功部署于数据中心基础设施。
2. 进迭时空RISC-V高性能核研发取得重大进展
进迭时空的第一代RISC-V融合计算处理器核X100在通用计算能力和面向应用的融合计算能力上，均取得了重大突破。X100的通用计算性能超过Arm A75，在AI应用、视觉应用、机器人应用等方面则大幅领先Arm A76。
鉴于上述在通用计算能力和融合计算能力上的突破，X100非常适合用于边缘服务器、高端智能机器人、自动驾驶等场景。虽然市面上不乏RISC-V的计算核心，但能落地和商用的国产高性能RISC-V核仍十分稀缺，X100 无论在规格、性能、融合算力上均达到了国内的新高度。
目前搭载X100处理核，由进迭时空自主研发的高性能SoC也在同步开发中，并与多个合作伙伴展开深度的技术合作。进迭时空将为行业提供算力更强大，性能更优越的RISC-V计算芯片。
3. 睿思芯科：RiVAI P600边缘计算处理器发布，瞄准差异化市场
ICCAD 2022活动上，国内RISC-V厂商睿思芯科发布了新一代边缘计算处理器RiVAI P600。据悉，RiVAI P600 采用多核多线程的先进设计架构，拥有高效的数据并行处理能力，特别适用于通用计算兼具数字信号处理需求的应用，如数据中心、存储、WiFi6/7、DPU、5G通讯等场景，为更高计算需求提供算力。
此外，RiVAI P600在架构设计上兼容自研Mesh互联架构，通过简单升级即可支持16-32处理器核心，并支持DDR5和PCIe Gen5，广泛面向数据中心新型存储和智能网络等应用。
如今，P600已经与中茵微电子等数家行业头部合作伙伴联合打造在数据中心应用领域的产品落地，采用先进工艺制程完成流片和硅验证，预计将于今年年底正式开始市场应用。
今年以来，睿思芯科产品发布步履不停：6月，睿思芯科发布首个高性能RISC-V向量处理器DSP IP：RiVAI V7，首次将向量处理器引入专业音频DSP领域，瞄准高品质音视频领域，满足蓬勃发展的AR/VR、游戏及机器学习领域对复杂数字信号的算力需求。目前RiVAI V7已经落地，在国际知名头部客户中完成芯片集成与验证，进入量产阶段。
7月，睿思芯科亮相DAC大会进行专题演讲，展示发布其针对视频图像处理与机器学习的新产品RiVAI V9+。而本次发布的RiVAI P600边缘计算处理器，再次瞄准差异化市场。
随着产品线拓展，睿思芯科旗下基于RISC-V的差异化IP产品将产生协同效应，进一步拓展RISC-V芯片的能力池，从技术储备、开发生态到硅验证，提供优秀的PPA性能，保证合作芯片量产落地。
4. 赛昉科技：RISC-V在高性能计算领域大有可为
赛昉科技也在ICCAD 2022 期间表示：“随着RISC-V基础指令集的完备、RISC-V IP核的性能突破、高性能RISC-V芯片的相继推出以及软件生态的日趋完善，RISC-V架构适合所有的计算场景，除物联网外，在高性能计算领域亦大有可为。”
据介绍，赛昉科技自研的高性能RISC-V处理器内核——昉·天枢已被诸多芯片客户使用，被应用于HPC、数据中心、PC等场景。昉·天枢是当前可交付的最高性能的RISC-V处理器内核，性能对标Arm Cortex A76，采用12级流水线设计，可实现超标量、深度乱序执行等。
中国科学院计算技术研究所研究员包云岗也指出，中科院RISC-V处理器香山定位于开源、高性能的公版IP核。如果有Arm A76以上算力的需求，香山是一个可以考虑的选择。
前不久，腾讯宣布加入RISC-V阵营或许也是为了研发服务器芯片；SiFive、英特尔与谷歌等国际厂商也开始为RISC-V进军数据中心铺路...
业界正在用行动证明，高性能不再是RISC-V的禁忌之地，向高性能发展是RISC-V发展的必然趋势。
与此同时，Arm近期又宣布禁止把性能先进的Neoverse V系列授权给中国芯片企业，Neoverse V系列正是为服务器芯片而研发。如此一来，中国芯片企业势必迅速转向RISC-V架构，促使中国加快推动RISC-V进入服务器芯片等高性能领域。
一个新架构要深入到原有市场，往往都是遵循“从低到高”渗透，比如IoT-智能机-PC-服务器这种路线。
只不过RISC-V可能会略有区别。嘉楠捷思副总裁汤炜伟表示，由于C端的用户数量庞大，对于软件完备度要求很高，因此需要体验足够好才能实现。但服务器市场则由于应用相对少，相对会比C端更具进入机会价值，也更具可替代性。
其次是由于服务器的相对软件栈宽度要略窄一些，解决几个软件问题就可以突破市场。因此， RISC-V会更先渗透到服务器领域，但能走多远很大程度上取决于生态里合作伙伴的能力和努力。
进军数据中心，RISC-V挑战尚在
RISC-V在初步证明其商业化可用的路上，发展速度非常快。在IoT市场站稳脚跟后，正在往更高性能、更加纵深的方向去发展。
RISC-V基金会CTO Mark Himelstein透露，RISC-V在未来几年将会发力汽车、数据中心和安全等多个应用领域，包括最近备受关注的加速器和智能网卡也是RISC-V未来几年的关注重点。
如果说稳定性是RISC-V的安身之本，开放性是RISC-V的生命力，那么，向高性能领域迈进就是RISC-V的竞争力所在。
然而，RISC-V要想成功登陆数据中心服务器、个人电脑等高性能市场，还有很大的距离，面临诸多挑战。
平头哥半导体副总裁孟建熠此前在接受笔者采访时表示：“数据中心肯定是RISC-V要往这个方向走的非常重要的一个方向，基金会现在其实是把数据中心作为一个很重要的方向在推进。但要往高性能发展，处理器首先本身要在性能上有突破，需要投入大量的研发精力和资金投入；其次，往高性能走，处理器的稳定性也非常重要。上层软件栈越厚，软件与硬件的协同优化就越困难，必须要求足够的硬件稳定性来适配更复杂的应用场景。”
而对于RISC-V向高性能领域发展在软件上的挑战，中国科学院软件研究所总工程师武延军指出，目前有很多核心的基础软件没有很好的跑在RISC-V平台上。这里可能会有指令集规范还不成熟的问题，但更多的是这些基础软件包之前都是在X86和Arm上面去跑，从维护者、社区的角度，还没有把RISC-V当成Tier-1或者First-Class-Citizen度去对待。这里面有理念问题，有投入问题，也有商业利益回报问题。
基础软件的意义是避免生态碎片化，避免大家在同样的指令集架构下还去“造轮子”。因此在一些基础的编译工具链、操作系统，比如GCC/LLVM，Linux等，希望整个行业能够合力去共同打造，而不是说每个RISC-V处理器厂家都要自己做一套，这其实是一个很大的浪费。
另外，开发者关心的外设IP授权问题依然在短期内难以突破，也是高性能RISC-V发展道路上的一大拦路虎。
不过武延军表示，RISC-V基金会理事会正在尝试探索开源软件曾经走过的路。开源软件在初期发展阶段也遇到过专利诉讼，当时为了解决这一问题，IBM、英特尔、Linux基金会以及自由软件基金会发起了名为“Open Invention Network（OIN）”的组织，组建专利池，凡是加入OIN组织的机构都需要签署相应协议放弃对相关专利的主张，共同抵御外部的专利诉讼。
“如果未来RISC-V也能形成这样的模式，对于外设IP专利上的障碍可能会逐扫清。但毕竟基础软件和半导体两个行业不同，半导体行业的专利布局和获利的历史更久一些，形成的障碍、壁垒会更多一些，可能比软件的难度要大很多。”武延军说道。
写在最后
RISC-V于2010年诞生，发展至今，野心初露。
回过头看，无论是Windows+Intel，还是Android +Arm，以及那些早已凋零的MIPS、PowerPC等芯片架构，决定竞争终局的或许从来不是技术本身，而是丰富的上层应用、高效的软硬协同以及爆发的市场需求。
总结起来就是两个字：生态。
对于RISC-V未来的生态发展趋势，无论是IoT市场的规模化应用，还是高性能领域的未来潜力，RISC-V这个新兴架构正吸引着全球众多参与者躬身其中。当前，国内外各大科技公司正在大力布局RISC-V架构，通过这款开源、精简的架构平台，设计出所需的芯片产品，或者通过RISC-V延伸出其它的生态系统。不管是软件还是硬件，RISC-V的适配能力正逐步扩大。
展望未来，RISC-V与Arm和X86将会在竞争过程中逐渐找到自己的定位，不断融合、互相借鉴、长期共存，形成“三分天下”的局面，在各自擅长的领域发挥优势。
今天是《半导体行业观察》为您分享的第3268期内容，欢迎关注。
推荐阅读
半导体行业观察
『半导体第一垂直媒体』
实时 专业 原创 深度
识别二维码，回复下方关键词，阅读更多
晶圆｜集成电路｜设备｜汽车芯片｜存储｜台积电｜AI｜封装
回复 投稿，看《如何成为“半导体行业观察”的一员 》
回复 搜索，还能轻松找到其他你感兴趣的文章！