ARM遭遇大廠“背刺”，不是ARM不香而是開源的RISC-V更有性價比
這不是谷歌第一次「砍 ARM 一刀」。差不多 1 年前，谷歌在 RISC-V 峰會上正式宣布 Android 將會逐步支持 RISC-V 指令集架構(gòu)，并把 RISC-V 視為與 arm 架構(gòu)同等重要的一級平臺。
谷歌的意圖并不難猜，就是要扶持 RISC-V，其中一個重要原因也是為了避免被 ARM 卡住 Android 生態(tài)「脖子」的未來。
同樣這么想的還有高通。這兩年高通與 ARM 的關(guān)系就一直很緊張，從最大的合作伙伴到法院互掐，從自研 CPU 核心到商業(yè)模式上的直接競爭，高通幾乎擺明了自己對 ARM 的不滿。
就在上月，高通聯(lián)手谷歌宣布，即將推出支持 Wear OS 系統(tǒng)（基于 Android）的 RISC-V 芯片。稍早些時候，高通還與恩智浦、博世、英飛凌和 Nordic 五家公司聯(lián)合成立了一家 RISC-V 芯片公司。
距離 Android 手機(jī)用上 RISC-V 芯片，又進(jìn)了一大步
Android 是一個開源操作系統(tǒng)，但很多人并不知道，作為 Android 手機(jī)底層芯片架構(gòu)的 arm 一直是閉源的，與之相對的 RISC-V 則是一個完全開源的指令集架構(gòu)。
RISC-V 是一個指令集架構(gòu)，就像智能手機(jī)芯片普遍采用的 Arm 架構(gòu)，或是 PC 上常用的 x86 架構(gòu)。具體來說，RISC-V 與 arm 更接近一些，兩者都是基于精簡指令集（RISC）原則的指令集架構(gòu)。
去年 11 月，谷歌宣布 Android 系統(tǒng)正在接受 RISC-V 的補(bǔ)丁，Android 工程總監(jiān) Lars Bergstrom 干脆表示要把 RISC-V 當(dāng)成 Android 的一級平臺。甚至，他還在 RISC-V 峰會公布了一份較為詳細(xì)的架構(gòu)遷移路線圖。
這只是谷歌的一小步，但卻是整個 RISC-V 生態(tài)的一大步，因為它意味著 RISC-V 開始進(jìn)入 arm 生態(tài)最為核心的智能手機(jī)。
最新的進(jìn)展是，谷歌已經(jīng)在 Android 上實現(xiàn)了對 RISC-V 較為完善的支持，基本實現(xiàn)了 AOSP（Android Open Source Project）的全部功能，開發(fā)者可以著手基于 RISC-V 架構(gòu)的軟件適配和開發(fā)。
而谷歌推動 Android 系統(tǒng)從 arm 遷移到 RISC-V 架構(gòu)的下一個重點，也正是軟件生態(tài)。
谷歌提到，Android 系統(tǒng)雖然已經(jīng)支持在 RISC-V 芯片上構(gòu)建、測試和運(yùn)行，但尚未完全優(yōu)化，比如 Android Runtime（ART）的優(yōu)化工作在持續(xù)進(jìn)行，還有外部項目和編譯器等，都還需要進(jìn)一步地優(yōu)化。然而，谷歌認(rèn)為 Android 系統(tǒng)已經(jīng)做好了基本的準(zhǔn)備。
問題是僅僅移植 Android 系統(tǒng)是不夠的，谷歌正在尋求來自 Android 社區(qū)和 RISE（RISC-V 軟件生態(tài)系統(tǒng)）的合作。前者意味著谷歌已經(jīng)開始推動 Android 社區(qū)的軟件開發(fā)者嘗試和適配 RISC-V，后者是一個旨在推動 RISC-V 軟件生態(tài)加速發(fā)展的聯(lián)合項目，成員包括了谷歌、英特爾、高通、英偉達(dá)、紅帽、三星和 SiFive 等一系列重要科技公司。
大概也是出于 RISC-V 軟件生態(tài)的考量，所以我們將看到，高通和谷歌聯(lián)手推倒 arm 的第一款 RISC-V 驍龍芯片將搭載在運(yùn)行 Wear OS 的智能手表上，好處是對于應(yīng)用生態(tài)的要求不高，再不行還有谷歌系應(yīng)用的支持。
創(chuàng)建一條新賽道來打破壟斷
過去半個世紀(jì)，曾經(jīng)出現(xiàn)過X86、ARM、MIPS、ALPHA、SPARC、IA64等數(shù)十種指令集，但都屬于公司私有。這些私有指令集大部分已經(jīng)隨著公司蕭條或倒閉而消失，如今全世界僅剩下X86和ARM兩種主流指令集，分別被Intel和ARM兩家公司高度壟斷。
當(dāng)一個產(chǎn)業(yè)發(fā)展到高度壟斷階段后，市場上必然會產(chǎn)生打破壟斷的強(qiáng)烈訴求，這是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律。那么，用什么方式來打破壟斷？一種是沿用壟斷巨頭的發(fā)展路徑，但通過創(chuàng)造一些新優(yōu)勢來打破壟斷。還有一種有效的方式就是創(chuàng)建一條新賽道，通過發(fā)展新技術(shù)、創(chuàng)新商業(yè)模式來形成一個新興市場，逐漸淘汰舊市場，從而打破壟斷。新能源汽車是一個典型的例子，在過去一百多年的燃油車時代，中國汽車工業(yè)努力了半個多世紀(jì)，也始終無法打破傳統(tǒng)汽車巨頭的壟斷格局。但在新能源汽車這個新賽道上，中國汽車工業(yè)僅用十幾年時間便實現(xiàn)了“換道超車”，步入世界領(lǐng)先行列。
RISC-V及其掀起的開源芯片浪潮，便是處理器芯片領(lǐng)域的新賽道。很多人從指令集自身角度來看RISC-V，指出它不完備、碎片化等問題，但忽視了RISC-V所蘊(yùn)藏的真正威力——作為開放標(biāo)準(zhǔn)，它將推動一個基于開源的芯片技術(shù)新體系的構(gòu)建，進(jìn)而創(chuàng)造出一個開源芯片新世界。就如今天的軟件產(chǎn)業(yè)已經(jīng)是兩個世界，一個閉源軟件世界，一個開源軟件世界。根據(jù)Black Duck針對17個行業(yè)1700多個軟件的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，96%的商業(yè)軟件中包含開源代碼，而且開源代碼的比例達(dá)到76%。未來的芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)，也將會變成閉源和開源兩個世界。RISC-V用“指令集應(yīng)該免費(fèi)”這個理念，打開了開源芯片新世界的大門，從此這個新世界將進(jìn)入不可逆轉(zhuǎn)的、快速發(fā)展的進(jìn)程。開源芯片新世界的誕生并不是要所有芯片設(shè)計都完全開源，而是未來會有越來越多的商業(yè)芯片中包含開源IP，開源IP的比例會不斷提高。通過這種方式來降低整個芯片設(shè)計產(chǎn)業(yè)的成本，提升企業(yè)的競爭力。
在這個進(jìn)程中，RISC-V只是一種催化劑，它自身的演進(jìn)固然重要，但已經(jīng)不是決定性了。如果未來RISC-V的演進(jìn)跟不上這個新世界的發(fā)展速度，它也必須做出改變和調(diào)整，否則就會被另一種更適應(yīng)新世界的開放指令集所淘汰或替代。事實上，RISC-V自身就在不斷演進(jìn)。例如，幾年前很多人認(rèn)為RISC-V指令集不完備，只能用于嵌入式場景，但很快RISC-V國際基金會便形成了近80個工作組開展各種指令擴(kuò)展工作。如今，RISC-V的向量擴(kuò)展指令已經(jīng)發(fā)布，而各種安全擴(kuò)展指令、加密指令、AI加速指令等等都在推進(jìn)中。
又如，有人批評RISC-V會導(dǎo)致碎片化，但事實上根據(jù)千變?nèi)f化的場景需要允許用戶自定義擴(kuò)展指令，這正是解決場景需求碎片化的有效方式。這些擴(kuò)展指令只要沒有反饋到RISC-V國際基金會，那就不會影響到主流軟件生態(tài)。RISC-V真正的碎片化難題是近80種擴(kuò)展指令模塊的組合數(shù)量非常多，導(dǎo)致編譯器、操作系統(tǒng)等系統(tǒng)軟件無法應(yīng)對這種爆炸式組合數(shù)量。對于這一點，RISC-V國際基金會已經(jīng)提出了配置（Profile）機(jī)制，每個配置是約定好的指令集模塊組合，這樣便大大減少了基礎(chǔ)軟件適配工作。
這些都表明RISC-V自身正在快速演進(jìn)。
大國競爭新焦點
加速 RISC-V 的第一股重要推力是近年逐漸激烈的中美科技競爭，重要節(jié)點是 2022 年 10 月美國政府出臺的芯片出口限制。
當(dāng)時市場關(guān)注的焦點是，英偉達(dá)用于數(shù)據(jù)中心 AI 計算的高端 GPU A100 和 H100 即將斷供，實際該限制也波及高端服務(wù)器 CPU。而要滿足快速爆發(fā)的 AI 算力需求，不僅需要 GPU，也離不開 CPU，后者是服務(wù)器中的任務(wù)調(diào)度中樞。用于前沿科技研究的超級計算機(jī)也需要服務(wù)器 CPU。
英特爾自然受影響，英國公司 Arm 也未能幸免。美國政府的新限制是根據(jù)算力、帶寬等指標(biāo)劃線，超過限度的產(chǎn)品都會受影響，對美國外的 40 多個國家也提出了許可證要求。《金融時報》去年 12 月報道，當(dāng)時 Arm 已暫停向中國大陸公司授權(quán)服務(wù)器 CPU Neoverse 架構(gòu)，今年 2 月起，中國大陸公司需申請許可才能購買 Neoverse 授權(quán)。
新限制下，RISC-V 成了僅剩的最好選擇：它既不受單一國家和商業(yè)公司控制，又與全世界芯片產(chǎn)業(yè)同軌，避免閉門造車的風(fēng)險。
所以 2020 年，特別是 2022 年之后，中國 RISC-V 行業(yè)的趨勢是：提前挑戰(zhàn)更高端、算力更高的市場，尤其是服務(wù)器 CPU。
阿里平頭哥已推出三個系列八款 RISC-V CPU 核，其中玄鐵 C910 也可用于開發(fā) AI 等高性能場景的服務(wù)器 CPU。
據(jù)了解，另一家 2020 年起開始探索自研芯片的互聯(lián)網(wǎng)大公司今年調(diào)整了研發(fā)方式，從采購 ARM CPU IP 核，在此基礎(chǔ)上開發(fā)，轉(zhuǎn)為直接在 RISC-V 代碼上自己開發(fā)服務(wù)器 CPU IP 核和總線（CPU 與內(nèi)存或其他器件間的數(shù)據(jù)傳送通道），形成更完整的產(chǎn)品。
一些之前成立的創(chuàng)業(yè)公司開始增加服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品線，如賽昉科技在 2021 年底發(fā)布了高性能 RISC-V IP “昉·天樞”，目標(biāo)場景包括服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心；算能科技自 2022 年起開始研發(fā) RISC-V AI 服務(wù)器 CPU，第一款產(chǎn)品使用了平頭哥的 IP 玄鐵 C910。
新成立的公司則直接挑戰(zhàn)服務(wù)器 CPU 方向。2021 年底，平頭哥玄鐵系列主要研發(fā)和應(yīng)用負(fù)責(zé)人陳志堅與全志科技 RISC-V 負(fù)責(zé)人孫彥邦聯(lián)合創(chuàng)立進(jìn)迭時空，第一代產(chǎn)品是嵌入式 CPU，現(xiàn)在已在研發(fā)服務(wù)器 CPU。成立于今年 5 月的藍(lán)芯算力，也以 RISC-V 服務(wù)器 CPU 為方向，該公司由字節(jié)跳動前 RISC-V 服務(wù)器芯片項目負(fù)責(zé)人盧山創(chuàng)立，他曾任職于高通與英特爾，也是中國開放指令（RISC-V）聯(lián)盟咨詢委員會專家。
中國創(chuàng)業(yè)公司中，算能開發(fā)服務(wù)器 CPU 的進(jìn)度最快，首款服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品 SOPHON SG2042 已于今年 3 月發(fā)布，采用平頭哥玄鐵 C910 內(nèi)核，已獲得第一批客戶，包括運(yùn)營商和高校等，如山東大學(xué)已采購了 1024 片算能 CPU 用于仿真計算。
中國芯片公司之間，芯片公司和有自研意愿的云廠商與科技巨頭之間，都存在競爭。不過整體上，現(xiàn)在諸多投入 RISC-V 的公司總體是合作大于競爭，它們的共同對手是 ARM 和 x86，尤其是 x86。直到去年，x86 在服務(wù)器 CPU 市場仍占九成。
這些公司有共同的有利環(huán)境。客戶采購意愿正在變強(qiáng)，央國企需求被拉動，云計算公司也會從供應(yīng)鏈安全角度更多考慮國產(chǎn)方案。一家研發(fā) RISC-V 服務(wù)器存儲及互聯(lián)芯片的公司告訴《晚點 Latepost》，“以前客戶來找你，問的是價格和使用場景，今年客戶會直接問，你們有 RISC-V 芯片嗎？”
生態(tài)壁壘在各方合力下正逐漸消融。中科院計算所一名工程師告訴《晚點 LatePost》，2018 年初，他們?yōu)?RISC-V 芯片開發(fā)編譯器時，能用的工具鏈和配套軟件幾乎為零，不得不自己從頭開發(fā)軟件工具，到 2023 年下半年，RISC-V 編譯器、調(diào)試器等各個環(huán)節(jié)工具鏈已相對齊備，開發(fā)者可以更快上手；一批產(chǎn)業(yè)鏈公司也陸續(xù)成立，如提供 IDE（集成開發(fā)環(huán)境） 的卡姆派樂和提供編輯器的兆松科技等。
中國高校和科研機(jī)構(gòu)正投入見效更慢的人才培養(yǎng)。中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟秘書長、中科院計算所研究員包云崗在 2019 年推動成立 “一生一芯” 計劃，將芯片開發(fā)引入本科教育。2020 年 6 月，“一生一芯” 計劃的首批 5 名本科生完成了從設(shè)計到流片、生產(chǎn)的全過程，帶著自己設(shè)計的芯片畢業(yè)。去年，“一生一芯” 第三期計劃報名人數(shù)超過了 700 人。
RISC-V 基金會樂見中國力量參與。為打消中國、俄羅斯成員對地緣政治潛在影響的擔(dān)憂。2019 年，RISC-V 基金會注冊地從美國轉(zhuǎn)移到了中立國瑞士。“基金董事會一致同意這一舉措。”RISC-V 基金會 CEO 卡利斯塔·雷德蒙德（Calista Redmond）說。
帕特森和阿薩諾維奇近年也不時來到中國與行業(yè)交流。一位與他們接觸過的芯片從業(yè)者評價：“只要 RISC-V 生態(tài)能起來，他們不在乎是誰做成這件事。”
扎堆的另一面是，不少從業(yè)者深知 RISC-V 服務(wù)器 CPU 的大規(guī)模商業(yè)化不會馬上到來。
高端芯片研發(fā)需要大投入，要有足夠市場規(guī)模才能形成 “收入→利潤→研發(fā)” 的正循環(huán)。已發(fā)布服務(wù)器 CPU 產(chǎn)品并獲得早期客戶的某公司認(rèn)為，2025 年可能是一個轉(zhuǎn)折點，預(yù)計屆時采用 RISC-V CPU 的服務(wù)器能占到服務(wù)器市場總額的 1% ，對應(yīng) 80 億的服務(wù)器市場規(guī)模。
一名互聯(lián)網(wǎng)大公司工程師站在客戶角度的觀察是，RISC-V 服務(wù)器 CPU 的穩(wěn)定性還需驗證：“100 萬個 CPU 運(yùn)行沒出問題，不能保證到 1000 萬個時也不出問題。” 科技大公司在大批采購數(shù)據(jù)中心芯片時，更傾向保守方案。
一位 RISC-V 公司 CEO 類比了 ARM 進(jìn)軍服務(wù)器市場的歷程：2013 年后，就有高通等公司嘗試這條路，但未能突破；真正的轉(zhuǎn)折點是云計算巨頭亞馬遜 AWS 在 2019 年發(fā)布并開始使用自研的 ARM 服務(wù)器 CPU Graviton；類似地，RISC-V 進(jìn)入服務(wù)器市場也需要重點大客戶支持，但他認(rèn)為這不能靠強(qiáng)制國企采購的方式實現(xiàn)，而要鼓勵市場化競爭。
