微核芯的RISC-V哲學(xué)：打造無限可能的“萬能積木”
2025-04-03
中國智能產(chǎn)業(yè)網(wǎng)
2021年6月，首屆RISC-V中國峰會(huì)上，中科院大學(xué)教授、中科院計(jì)算所研究員包云崗公布了國產(chǎn)開源高性能RISC-V處理器核心——香山，其以“湖”來命名架構(gòu)代號(hào)，第一版“雁棲湖”于 2021 年 7 月投片，第二版“南湖架構(gòu)”于 2023 年 11 月投片，第三版“昆明湖”目前仍在有條不紊地進(jìn)行著開發(fā)。
作為全球首個(gè)高性能開源RISC-V處理器項(xiàng)目，香山的代碼和設(shè)計(jì)文檔完全公開，迅速吸引了國內(nèi)外開發(fā)者、企業(yè)和高校參與協(xié)作，盡管其定位為科研項(xiàng)目，但它的高性能設(shè)計(jì)已經(jīng)為未來商業(yè)應(yīng)用（如服務(wù)器、邊緣計(jì)算）奠定了基礎(chǔ)。
在這顆RISC-V處理器核的研發(fā)背后，除了大部分人熟知的中科院計(jì)算所，還少不了當(dāng)時(shí)僅成立一年有余的北京微核芯科技有限公司。這家年輕的企業(yè)，依托創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)在處理器領(lǐng)域二十多年的技術(shù)積累，不僅為香山處理器的發(fā)展注入了創(chuàng)新活力，更為國產(chǎn)處理器核的開源生態(tài)貢獻(xiàn)了重要力量。
從龍芯到自主創(chuàng)業(yè)
對于微核芯的團(tuán)隊(duì)而言，香山只是他們多年技術(shù)積累后的一次厚積薄發(fā)。
據(jù)了解，從2000年代初期開始，微核芯團(tuán)隊(duì)就在中科院計(jì)算所參與"龍芯CPU"的研發(fā)，歷經(jīng)龍芯1、2、3號(hào)等多個(gè)處理器及SoC芯片的迭代，進(jìn)入2010年代，團(tuán)隊(duì)在通用處理器架構(gòu)的基礎(chǔ)上不斷擴(kuò)展，不僅共同承擔(dān)了國家“核高基”重大專項(xiàng)課題，還負(fù)責(zé)了“華?！毕盗卸嗫畛咝阅?先進(jìn)工藝多核處理器+片上網(wǎng)絡(luò)與 NOC 全流程研發(fā)、量產(chǎn)并實(shí)際列裝。
二十多年的研發(fā)歷程，使得微核芯團(tuán)隊(duì)在高端CPU領(lǐng)域建立起了堅(jiān)實(shí)的競爭優(yōu)勢，而選擇RISC-V這條新賽道，則是他們在深思熟慮后的一次大膽突破。
“我們的選擇源于對未來計(jì)算架構(gòu)的深刻洞察，”微核芯總經(jīng)理郇丹丹在交流中表示，“傳統(tǒng)的X86和ARM生態(tài)掌握了產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，用戶只能圍繞既有架構(gòu)進(jìn)行適配，而無法根據(jù)具體應(yīng)用進(jìn)行優(yōu)化，導(dǎo)致成本、功耗和電路冗余較高。”
“目前行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入云原生和AI大模型時(shí)代，市場迫切需要一個(gè)高度定制化、場景化的計(jì)算解決方案，而RISC-V的開源可擴(kuò)展特性，讓企業(yè)能在開放生態(tài)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)模塊化定制，非常契合高性能計(jì)算領(lǐng)域。”她說到。
在微核芯團(tuán)隊(duì)的構(gòu)想中，突破傳統(tǒng)的封閉式CPU發(fā)展模式已成為核心使命。他們致力于將曾經(jīng)高不可攀的高性能CPU技術(shù)與實(shí)際行業(yè)應(yīng)用深度融合，以開放、靈活的創(chuàng)新模式，為各個(gè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域注入技術(shù)活力，開辟一條更加開放、共享的處理器技術(shù)發(fā)展新征程。
押注高性能計(jì)算
但RISC-V架構(gòu)在香山公布之前，大部分應(yīng)用仍然集中在AIoT等低性能領(lǐng)域，為什么微核芯執(zhí)著于高性能計(jì)算領(lǐng)域呢？
“低端AIoT市場是一個(gè)紅海，競爭激烈且受指令集影響有限，X86、ARM、PowerPC、Sparc等都能生存。”郇丹丹給出了答案，“RISC-V要想真正站穩(wěn)腳跟，必須伴隨數(shù)據(jù)中心等高性能計(jì)算場景的發(fā)展?！?/p>
她指出，歷史上，X86因PC市場而崛起，ARM憑借智能手機(jī)騰飛，RISC-V同樣需要一個(gè)契機(jī)，而服務(wù)器和AI計(jì)算正是這樣的機(jī)會(huì)。目前微核芯正專注于服務(wù)器高端芯片，并已具備高性能RISC-V CPU的完整研發(fā)能力，包括高性能CPU核、NoC多核互連及SoC架構(gòu)的自研，實(shí)現(xiàn)了CPU控制流與AI數(shù)據(jù)流的高效協(xié)同。
在討論RISC-V生態(tài)的商業(yè)化落地時(shí)，郇丹丹闡述了微核芯獨(dú)特的市場進(jìn)入策略：選擇從行業(yè)應(yīng)用市場切入，而非直接挑戰(zhàn)更為復(fù)雜的桌面及公有云領(lǐng)域?！白烂鍼C、移動(dòng)通信和公有云市場生態(tài)要求極高，而行業(yè)應(yīng)用市場的生態(tài)門檻相對較低，軟件生態(tài)相對簡單，這意味著我們可以更從容地進(jìn)行生態(tài)建設(shè)?！?/p>
據(jù)了解，目前微核芯已經(jīng)與多家互聯(lián)網(wǎng)巨頭和數(shù)據(jù)處理器（DPU）企業(yè)建立戰(zhàn)略合作，重點(diǎn)聚焦于存儲(chǔ)服務(wù)器和DPU領(lǐng)域。這一策略頗為審慎：先在特定行業(yè)場景中精耕細(xì)作，待生態(tài)逐步成熟后，再逐步向更廣闊的市場縱深推進(jìn)。
“定制化和性價(jià)比是我們的核心競爭力?！臂ǖさふJ(rèn)為，與傳統(tǒng)通用處理器主要依賴"軟件加速"不同，RISC-V可以在指令集、微架構(gòu)、高速互連、SoC框架及軟件優(yōu)化等多個(gè)層面實(shí)現(xiàn)"硬件加速"，從而顯著提升系統(tǒng)性能。
事實(shí)上，目前中國正在迎來RISC-V發(fā)展的關(guān)鍵機(jī)遇，供應(yīng)鏈?zhǔn)芟薜贡破髽I(yè)從市場需求出發(fā)，不斷提升芯片設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力，而微核芯瞄準(zhǔn)的高性能計(jì)算，確保了RISC-V能夠與企業(yè)應(yīng)用緊密結(jié)合，以最低成本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)需求，并在特定領(lǐng)域獲得性能突破，讓更可靠的RISC-V，飛入國內(nèi)企業(yè)的懷抱中。
基于開源，超越開源
值得關(guān)注的是，香山處理器核成為了RISC-V性能的重要標(biāo)桿，但它也激發(fā)了關(guān)于開源與商業(yè)價(jià)值的深入討論。對此，微核芯研發(fā)副總趙繼業(yè)提出了自己的見解。
"開源只是起點(diǎn)，商業(yè)價(jià)值在于深度定制。"趙繼業(yè)明確表示，開源處理器核本身并不等同于商業(yè)產(chǎn)品。標(biāo)準(zhǔn)IP難以滿足不同行業(yè)的復(fù)雜應(yīng)用需求，RISC-V的真正競爭力在于其可定制的特性——能夠精準(zhǔn)對接行業(yè)場景，提供有針對性的技術(shù)解決方案。
據(jù)了解，目前微核芯可以提供硬件、軟件和系統(tǒng)這三方面定制化服務(wù)：
硬件層面，微核芯可針對項(xiàng)目需求優(yōu)化指令集，刪減或增補(bǔ)指令；調(diào)整處理器微架構(gòu)，對性能冗余的模塊進(jìn)行縮減或優(yōu)化關(guān)鍵功能單元；優(yōu)化SoC框架，包括總線架構(gòu)、外圍接口等，確保系統(tǒng)性能與資源配置的最佳平衡。
軟件層面，微核芯支持基礎(chǔ)軟件調(diào)整，包括修改匯編器、編譯器和操作系統(tǒng)，以適配新增指令或微架構(gòu)優(yōu)化，同時(shí)提供針對特定應(yīng)用的函數(shù)庫開發(fā)；對中間件進(jìn)行相應(yīng)優(yōu)化；應(yīng)用軟件優(yōu)化則主要由用戶承擔(dān)。
系統(tǒng)層面，微核芯提供性能分析工具，包括軟件仿真、仿真加速器和FPGA平臺(tái)，結(jié)合用戶提供的測試場景進(jìn)行評估。此外，我們能根據(jù)供應(yīng)鏈情況進(jìn)行成本預(yù)估，分析工藝平臺(tái)、工藝庫規(guī)格，并評估芯片制造、封裝、測試等環(huán)節(jié)，以獲取主頻、面積、功耗和良率等關(guān)鍵指標(biāo)。
在高性能RISC-V處理器定制化內(nèi)容上，微核芯可針對不同應(yīng)用領(lǐng)域，提供定義數(shù)據(jù)流指令、在SoC框架內(nèi)集成數(shù)據(jù)流加速器IP、基于處理器框架加入數(shù)據(jù)流協(xié)處理器這三個(gè)層次的定制方案，以滿足各類計(jì)算需求。
“芯片定制不是技術(shù)炫技，而是解決實(shí)際問題?！彼麖?qiáng)調(diào)，傳統(tǒng)芯片開發(fā)往往陷入“技術(shù)為技術(shù)服務(wù)”的怪圈，而微核芯則是扮演了一位出色的"技術(shù)翻譯"。對于大多數(shù)難以理解芯片架構(gòu)的企業(yè)用戶，團(tuán)隊(duì)采取了近乎"逐字逐句"的需求解析，通過深入應(yīng)用場景核提煉關(guān)鍵指標(biāo)，最終將抽象需求轉(zhuǎn)化為具體的技術(shù)藍(lán)圖。
他以微核芯技術(shù)團(tuán)隊(duì)與中電14所合作的相控陣?yán)走_(dá)芯片為例，面對落后一兩代的工藝平臺(tái)，微核芯沒有被限制，反而視為創(chuàng)新的契機(jī)，通過專用向量指令與高性能函數(shù)庫的結(jié)合，定向優(yōu)化處理器微架構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)了在落后一兩代工藝平臺(tái)上達(dá)成超越國外芯片2倍以上性能的高難度目標(biāo)，這不僅是技術(shù)實(shí)力的展現(xiàn)，更是一種“弱勢逆襲”的精神寫照。
“標(biāo)準(zhǔn)IP就像是現(xiàn)成的西裝，看起來不錯(cuò)，但未必完全合身?！壁w繼業(yè)用這個(gè)生動(dòng)的比喻闡述微核芯的技術(shù)理念。在他看來，開源只是提供一個(gè)通用的解決方案，而在其基礎(chǔ)上，為每一個(gè)客戶量身定制解決方案，完美解決他們的需求，在某種意義上就已經(jīng)超越了開源。
星辰大海般的未來
值得關(guān)注的是，不僅僅是許多人所關(guān)注的服務(wù)器領(lǐng)域，微核芯所研發(fā)的高性能處理器平臺(tái)，設(shè)計(jì)之初就是一個(gè)可靈活適配多領(lǐng)域的技術(shù)平臺(tái)，從人形機(jī)器人到邊緣服務(wù)器，從工業(yè)控制到汽車電子，豐富的應(yīng)用方向意味著無窮的潛力。
“RISC-V就像是一塊具有無限潛能的‘萬能積木’?！蔽⒑诵究偨?jīng)理郇丹丹這樣形象地描述公司對RISC-V技術(shù)的理解，在她看來，RISC-V與AI一樣，本身并非一個(gè)封閉的市場，而是一種具有普適性的技術(shù)底座，單獨(dú)存在時(shí)可能價(jià)值有限，但當(dāng)與具體應(yīng)用深度融合，就能迸發(fā)出驚人的創(chuàng)新能量。
值得一提的是，在百度戰(zhàn)略投資、九合創(chuàng)投、斯道資本、圖靈創(chuàng)投等頂尖資本的鼎力支持下，微核芯成功構(gòu)建起技術(shù)迭代與生態(tài)協(xié)同的雙向驅(qū)動(dòng)力，為未來跨界的高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
對于RISC-V在產(chǎn)業(yè)升級中的角色，微核芯研發(fā)副總趙繼業(yè)充滿信心。他堅(jiān)信，這一開放架構(gòu)將比ARM和X86走得更快、走得更遠(yuǎn)，在新興科技發(fā)展中扮演更為關(guān)鍵的角色。
"這不僅僅是一個(gè)技術(shù)選擇，"他微笑著說，"這是一種重新定義技術(shù)生態(tài)的方式。"
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