包云崗：RISC-V產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的觀察與思考

第五屆RISC-V中國峰會于2025年7月16至19日在上海張江科學(xué)會堂隆重舉辦，作為國內(nèi)在RISC-V非常活躍的學(xué)者，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所副所長，中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟秘書長，北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗教授現(xiàn)場分享了關(guān)于RISC-V產(chǎn)業(yè)應(yīng)用的觀察與思考。

    相比于其他嘉賓對RISC-V產(chǎn)業(yè)未來的憧憬，包教授希望跟大家一起來看看它面臨哪些現(xiàn)實(shí)的困難和挑戰(zhàn)，以及我們?nèi)绾稳ソ鉀Q這些問題。

       包云崗直言今天參與峰會的參與者都懷有對RISC-V發(fā)展共同的信念。他認(rèn)為用“信念”這個(gè)詞是因?yàn)榇蠹以谛睦锩姘l(fā)自內(nèi)心的相信它在未來是能夠創(chuàng)造一片新天地的。總體而言，RISC-V會在未來成為一個(gè)主流，這是理想。那么現(xiàn)實(shí)如何呢？現(xiàn)實(shí)是我們也跟很多企業(yè)交流，這些企業(yè)在跟我們交流過程當(dāng)中給了我們一些實(shí)際反饋。比如說有的企業(yè)去跟他的下游用戶去推廣的時(shí)候發(fā)現(xiàn)它的下游客戶不知道RISC-V是什么？還有的說我現(xiàn)在ARM用得好好的，為什么要換RISC-V？還有的企業(yè)說，你是給了我RISC-V芯片了，但是這些芯片的主打場景深是？還有客戶說客戶要用的軟件裝不上那我怎么推廣？還有企業(yè)說有沒有Tuer-Key方案，比ARM便宜多少？還有的客戶說在RISC-V芯片上移植和開發(fā)軟件都是新投入，軟件開發(fā)怎么賺錢？還有企業(yè)說市場懂ARM解決方案人一堆，但是懂RISC-V技術(shù)支持的人去那里找？所以有各種各樣的問題。但是我們從來不怕問題，接下來我們怎么去解決這些問題呢？

    總體而言這些問題分為四類。

    第一，現(xiàn)在缺產(chǎn)品與解決方案。市場上現(xiàn)在真正有競爭里的RISC-V的產(chǎn)品和解決方案還是太少，有一點(diǎn)雷聲大雨點(diǎn)小的感覺。比如說有沒有性能功能對標(biāo)RK3588的芯片，價(jià)格能便宜25%，似乎還沒有。

    第二，工具箱比較缺。RISC-V軟硬件工具箱還不夠豐富，要盡快達(dá)到多快好省的效果。比如說OpenEuler軟件包，X86和ARM的達(dá)到3萬多個(gè)，但是RISC-V不足3000個(gè)。

    第三，人才。從芯片設(shè)計(jì)、驗(yàn)證、解決方案、技術(shù)支持等各個(gè)層次人才不足。

    第四，標(biāo)桿案例，需要通過標(biāo)桿案例建立行業(yè)信心，比如說有沒有高端芯片應(yīng)用案例，在服務(wù)器芯片、AI芯片領(lǐng)域里似乎還沒有。

    那么怎么去解？包教授提出了個(gè)人對RISC-V的幾點(diǎn)認(rèn)識。

    第一，很多企業(yè)認(rèn)為RISC-V是原位替代ARM，如這么認(rèn)識RISC-V，就把RISC-V真正的優(yōu)勢給埋沒了，并沒有把它的開放性和可定制化的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

    第二，RISC-V的開放性使能開源實(shí)現(xiàn)和開源工具鏈，這些帶來的是結(jié)構(gòu)性的降低成本，從而可以催生新的商業(yè)模式，就像今天軟件領(lǐng)域里，開源軟件已經(jīng)成為常態(tài)，Linux+RedHat已經(jīng)是非常成功的解決方案。

    第三，RISC-V可定制化意味著我們能做軟硬件極致優(yōu)化，結(jié)合敏捷開發(fā)降低開發(fā)門檻，催生新模式。比如說我們今天全世界有900萬個(gè)APP，開發(fā)APP變成很容易的事情，未來在開發(fā)APP的基礎(chǔ)上，是不是增加兩三個(gè)人就能拿出一個(gè)軟硬件解決方案呢？這并不是不可能，RISC-V正給我們提供了這樣的機(jī)會。

    第四，AI帶給我們新的機(jī)遇。AI推理的算力需求新特征，RISC-V+AI將成為未來新組合。

    第五，我們要找到一種新的方式讓軟件開發(fā)者獲利。今天RISC-V生態(tài)當(dāng)中大家談得比較多的，真正能拿到錢的還是RISC-V芯片公司，有的IPO了，有的融到很多錢，但是軟件開發(fā)者并沒有從中獲利。

    接下來我圍繞其中一點(diǎn)看看我們的實(shí)踐——如何結(jié)構(gòu)性的降低成本？我的思路是開源，因?yàn)檫@個(gè)已經(jīng)有成功案例了這里以研發(fā)一款量產(chǎn)10萬顆64核服務(wù)器芯片為例，保守估計(jì)開發(fā)成本約7.5億，IP授權(quán)費(fèi)用與版稅約2.5億，占33%的成本。基于開源的聯(lián)合開發(fā)模式可以為企業(yè)節(jié)省2.5億研發(fā)費(fèi)用，可以讓企業(yè)把這些錢用在其他領(lǐng)域，做更好的創(chuàng)新解決方案。這些就是RISC-V帶給我們的新機(jī)會。

    接下來我給大家匯報(bào)一下我們在這個(gè)方向上，按照這個(gè)思路做的一些實(shí)踐工作。在開芯院以及中科院一起推動(dòng)下，現(xiàn)在開芯院，已經(jīng)提供了三套“香山”開源計(jì)算子系統(tǒng)，已經(jīng)不僅是CPU了，這當(dāng)中包含了CPU核也包含了片上互連。CPU核有兩款，一個(gè)是南湖，面向的是A76水平的，還有一個(gè)是昆明湖，面向的是ARM N2這個(gè)水平的，并且在不斷迭代演進(jìn)。片上網(wǎng)絡(luò)有兩個(gè)，一個(gè)是珠江，一個(gè)是溫榆河，它們排列組合可以形成不同的產(chǎn)品。先面我們看看面向服務(wù)器領(lǐng)域的組合，這個(gè)組合包含了處理器核、片上網(wǎng)絡(luò)以及外圍平臺。

    處理器核我們現(xiàn)在面向服務(wù)器領(lǐng)域就是用昆明湖V2，它在性能上達(dá)到了15分/GHz，如果部分編譯優(yōu)化之后可以達(dá)到18.5分/GHz，功能上對RVA23全面支持，同時(shí)也支持虛擬化。相比N2，現(xiàn)在還是有差距的，但是已經(jīng)在8%左右了。

    這是我們的一個(gè)用戶進(jìn)迭時(shí)空在它的公司把“香山”內(nèi)部集成進(jìn)了SoC以后，運(yùn)行的4核的配置，并且把虛擬機(jī)啟動(dòng)起來。所以“香山”已經(jīng)有用戶在真正把它給集成到芯片當(dāng)中，9月份將會完成流片，現(xiàn)在正在完成最后階段的物理設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。

    同時(shí)還有編譯器，現(xiàn)在我們在“香山”的開發(fā)過程當(dāng)中基于LVM形成了“香山”編譯器，在昆明湖V2版本上可以進(jìn)一步提升20%的性能，也就是說在15分的基礎(chǔ)上經(jīng)過編譯器優(yōu)化之后可以做到18分/GHz，這個(gè)編譯器目前也并入到了LVM的主線當(dāng)中，如果說大家現(xiàn)在下載VLM主線代碼，其實(shí)已經(jīng)包含了香山微架構(gòu)的支持。

    我們最新一代架構(gòu)昆明湖V3已經(jīng)在探索了，在和多個(gè)企業(yè)溝通之后，我們按照單核22分/GHz的目標(biāo)來做架構(gòu)的探索。在模擬器上達(dá)到的效果是20.1分/GHz，離22分/GHz還有一定的差距，在接下來的半年時(shí)間里，在合作伙伴的支持下是可以實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的。同時(shí)V3在安全方面也做了增強(qiáng)，比如說機(jī)密虛擬機(jī)安全方案，目前正在國際基金會努力形成國際標(biāo)準(zhǔn)。

    在片上網(wǎng)絡(luò)方面，溫榆河已經(jīng)發(fā)展到第二代，這是面向通用和智能計(jì)算的一個(gè)互連網(wǎng)絡(luò)。目前我們在“香山”和溫榆河的組合，已經(jīng)完成了2核、4核、8核的穩(wěn)定性測試，16核還在測試當(dāng)中。溫榆河其實(shí)設(shè)計(jì)當(dāng)中很重要的一點(diǎn)是針對智能計(jì)算做了專門增強(qiáng)，面向AI應(yīng)用做了大帶寬設(shè)計(jì)，最大可以做32KB的多播的數(shù)據(jù)傳輸，目前我們也在做一些物理設(shè)計(jì)評估，這是它其中一些核心模塊。

    前面講的是面向服務(wù)器領(lǐng)域的設(shè)計(jì)，其實(shí)我們還有一個(gè)組合是面向終端的計(jì)算子系統(tǒng)，比如說用南湖V5+珠江V1，這個(gè)組合可以做性價(jià)比更高的設(shè)計(jì)，面積功耗會更低。

    我們面臨的很大挑戰(zhàn)是很多用戶問我們說，開源能不能做出高質(zhì)量的設(shè)計(jì)？我想說的是開源不等于低質(zhì)量，開源完全可以做出產(chǎn)品級的交付。在過去一年多的時(shí)間里，在很多企業(yè)的支持下，“香山”做了大量的測試，比如說測試用例我們就已經(jīng)形成了2萬多個(gè)，從單元級的測試到集成測試到系統(tǒng)級測試，以及我們的用戶、企業(yè)也一起幫助我們貢獻(xiàn)了近1600個(gè)測試用例。這些用例做了非常全面的覆蓋測試，這些測試我們把各個(gè)模塊都做了100%功能點(diǎn)的覆蓋，在IT多個(gè)模塊集成的測試，以及在系統(tǒng)級的多核的測試，都在全面進(jìn)行當(dāng)中，并且基本完成了這樣的一個(gè)測試覆蓋。

    這些都是我們的Bug的情況，在過去我們累計(jì)完成了1470項(xiàng)Bug的發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，我們要非常感謝我們的合作企業(yè)，這些企業(yè)幫我們貢獻(xiàn)了1/3的Bug發(fā)現(xiàn)，有近500個(gè)Bug，特別感興奕斯偉、進(jìn)疊時(shí)空、藍(lán)芯算力、算能等。這里也要感謝一些企業(yè)，他們?yōu)槲覀兲峁┝藦?qiáng)有力的工具，沒有這些工具無法開展大規(guī)模的16核的評估和測試、驗(yàn)證，比如說像合見工軟、芯華章、新思等等，他們在“香山”的驗(yàn)證過程當(dāng)中給予了非的支持。

    “香山”子系統(tǒng)還在進(jìn)一步演進(jìn)，今年我們會有4核子系統(tǒng)的企業(yè)交付，有一些企業(yè)在9月份就會完成流片，節(jié)襲來我們會有8核、16核以及64核子系統(tǒng)的演進(jìn)。所以在這個(gè)過程當(dāng)中，我們要特別感謝合作企業(yè)的支持，V2版本里有像奕斯偉、算能、進(jìn)迭時(shí)空、藍(lán)芯算力，V3的合作伙伴有騰訊、進(jìn)迭時(shí)空、中興微電子、知合計(jì)算等，接下來我們希望有更多企業(yè)一起參與，就像當(dāng)年的Linux，在大家共同努力下，成為了一個(gè)操作系統(tǒng)領(lǐng)域的一條開源主線，并支撐了產(chǎn)業(yè)界的發(fā)展。

    開源可以結(jié)構(gòu)性的幫助降低成本，在開源軟件當(dāng)中96%的軟件代碼庫包含原代碼，開源代碼比例77%。未來芯片開源IP比例比將實(shí)現(xiàn)0的突破，且這個(gè)比例會不斷提升，這個(gè)提升就會幫助整個(gè)產(chǎn)業(yè)降低成本，從而提升企業(yè)競爭力。