性能打破天花板?国产RISC-V处理器还有很长的路要走
2023-03-04 10:28:10
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  // 作者 |铁流

前言

日前,由阿里巴巴平头哥举办的首届玄铁RISC-V生态大会在上海举行。就本次大会发布的内容来看,主要是对过去几年的成绩做了汇总,以及一些对未来的期望。目前,RISC-V在中国刚刚起步,风险与机遇并存,确实是国产CPU突围的一个选项,但不宜过度吹捧。

01
RISC-V是反抗知识产权霸凌的产物

一直以来,知识产权是西方国家对中国发难的一张牌。在这方面,最典型的例子就要数特朗普,特朗普就在推特中声称,有价值3000亿美元知识产权被窃。

以史为鉴,在抄袭前人知识产权方面,最成功的典范就是美国。在美国追赶欧洲技术的时代,美国无视欧洲专利,并且肆无忌惮的山寨和偷窃欧洲技术。只不过如今山水轮流转,轮到美国处于技术优势地位了,于是美国就利用知识产权作为武器,打击在科技水平上处于追赶地位的发展中国家。

专利的本意在于社会保障权益的情况下,私有的知识逐渐变为公有。就理想状态而言,好的专利能吸引投资,更好的回馈创新者,而专利保护期的有限性能鼓励发明人继续创新。他们的新知识在保护期内能用于教育,保护期后能用于商业,使后来者可以更好的利用。但这只是最理想的状态,在实践中,欧美科技公司总是会滥用知识产权,形成事实上的知识产权霸凌。

这方面,最典型的例子就是高通。在3G时代,高通创始人中的一位世界级科学家,通过一篇论文论证CDMA可以比TDMA提升18倍,于是全世界都把CDMA作为通信技术未来发展的方向,然后高通通过对CDMA技术的垄断,在3G时代滥收高通税,引发众怒,这几年中国、欧洲和韩国对高通频频发起反垄断调查,则是秋后算账。

Intel滥用X86专利也是一个很好的例子。早期,做X86的并不止如今的Intel、AMD两家,Cyrix也是玩家之一,在Cyrix被VIA收购以后,为了垄断市场,Intel对VIA祭出专利大棒,把VIA的X86芯片彻底打死,顺带拍死了VIA曾经很红火的桥片业务。之后全美达想要通过兼容X86的方式打插边球,结果被Intel用专利诉讼的方式活活耗死,因为在诉讼期间,没有公司敢和全美达做生意,最后全美达打赢了官司,输掉了公司。

新崛起的ARM,在授权上也略有滥用知识产权霸权地位的味道,ARM虽然卡的没Intel那么死,但购买ARM指令集授权颇为不菲,而且还不允许你改。在过去几年里,ARM多次配合美国政府制裁中国企业,数月前,ARM直接宣布不再授权中国芯片设计公司使用其先进的CPU芯片设计IP。

正是因为Intel和ARM太霸道,RISC-V兴起,随后获得了全球大量商业公司的青睐。由于美国对中国发起科技战,以及Intel和ARM过于霸道,中国IC设计公司只有两个选择,要么研发自主指令集另起炉灶,比如龙芯和申威,要么再找一个国际上相对开放的新指令集,比如RISC-V。对于当下的中国IC设计公司而言,如果胆略不足,或能力不足,不敢另起炉灶,开发和使用自主指令集,那么,RISC-V则是必然的选择。

02
当下的RISC-V处理器更适合嵌入式应用

目前,对于RISC-V有不少过于乐观的吹捧,有学者就表示RISC-V是中国CPU领域受欢迎的架构,成为推动新一代信息技术发展的新引擎。还有媒体认为,平头哥已基本完成国际及国内主流操作系统与RISC-V的全适配,包括安卓、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龙蜥、统信、openKylin、创维酷开系统、RTT等操作系统。这意味着RISC-V完全有能力通过云、桌面、终端等不同操作系统承接软件应用,上层应用开发者0代码即可顺滑实现架构兼容。

铁流认为,这些评价对于目前的国产RISC-V处理器而言无疑是捧杀,当下的RISC-V处理器仅能满足嵌入式场景,对于桌面和高性能服务器来说力有不逮。

首先,当下的国产RISC-V处理器性能不足。以玄铁910和无剑600为例,这里说明一下,玄铁910是CPU核,类似ARM Cortex A55,无剑600则是CPU,无剑600集成了四个玄铁910。

根据测评显示,C910 AI推理性能与龙芯GS264和君正Xburst2相当。

当然,这只是推理能力测试,并非通用性能测试。就单核性能而言,网传无剑600 SEPC06测试为10-12分。从这个测试可以看出,玄铁910大概率是一个轻量级的CPU核,与AMD的Zen、龙芯的LA664等高性能CPU核有不小差距。总的来说,无剑600是一个给开发者的平台,RISC-V在嵌入式方面前景不错,但想要在桌面和服务器市场立足尚需时日。

其次,RISC-V目前的指令集并不适合做高性能CPU。当下,RISC-V标准指令集非常精简,32位基础指令是47条,64位基础指令15条,基础指令共62条,加上并入标准的扩展指令,总数约为二、三百条。RISC-V功能比较简单,张福新在讲座中指出,用RISC-V和龙芯实现同样的功能(GCC编译器),RISC-V会比龙芯多用20%指令。说的透彻一些,RISC-V还不是一个成熟的商业指令集,还是一个不断完善中的指令集标准。以X86和ARM而言,X86、ARM指令数超过2000条,RISC-V如果想要做高性能桌面产品,目前的指令集是肯定不够的。类似的,龙芯的基础指令集有300多条,加上向量指令、虚拟化、二进制翻译等,指令超过2000条,这才是成熟商业指令集的正常形态。

诚然,RISC-V允许自行拓展私有指令集,但有时候也不是允许拓展就能解决一切问题。具体来说,要做基于RISC-V指令集的高性能桌面CPU,自己拓展了一堆私有向量、虚拟化等指令,这时会发现这些指令没有任何软件支持,因为自己拓展的这些不是RISC-V标准指令集。行业里甚至可能还会发出不公开私有指令、碎片化、分裂RISC-V生态等指责。

也许几年后,RISC-V进一步发展推出了新的标准,支持了之前没有的特性,为了兼容标准RISC-V生态,就必须放弃自己已经拓展的指令,这等于前功尽弃,基于私自拓展指令设计的CPU都因不兼容标准RISC-V而在RISC-V体系中被边缘化。

实质上说,本次玄铁RISC-V生态大会是阿里给自己的RISC-V处理器炒热度做展销。而且一些说法言过其实,比如声称“玄铁910打破了RISC-V性能的天花板,让基于RISC-V架构的高性能芯片成为可能”,即便不提国外机构设计的RISC-V处理器,只看国内,当下国产RISC-V处理器的天花板是包云岗老师主持研发的香山处理器,何况玄铁910只是一款轻量级的CPU核,距离其标榜的高性能尚有不小差距。

另外,Linux发行版支持RISC-V是一回事,海量的应用软件是否支持玄铁和无剑则是另一回事,这一点在信创工程中被充分验证,繁琐的软件适配工作已经成为国产CPU推广的最大障碍,Linux发行版支持RISC-V这仅仅是万里长征第一步,想要进军桌面和服务器,国产RISC-V处理器还有很长的路要走。

03
RISC-V最大意义是培育人才和提升能力

刘鹤副总理在北京调研集成电路企业发展时指出,“发展集成电路产业必须发挥新型举国体制优势,用好政府和市场两方面力量......必须始终坚持国际合作,广交朋友,扩大开放,坚定维护全球产业链供应链稳定”。

作为一个冉冉上升,有望和美国平起平坐的大国,美国有的,中国必须有,美国没有的,中国也要有。特别是在美国发起科技战,在半导体方面遏制中国的大背景下,中国必须有龙芯申威这样的纯自主CPU。同时,中国市场很大,嵌入式市场异常广阔,足以养活多款指令集CPU。

由于有国内外众多厂商参与,RISC-V的产业生态会逐步成熟,特别是在嵌入式应用方面,会有大量商机。不过,RISC-V毕竟是美国人搞的东西,虽然目前RISC-V基金会拥有RISC-V开放指令集标准,RISC-V基金会表示并不会受美国出口管制,但未来究竟会怎么样?谁也无法保证RISC-V不会受到国际政治波及。

从这个角度看,RISC-V是国产CPU的一个备选项,甚至只是一个补充选项。RISC-V最大的意义是培育人才,锻炼队伍,提升本土设计团队的技术和能力。

来源|科工力量

 
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