平头哥甩出“王炸”芯片设计平台，给高性能RISC-V芯片撑场！智东西8月24日报道，在今日举办的2022 RISC-V中国峰会上，平头哥半导体副总裁孟建熠公布了阿里平头哥的最新“造芯”力作——无剑600。这次，平头哥发的不是芯片，而是一个高性能RISC-V芯片设计平台。它一方面帮助芯片公司降低开发芯片成本和风险，另一方面向第三方IP和基础软件公司开放，让更多资源接入到RISC-V生态。“无剑”是剑法的至高境界，也寄予了平头哥的雄心：通过“授人以渔”，提供软硬件全栈支持，显著缩短芯片从研发到量产的时间，推动更多面向不同行业的高性能RISC-V芯片出现。更重要的是，它将长期活跃于终端市场的RISC-V芯片，送上了通往高性能的高速列车。据孟建熠分享，无剑600已经实现与国产开源云端操作系统龙蜥的适配，并成功运行了大型桌面级软件和基于JAVA的应用。
近年起势迅猛的RISC-V，与x86、Arm一起，被业界并称为「三大CPU主流架构」。因开源开放、灵活、低功耗等特性，RISC-V具备没有历史包袱、没有高昂授权费用、开发成本更低、无需担忧“断供”风险等优势，被视作发展自主可控本土芯片生态的关键路径之一。平头哥在做的事，就是通过软硬件研发投入和生态连接，推动国内RISC-V生态快速壮大。无剑600是一个高性能RISC-V异构芯片的软硬件全栈平台，拥有高性能、高内存带宽、异构计算、人工智能（AI）加速的特点，同时兼具高安全、多模态感知和软硬一体的能力。
▲无剑600平台设计图
借助该平台，开发者和企业能够快速开发性能更高、主频更高、内存更大、边缘AI计算能力更强的SoC芯片。无剑600的默认处理器是玄铁C910，即平头哥在2019年发布的主频2.5GHz的高性能RISC-V核。这将RISC-V的商用性能，从1GHz推向2GHz。有何意义？孟建熠打个比方，假如将RISC-V比作跳高运动，原来只能跳1米高度，现在能稳定跳2米以上，突破了RISC-V性能的极限。在AI加速方面，无剑600平台中，最新版的玄铁C910集成了矢量Vector处理器，支持FP16等新型数据类型，并可提供高达4TOPs的Int8 AI算力，方便AI加速类应用的开发。无剑600平台还重点实现了CPU+XPU异构架构设计，从运行功耗、内存带宽和软件栈方面都进行了优化，并支持适配GPU、NPU、VPU、DSP、ASIC等多种不同功能的第三方IP。也就是说，半导体IP公司可以用无剑600来打造RISC-V整体生态上的能力，下游厂商进入了系统级、体系化的框架，可更高效地开发芯片。平头哥基于无剑600平台成功“打样”——SoC原型曳影1520。
▲SoC原型曳影1520
这是一颗多模态AI处理器SoC，内置4核玄铁C910，最高吞吐率4266MT，AI峰值算力达到4TOPS，支持全链路安全防护，具有4K视频处理能力，同时包含丰富的异构计算和高速IO资源，软硬件都已完成应用的适配。开发者和企业也可以在定制个性化芯片的同时，先在曳影1520上开发自己的系统，缩短产品从研发到量产上市的时间。
RISC-V芯片的参数迈进了高性能的大门，下一步，就是考察实际跑应用的表现。在曳影1520上，平头哥与龙蜥社区、中科院软件所PLCT实验室，联合打造从芯片平台到龙蜥操作系统、再到上层应用软件的全链路能力，已首次实现龙蜥Linux操作系统的兼容。
▲基于龙蜥Linux OS的软硬件全栈平台
龙蜥操作系统（Anolis OS）是一款基于Linux的国产主流开源云计算操作系统，定位于服务器端，支持多种主流芯片架构和计算场景。因其丰富、复杂的软件栈，龙蜥对芯片的要求非常高，此前在x86、Arm架构上都经过了全面验证。这一次，龙蜥首次对RISC-V提供全面支持。曳影1520帮助RISC-V架构搭载更重的操作系统和应用，完成了3000多个基础组件的适配，并首次运行FireFox浏览器、LibreOffice等大型桌面级软件，以及Hexo和Open Rocket等基于NodeJS和JAVA的应用，这为更大型应用程序的适配奠定了基础。
▲图说：无剑600平台已适配龙蜥OS，并首次运行LibreOffice Writer/Impress/Calc等桌面级软件
这是无剑600平台的一小步，但是RISC-V的一大步。全栈适配龙蜥，印证了无剑600平台能够适配主流云计算操作系统，并凸显了RISC-V可面向特定领域及应用进行深度定制化的软硬联合优化能力。当前，无剑600平台针对的市场主要包括平板、智慧大屏、智能NVR、AR/VR和低速UGV等这类高性能旗舰级的产品，也支持医疗成像、视频会议、家用机器人、无人机等中高端应用。基于无剑600平台现已能运行龙蜥社区的多种云上应用，OpenJDK、NodeJS、Python等上游社区常见应用，以及NCNN等AI应用。
实现高性能RISC-V芯片，非常考验芯片设计团队的功底，尤其体现在算力与内存、功耗、成本等多方面之间的平衡把握上。孟建熠告诉智东西，如今下游合作伙伴已经不仅仅满足于一个硬件IP核，而更加看重软硬件能否很好融合、在稳定性和性能上都做出优势，这些需求的变化正推动市场往软硬件全栈方案发展。以无剑600平台为例，从RISC-V处理器的指令设计、微架构实现、工具链和底层库的优化、操作系统优化适配，到应用的联合调优，平头哥团队都做了大量艰苦的研发工作，才在技术软件上达到基本稳定的量产水平。打磨好这些基本功后，还要配置专业的团队，对特定应用领域所需的功能进行锤炼。作为高性能RISC-V处理器的先行者，平头哥当前的策略是通用计算和DSA（领域专用架构）并行演进。AI加速是当前一大主流DSA方向。随着AI计算在端侧应用愈发普及，AI开发友好性正成为芯片的一大核心竞争力。国内很多硬件加速器已经能做到较高的性能，但输在“用不起来”。而RISC-V的开放性，使其相较于Arm芯片有更大的底层创新和扩展空间，能设计出更适合跑AI算法的系统，并能兼顾到不断推陈出新的AI算法对灵活可扩展性的要求。平头哥正通过矢量扩展和全链路软硬件能力的提升，持续优化其RISC-V处理器的AI加速能力。今年4月，权威AI基准测试MLPerf Tiny V0.7推理性能榜单显示，基于平头哥RISC-V处理器的软硬件联合优化方案，在视觉唤醒、图像分类、语音唤醒、异常监测等4个典型端侧AI任务中均取得第一，遥遥领先于第二名。
▲平头哥在MLPerf Tiny V0.7测试拿下4个第一
平头哥近两年也在力推为RISC-V准备的AI部署工具HHB，它支持各种类型的模型和算法，通过更好地实现AI算子与硬件的适配，帮助开发者完成AI模型的高效编译及部署。据孟建熠观察，对于1TOPs以下的端侧AI算力需求，平头哥现有的RISC-V处理器足以胜任，不需要再额外加专用加速器；对于超过1TOPs的算力需求，平头哥既提供基于RISC-V的扩展，也支持用户自定义的第三方AI加速IP。例如在过去两年，平头哥与Imagination在GPU和AI方面进行深度合作，已经能提供硬件IP到优化的软硬件异构计算方案。这也是RISC-V领域最成熟的可量产的方案。
孟建熠分享说，未来RISC-V将向3个必然趋势演进：高性能、软硬件全栈、更广的生态合作。如何构建更加繁荣的生态？俨然是当前RISC-V领域最核心的议题。“统一形成好的生态是大家做RISC-V的共识。”孟建熠谈道，RISC-V不是其它架构的革命者，当务之急是证明自己能够成长起来，发展出自己的特色，真正成为“三分天下有其一”的架构。RISC-V处理器的作战阵地，正从中低端IoT市场，扩展对高性能、可靠性有更高要求的云计算、边缘计算、车载智能计算等应用场景。过去一年，全球RISC-V生态进展飞速，并出现很多标志性事件：在IoT（物联网）领域的应用规模超过100亿颗，中国公司的出货量占到50%；SPECint性能首次超过10分，进入高性能计算的行列。平头哥也收获了显赫的战绩：玄铁处理器已成为国内RISC-V领域影响力和市占率最大的处理器，广泛应用于MCU、蓝牙、无线、语音、视觉等30多类场景，授权数以每年50%的数量增长。但相比Arm逾2000亿颗芯片的出货量、几乎圈入全球主流科技公司的成熟生态，RISC-V在应用规模、行业渗透率、生态多样性上，都还有很长的路要走。在平头哥生态副总裁杨静看来，应用和软件，对于整个RISC-V生态的发展至为关键。这也是平头哥打造无剑600平台的用意所在，通过打牢软硬件全栈地桩和联通更多的第三方IP，让企业能基于RISC-V开发出满足其特定应用需求的高性能稳定可靠的SoC芯片产品。平头哥已实现RISC-V与Anolis、AliOSThings、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、安卓等操作系统的适配，并在商业量产芯片中得到了应用。今年4月，平头哥玄铁C910处理器成功运行TensorFlow Lite，首次实现了RISC-V在安卓12新系统上的AI支持。孟建熠认为，尽管RISC-V的应用市场会呈现碎片化特征，但是RISC-V生态仍然是标准化和统一的。今天，RISC-V国际基金会正在制定统一标准，来推动生态形成合力。平头哥也在积极参与其中，已在RISC-V国际基金会中参与了29个技术方向的标准制定，主导负责了10个技术小组，过去一年向基金会贡献8篇技术文章。再往前走，关键问题是如何将RISC-V架构的可扩展性很好发挥出来，这要求有一个标准化的高性能RISC-V芯片平台，能够承载更加厚重的软件栈，而平头哥正致力于此。
在孟建熠看来，如果将目标定为渗透到桌面级或云端，那么RISC-V依然处于生态繁荣的前夜，要把开发者生态培育起来，路还很长，需要全球软硬件RISC-V开发者的共同努力。可以看到，平头哥打造无剑600平台的目标，不是售卖自己的芯片，也不是授权几乎单一的标准化处理器IP，而是纵向上面向通用计算和特定领域做软硬件全栈的适配和优化，横向上扩展对第三方IP的支持，由此降低RISC-V芯片的开发门槛，来吸引更多的生态合作伙伴。这样的策略，将在帮助RISC-V架构进入高性能应用的同时，助力芯片产品及应用走出多样性，共同推动RISC-V生态繁荣。
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