從DeepSeek創(chuàng)新看RISC-V“新貴”崛起
關(guān)鍵詞： RISC-V AI推理 DeepSeek 架構(gòu)優(yōu)勢 標(biāo)桿產(chǎn)品
RISC-V架構(gòu)所具備的靈活性優(yōu)勢若能得到充分發(fā)揮，極有希望成為AI推理算力的理想搭檔。未來，“RISC-V+AI將有望成為新組合，如同x86+Windows、Arm+安卓的經(jīng)典組合”。
作為“生而開源”的芯片指令集架構(gòu)，RISC-V在過去15年里發(fā)展勢頭強(qiáng)勁，從嵌入式系統(tǒng)加速挺進(jìn)高性能等復(fù)雜場景，并為AI算力提供新選擇。在RISC-V國際基金會(huì)2024年批準(zhǔn)的25項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)中，超過一半與高性能或AI相關(guān)。RISC-V國際基金會(huì)董事會(huì)主席Lu Dai表示，RISC-V指令集最激動(dòng)人心的進(jìn)展之一是Matrix擴(kuò)展，將推動(dòng)RISC-V成為AI領(lǐng)域令人敬畏的力量。
根據(jù)達(dá)摩院玄鐵團(tuán)隊(duì)分享的數(shù)據(jù)，2024年RISC-V國際基金會(huì)會(huì)員數(shù)超過4600，覆蓋70+國家和地區(qū)。產(chǎn)業(yè)應(yīng)用正在向高性能和并行計(jì)算加速發(fā)展，高性能和AI占比56%。預(yù)計(jì)到2031年，RISC-V在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域占比將達(dá)到33%，消費(fèi)領(lǐng)域?qū)⑦_(dá)到39%，自動(dòng)駕駛領(lǐng)域達(dá)到31%，數(shù)據(jù)中心達(dá)到28%，工業(yè)達(dá)到27%，網(wǎng)絡(luò)達(dá)到26%。同時(shí)，RISC-V高性能和AI基礎(chǔ)軟件生態(tài)日趨完善，國內(nèi)外主流操作系統(tǒng)支持RISC-V架構(gòu)，主流AI框架和模型支持RISC-V架構(gòu)。
“RISC-V從發(fā)布至今只有短短的15年，它在全球芯片產(chǎn)業(yè)鏈中的地位正不斷提升。”中國工程院院士倪光南指出，RISC-V的發(fā)展需要持續(xù)研發(fā)投入、高水平IP設(shè)計(jì)和全球化生態(tài)共建。而要真正進(jìn)入數(shù)據(jù)中心和高性能計(jì)算市場，RISC-V必須要在SPECint 2006基準(zhǔn)測試中跑出超過15分的高性能標(biāo)準(zhǔn)。
DeepSeek帶來的變革與契機(jī)
隨著DeepSeek等大模型的興起，AI領(lǐng)域正經(jīng)歷著前所未有的變革，這也為RISC-V架構(gòu)帶來了新的發(fā)展契機(jī)。在北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗看來，AI推理的算力需求正呈現(xiàn)出兩個(gè)顯著特征：
與CPU緊密協(xié)作。AI推理將會(huì)成為未來各種業(yè)務(wù)中不可或缺的環(huán)節(jié)，但業(yè)務(wù)主程序仍運(yùn)行在CPU上——通過API調(diào)用將AI推理請求卸載到AI加速器，得到推理結(jié)果后再由CPU返回給用戶
呈現(xiàn)多樣化需求。不同場景產(chǎn)生不同的算力需求，相應(yīng)的資源約束也不同。比如云端推理算力要考慮滿血版大模型的高效部署，端側(cè)應(yīng)用場景則往往會(huì)部署不同容量的裁剪版。
基于此，包云崗認(rèn)為“RISC-V+AI迎來發(fā)展新契機(jī)”。也就是說，AI加速器在設(shè)計(jì)時(shí)需要充分考量與CPU的協(xié)同工作，并且要依據(jù)不同的需求實(shí)現(xiàn)高效定制。RISC-V架構(gòu)所具備的靈活性優(yōu)勢若能得到充分發(fā)揮，極有希望成為AI推理算力的理想搭檔。
他大膽預(yù)測，“RISC-V+AI將成為未來新組合，就如同x86+Windows、ARM+安卓的經(jīng)典組合那樣”。市場分析機(jī)構(gòu)Omdia的預(yù)測也從側(cè)面印證了這一趨勢，預(yù)計(jì)到2030 年，基于RISC-V的AI處理器出貨量將超過5億顆。
“RISC-V在發(fā)展過程中，不應(yīng)一味地將目光聚焦于對Arm的替代，而是要充分發(fā)揮自身靈活、可定制的獨(dú)特優(yōu)勢，以此形成強(qiáng)大的產(chǎn)業(yè)競爭力。”包云崗強(qiáng)調(diào)說。
阿里達(dá)摩院首席科學(xué)家、知合計(jì)算CEO孟建熠也表達(dá)了相同的看法。他認(rèn)為DeepSeek的出現(xiàn)打破了算力、內(nèi)存、互聯(lián)原有的平衡，通過一系列創(chuàng)新技術(shù)，新算力架構(gòu)也有機(jī)會(huì)與傳統(tǒng)經(jīng)典架構(gòu)站在同一起跑線，讓開源大模型單機(jī)部署成為可能，有力推動(dòng)實(shí)際應(yīng)用的落地。
但DeepSeek的誕生，也引發(fā)了業(yè)界三個(gè)主要觀點(diǎn)的爭論：
開源還是閉源架構(gòu)：DeepSeek證明了開源模式在當(dāng)下也能取得顯著成果，為行業(yè)發(fā)展提供了新的思路和方向。
用DENSE模型還是用MoE(混合專家模型)模型：DENSE模型是全能型選手，而MOE模型在專屬領(lǐng)域表現(xiàn)出色，兩種模型都有各自的優(yōu)勢和發(fā)展前景。
內(nèi)存容量成為AI大模型在算力以外的另一個(gè)指標(biāo)：這促使行業(yè)更加關(guān)注底層硬件能力的適配，注重算力資源的精細(xì)化匹配，改變了過去“大炮打蚊子”式的資源浪費(fèi)現(xiàn)象，強(qiáng)調(diào)從軟硬件深度融合的視角重構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，通過算法與硬件的聯(lián)合優(yōu)化提升整體效率，形成更高效的AI計(jì)算范式。
以RISC-V為基礎(chǔ)構(gòu)建處理芯片
按照孟建熠的說法，DeepSeek、Llama、Grok等開源大模型的涌現(xiàn)，并非只是RISC-V的機(jī)會(huì)，而是包括GPGPU、x86、DSA、ASIC等所有架構(gòu)的機(jī)遇。但RISC-V 架構(gòu)憑借其獨(dú)特優(yōu)勢，在實(shí)現(xiàn)AI原生方面具有顯著潛力，“RISC-V+AI”很可能成為現(xiàn)階段架構(gòu)創(chuàng)新的理想答案。
開放性和可擴(kuò)展性顯然是RISC-V在AI領(lǐng)域具備的首要優(yōu)勢。與x86和Arm等架構(gòu)相比，RISC-V的ISA指令集架構(gòu)完全開放，無需支付任何授權(quán)費(fèi)用，任何參與者都能自由使用。其國際合作開發(fā)模式保障了全球范圍內(nèi)的兼容性，不同地區(qū)基于RISC-V 的芯片設(shè)計(jì)均可實(shí)現(xiàn)無縫對接。而且，RISC-V允許在芯片設(shè)計(jì)過程中添加定制指令以滿足特定需求，這使得RISC-V芯片既能與舊有軟件兼容，又能支持新功能的拓展。
其次，開源社區(qū)的開放協(xié)作，讓各類大模型在基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)上相互借鑒，形成技術(shù)方案趨同的行業(yè)現(xiàn)象，這不僅降低了重復(fù)研發(fā)成本，還推動(dòng)了針對硬件的針對性優(yōu)化。第三，DeepSeek將大模型蒸餾，使得更多模型能夠走向端側(cè)，而端側(cè)豐富的應(yīng)用場景將形成正向促進(jìn)，讓高性能AI應(yīng)用能夠在邊緣設(shè)備上順利運(yùn)行。
在AI領(lǐng)域，RISC-V的包容性很強(qiáng)，可以支持CPU/DSA的設(shè)計(jì)，也能用于GPU、多核產(chǎn)品或者近內(nèi)存計(jì)算的開發(fā)。隨著開源RISC-V 架構(gòu)的迅猛發(fā)展，重新自研架構(gòu)已意義不大，以RISC-V為基礎(chǔ)構(gòu)建處理芯片成為未來主流趨勢。孟建熠指出，當(dāng)下發(fā)展RISC-V意義重大，最終行業(yè)必然走向生態(tài)統(tǒng)一。
阿里巴巴達(dá)摩院資深技術(shù)專家李春強(qiáng)表示，DeepSeek通過MOE等技術(shù)，大幅降低了同等效果下對算力的需求，這給后續(xù)芯片在計(jì)算能力、存儲(chǔ)容量/帶寬、芯片互聯(lián)等方面的設(shè)計(jì)帶來了新的平衡點(diǎn)。
盡管前景廣闊，但RISC-V在AI領(lǐng)域的發(fā)展并非坦途，仍面臨著諸多挑戰(zhàn)。
包云崗坦言，RISC-V當(dāng)前在開發(fā)的軟硬件工具箱方面還不夠豐富，與成熟的x86和Arm架構(gòu)相比，存在著較大的差距。例如，在工具鏈、編譯器、調(diào)試工具以及庫等方面，RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)尚不完善，這在一定程度上限制了開發(fā)者的開發(fā)效率和應(yīng)用的拓展。同時(shí)，為了增強(qiáng)行業(yè)對RISC-V的信心，打造具有代表性的RISC-V標(biāo)桿產(chǎn)品案例成為當(dāng)務(wù)之急，這也是RISC-V生態(tài)能夠持續(xù)成長和壯大的關(guān)鍵所在。
打造標(biāo)桿產(chǎn)品是RISC-V發(fā)展的關(guān)鍵
雖然RISC-V本身與AI契合度高，但如何讓其在市場中廣泛應(yīng)用是業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。實(shí)際上，RISC-V在一些領(lǐng)域的生態(tài)已取得一定成果，從低功耗IoT場景到服務(wù)器場景，都有相關(guān)產(chǎn)品和生態(tài)出現(xiàn)，也誕生了一些標(biāo)桿產(chǎn)品。阿里云無影事業(yè)部總裁張獻(xiàn)濤預(yù)測，RISC-V架構(gòu)從低功耗IoT終端大規(guī)模應(yīng)用到數(shù)據(jù)中心，大概在5至8年內(nèi)就能實(shí)現(xiàn)。
不過，這只是RISC-V發(fā)展的第一步。未來，它需要從“小標(biāo)桿產(chǎn)品”邁向“大標(biāo)桿產(chǎn)品”，這才是奠定RISC-V未來生態(tài)發(fā)展的關(guān)鍵一步。
以玄鐵的探索歷程為例，2019年7月，玄鐵發(fā)布業(yè)界最高性能RISC-V處理器C910，是全球首個(gè)運(yùn)行頻率超過2GHz、SPECINT2K6達(dá)到7分/GHz的RISC-V處理器。2021年10月，玄鐵C910成功兼容安卓系統(tǒng)，可運(yùn)行Chrome瀏覽器等應(yīng)用，這是芯片行業(yè)首次實(shí)現(xiàn)RISC-V架構(gòu)對安卓的支持，意味著RISC-V架構(gòu)有望打破場景壁壘，成為高性能芯片設(shè)計(jì)的新選擇。
國際RISC-V企業(yè)也在積極行動(dòng)。例如Tenstorrent 采用獨(dú)特的硬件和軟件緊密結(jié)合的方法，其硬件專門用于AI任務(wù)，而軟件并不復(fù)雜，整個(gè)軟件堆棧只有大約50000 行代碼。VENTANA公司最新的CPU產(chǎn)品VEYRON V2，性能也超過了Arm Neoverse V2.
“RISC-V要真正在產(chǎn)業(yè)中脫穎而出，需實(shí)現(xiàn)更高的性價(jià)比。例如，如何用二十分之一的成本達(dá)到主流AI 芯片的效果，是RISC-V廠商需要思考的問題。”孟建熠進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)說，考慮到碎片化是當(dāng)前RISC-V生態(tài)的現(xiàn)狀，因此標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)將是RISC-V下一階段發(fā)展的重要工作之一。
目前，國際廠商在指令架構(gòu)方面的貢獻(xiàn)高于國內(nèi)廠商，國內(nèi)力量的參與度有待提高，且需要將國內(nèi)多個(gè)進(jìn)行指令集制定工作的組織聯(lián)合起來，統(tǒng)一到一個(gè)平臺開展工作。而在技術(shù)路線規(guī)劃上，應(yīng)以AI為目標(biāo)先進(jìn)行國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)制定的嘗試，CPU、GPGPU、TPU在擴(kuò)展上要形成一定梯度，避免指令集出現(xiàn)過多套不同標(biāo)準(zhǔn)。
