半导体行业观察 09-11
RISC-V:搅动AI时代“一池春水”
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最近一段时间以来,RISC-V 热度持续攀升。英特尔高级 CPU 架构师离职后创立了一家 RISC-V 初创公司 AheadComputing;意法半导体入股欧洲 RISC-V 初创芯片公司 Quintauris GmbH,该公司由高通、恩智浦、博世、英飞凌,以及 Nordic 等六大半导体巨头联合成立;传奇 CPU 设计师 Jim Keller 也看好 RISC-V,所创办的 Tenstorrent 初创企业最近在 Hot chips 上揭晓了第二代 RISC-V 芯片 Blackhole,他们声称该加速器在原始计算和可扩展性方面可以胜过 Nvidia A100 ……行业巨头纷纷布局 RISC-V,充分说明了 RISC-V 在未来计算架构中的重要地位。

AI 浪潮席卷全球,推动着计算架构的不断演进。从上世纪 80 年代的 X86 到本世纪初的 ARM,再到如今的 RISC-V,每一次架构的变革都反映了时代的需求。根据 SHD Group 的调研报告,2023 年全球 RISC-V 芯片出货量达到 13 亿颗,预计 2030 年出货量将达到 162 亿颗,年均复合增长率为 44%。RISC-V 用了约 10 年时间就走完了传统架构 30 年的发展历程,在多个领域展现出强大的竞争力。

RISC-V:

AI 时代数字基础设施的 " 芯 " 基石

基础设施是文明的基石,AI 时代亦是如此。自 2016 年 AlphaGo 战胜人类棋手以来,人类正式步入第四次产业革命,迎来了人工智能时代。现在,行业正在从狭义人工智能(ANI)向通用人工智能(AGI)的过渡。

随着 AI 技术的进步,生成式人工智能正引发颠覆性创新,形成了重构计算生态的良机。大模型的兴起和应用对算力的需求呈几何级增长,这给 AI 数字基础设施带来了能耗高、创新活力不够、系统实现代价大这三大挑战。一个直观的事实,训练 GPT-3 消耗的水量达 185000 加仑,相当于装满一个核反应堆的冷却塔。

行业迫切需要新的计算架构来解决这些挑战,奕斯伟董事长王东升在 9 月 10 日的《RISC-V 数字基础设施:绿色 开放 融合》主题演讲中分享了自己的真知灼见," 绿色、开放、融合是我们解决这些问题,创造新的市场机会,形成新的产业创新体系的方向。RISC-V,为 AI 时代而生,是最符合绿色、开放、融合之要求的计算架构。"

奕斯伟董事长王东升

RISC-V 计算架构,由于其简洁、开放、灵活、低功耗、模块化及可扩展性等特点,可以通过指令扩展和定制等方式实现面向 AI 计算的专有实现,成为可融合 CPU、GPU、NPU、DPU 等多种计算单元的统一计算底座。同时,它开源开放、竞争充分、演进迅速,对开发者有巨大的吸引力,将吸引全球性的开发者形成社区力量。

此外,新的 AI 助手将使 APP 数量大幅度减小,生态建设的难度也会相应降低。因此,不仅 RISC-V 会成为 AI 的原生架构,AI 赋能的新终端、新设备,也将成为 RISC-V 的 " 杀手级应用 "。RISC-V+AI,是趋势也是必然。

2023 年,奕斯伟董事长王东升提出的 "RISC-V 数字基础设施(RDI)" 概念,为 RISC-V 产业发展指明了方向。RDI 指所有采用 RISC-V 架构的数字基础设施,包括芯片、设备、软件、系统,以及由此形成的 " 新算力、新网络、新数据、新设施、新终端 " 等。

在 AI 新时代下,RDI 的意义非凡。它将 RISC-V 这一相对抽象的概念具体化为数字基础设施;将离散的、不成规模、不成体系的 RISC-V 产品,整合成一个完整的系统;同时 RDI 也阐明了 RISC-V 在数字中国、数字经济建设中所承担的责任。这对提升 RISC-V 的影响力和推动其发展具有重要意义。

北大讲席教授谢涛讲到,RISC-V AI 芯片主要有两种模式:Integrated 模式(紧耦合)适合低功耗领域(RISC-V+ AI),以 CPU 主干为骨架,集成在 CPU 内部,共享 PC 寄存器等流水线单元,只是在执行单元部分增加了矩阵或向量单元;二、Attached 模式(松耦合),适合大算力领域(AI + RISC-V),外挂在 CPU 上的,会有自己独立的流水线,寄存器堆、缓存等。它是 " 协处理器 ",可以接收来自一个或多个 CPU 的指令;异步地执行不同 CPU 提交过来的任务。

王东升认为,RISC-V 必将成为 AI 时代的原生计算架构。

标准日趋完善,

RDI 开启 RISC-V 新篇章

RISC-V 能够如此迅速发展,并在 AI 时代占据重要一席,离不开标准的大力支持。

截至 2023 年底,RISC-V 国际基金会会员超过 4000 名。2023 年会员增长 28%。RISC-V 国际基金会吸引了 Intel、Google、Meta、高通、英伟达、三星、IBM 等众多巨头的加入。RISC-V 国际基金会组建了将近 80 个技术小组,2023 年批准了 16 项标准。

与此同时,2023 年 5 月 31 日,RISC-V 软件生态系统 ( RISE ) 项目成立,其目的是加速 RISC-V 开源软件的开发。RISE 管理委员会包括 Andes、Google、英特尔、Imagination Technologies、联发科、NVIDIA、Qualcomm Technologies、Red Hat、Rivos、三星、SiFive、T-Head 和 Ventana。国内的开源芯片研究院、奕斯伟计算、中科院软件研究所、进迭时空等是会员成员。

基于 RISC-V 构建 AI 算力已成全球共识。2024 年 4 月 11 日:RISC-V 国际基金会理事会在基金会社区官宣:2024 年 RISC-V 国际基金会顶级关键战略优先级为:人工智能 / 机器学习,安全,车载。

随着 RISC-V 生态的迅速发展,各国政府相继出台政策支持 RISC-V 发展。在这其中,中国市场是 RISC-V 生态发展的重要力量。

具体表现在:1)中国企业广泛参与了 RV 标准的建设,基金会当前董事会投票权的 25 家高级会员中有 12 家是中国企业;2)国家鼓励企事业单位、科研院所、社会团体等积极参与 RISC-V 的技术研究、标准研制、生态构建、应用落地等工作,积极推动 RISC-V 技术和产业的发展;3)国内 RISC-V 应用场景呈现多样化发展,发展出了 IP 核、芯片、软件、应用、支撑与学研等多产业链的生态;4)中国市场规模全球领先,根据 RISC-V 数据,在过去几年里,全球 RISC-V 架构芯片的出货量中国占 50% 以上的份额。

在这样的背景下,RISC-V 市场蓬勃发展。根据 SHD Group 的调研报告 , 在营收方面:2023 年 RISC-V SoC 市场总收入达到 61 亿美金,比 2022 年增长 276.8%,预计到 2030 年增长到 927 亿美金,复合年增长率为 47.4%。从出货量来看:2023 年 RISC-V SoC 市场年度出货量达到 13 亿个,比 2022 年增长 134.5%,预计到 2030 年将增长到 162 亿个,复合年增长率为 44%。总体而言,RDI 产业规模建更大,将带来万亿美元级的市场机会。

发布多款 RISC-V 新品,

RISC-V 龙头企业引领产业化落地

在奕斯伟计算 2024 DPC 大会上,围绕 " 智能终端、智能汽车与智能计算 " 三大场景,奕斯伟一口气发布了多款 RISC-V 芯片产品与方案。截止 2024 年中,奕斯伟已开发 RISC-V 芯片产品 40 多款,展现了国产芯片的创新实力。

首先在智能终端领域,奕斯伟计算布局了主控、显示、交互、连接等多种领域专用计算技术,推出多款全球首发的产品,如64 位符合 RVA23 规范的 RISC-V 多媒体 SoC、RISC-V 电竞显示器主控芯片、RISC-V 5G 小基站射频收发芯片等。

智能汽车领域,奕斯伟计算与合作伙伴提供汽车和车路云一体化两部分解决方案。会上,发布了RISC-V+AI 车控 MCU EAM2011、RISC-V 车路协同 C-V2X SoC ECM9300、RISC-V 车载图像处理芯片 EAI8800、超低延迟电子后视镜解决方案、柔性 OLED 智能交互解决方案。

智能计算领域,奕斯伟发布64 位 RISC-V Dual-Die AI SoC、高性能 RISC-V 开发板、边缘智能计算站、1U 微服务器、AI 加速卡 / 视频卡转码卡。

同时,奕斯伟计算发布了正在研发中的开放的自研 IO HUB 异构芯粒互联平台,支持灵活搭配 GPU、DPU、NPU、xPU 等各类计算芯粒,实现通用算力、网络能力及其他多元算力的扩展和多场景多元化应用。

在奕斯伟看来,垂直行业场景是 RDI 落地的首先突破口。相较于 PC、手机等生态高度成熟的领域,垂直行业场景的软件数量可控,生态要求相对不高;行业主导型强,适合统一部署、统一推动;同时,垂直行业的数字化转型需求旺盛,创新热情高,因此特别适合 RDI 新型数字基础设施落地。

通过在智能终端、智能汽车与智能计算这些领域率先布局,奕斯伟有望推动 RISC-V 生态的繁荣,加速国产芯片产业的发展。

RISAA 平台,

助力 RISC-V 产业化落地

"RISC-V 发展到现在,已经到了一个承上启下的关键时期。是时候在 IoT 领域取得成绩的基础上,开始谋划 RISC-V 进入强生态领域的策略和路径了。下一阶段,RDI 即将进入强生态场景,这将是生态需求高、用户感知度高、影响力强的新场景。" 奕斯伟计算高级副总裁、首席技术官何宁在会上表示。

奕斯伟计算高级副总裁、首席技术官何宁

但是软硬件生态不成熟,应用落地难度大仍然是当下 RDI 所面临的挑战。为了更好的支撑 RDI 落地,奕斯伟计算打造了RISAA(瑞赛)技术与生态平台,希望能够借此推动行业伙伴间的技术合作、产品统筹与生态共建。

RISAA,即 RISC-V+AI Architecture 的缩写。RISAA 平台,是一个在 AI 新时代背景下基于新一代计算架构的绿色计算平台。

RISAA 平台不只是一个技术支撑平台,更是促进产业落地的生态合作平台。RISAA 平台致力于解决的是企业在 RISC-V 产品开发和生态推广中面临的一些共性问题,如:RISC-V+AI 的技术底座尚未形成、技术路线尚未统一;内核资源不足、难以支撑众多的场景和应用需求;各个企业单打独斗,技术与产品资源复用难、无法形成合力;行业应用积累不足,产品竞争力不够;产品推出速度慢,产品丰富度无法满足市场需求等。生成式人工智能正重塑产业生态格局,新应用、新需求正快速涌现,生态链上下游企业必须形成合力,加快迭代技术、产品和软件生态,才能抓住 RISC-V 发展的黄金时期。

具体来说,RISAA 平台建设包括三大基础技术能力,以及五层级的产业生态共建模式。

三方面的技术能力首先是RISC-V+AI的技术底座能力,旨在构建一个兼容不同计算需求的共性计算底座;其次是DSC能力(Domain Specific Computing,领域专用能力),旨在提升 RISC-V 产品在各领域应用的竞争力,支撑行业场景落地;最后是开放的软硬件接口与平台,旨在为生态伙伴实现技术上的互联互通提供条件。

五层级的生态共建模式包括在IP、芯粒、芯片、板卡、系统设备五个层级的产品形态上,在每一个层级上与技术能力的建设结合起来,实现合作伙伴间互惠互利、互通有无、协同创新、共谋发展。

总结

AI 时代,RISC-V 数字基础设施生态的创新与发展已成为不可阻挡的趋势。不同于 X86 和 ARM 的 " 强生态、全兼容 ",也有别于一些 " 全自主、生态弱 " 的指令集架构,RISC-V 走的是 " 全开放 " 的发展路径,全世界一起来共建 RISC-V 生态,谁也不控制谁,谁也卡不了谁。这在 AI 时代下,是很关键的竞争力所在。面对国际形势的复杂多变,RISC-V 为我国建设自主创新的芯片产业链带来了新的机遇,同时这也是国产厂商的共同机会。

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