阿里平头哥开放最强 RSIC-V 处理器:对 ARM 影响几

作为平头哥的首个产品,玄铁910项目起始于半年多以前。在2018年9月的杭州云栖大会上,阿里巴巴正式宣布成立芯片公司“平头哥半导体有限公司”。平头哥由阿里收购的国产芯片企业中天微与阿里旗下达摩院芯片团队整合而成,阿里全资控股。

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为了进一步降低芯片设计门槛,平头哥还发布英雄帖,邀请有量产能力企业和高校科研机构共同打造标杆项目,并宣布“普惠芯片”计划。

而根据最新数据显示,目前被并入平头哥的中天微的 CPU 内核的授权客户已超过 100 家,累计销售超十亿颗,这些芯片被广泛应用于机器视觉、工业控制、车载终端、移动通信、多媒体、无线接入和信息安全等领域,主要客户为一线芯片设计公司。

(责任编辑:单征宇)

阿里 " 普惠芯片 " 计划发布

中天微则成立于2001年,是一家致力于32位高性能低功耗嵌入式CPU研发,以芯片架构授权为核心业务的集成电路设计公司。由于在CPU核心架构研发上的深厚积淀,中天微被视为“内地唯一大规模量产的自主嵌入式CPU IP Core”。

数据显示,平头哥成立之时,达摩院芯片团队接近 100 人,成员大多拥有在 AMD、ARM、NVIDIA、Intel 等芯片大厂的研发经验。

阿里CTO、阿里云智能事业群总裁张建锋曾表示,收购中天微是阿里巴巴芯片布局的重要一环,IP Core是基础芯片能力的核心,进入 IP Core 领域是中国芯片实现“自主可控”的基础。

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阿里相关负责人介绍,玄铁910将大大降低高性能端上芯片的设计制造成本。未来在5G、人工智能、网络通信、自动驾驶等领域中,使用该处理器可使芯片性能提高一倍以上,同时芯片成本降低一半以上。

2018 年 9 月成立的平头哥实际上是由阿里在 2018 年 4 月全资收购的杭州中天微系统有限公司(以下简称 " 中天微 ")以及阿里在 2017 年 10 月成立的达摩院的芯片团队整合而成。

7月25日,阿里旗下芯片公司平头哥正式发布首款产品玄铁910。玄铁910基于RISC-V开源架构开发,可以用于设计制造高性能端上芯片,应用于5G、人工智能以及自动驾驶等领域,而阿里意在瞄准未来比手机、电脑更广泛的物联网领域。

显然,有了达摩院及中天微强大研发实力的支撑,以及阿里在背后的大力支持,平头哥首款高性能 CPU ——玄铁 910 的得以快速顺利推出也不奇怪。

首款产品

此外,在指令集方面,玄铁 910 基于 RISC-V 扩展了 50 余条指令,系统性增强了 RISC-V 的计算、存储和多核等方面能力,相比标准的 RISC-V 指令集也更加的稳定可靠,同时有 20% 以上性能的提升。

与PC时代、移动互联网时代不同,AIoT时代的芯片应用场景更加丰富,企业需要能快速实现可商用的芯片,RISC-V架构具备开放、灵活、低功耗等优点,被认为是AIoT场景最核心的芯片架构之一。目前,仅以国内为例,包括中科院计算所、华为公司、阿里巴巴集团等在内的20多个国内企事业单位,都加入了RISC-V基金会,布局研究。

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因此,在中国工程院院士倪光南看来,未来RISC-V很可能成为世界主流的CPU之一,从而在CPU领域形成英特尔、ARM、RISC-V三分天下的格局。

(这里需要指出的是,虽然 RISC-V 架构是免费开源的,但是第三方的芯片厂商基于 RISC-V 架构加入了自己的 IP 进行扩展,设计出的处理器内核则是具有自主知识产权的。)

原标题:阿里发芯片抄底物联网

另外,需要指出的是,阿里的 " 普惠芯片 " 计划,可能更多的会直接影响到 SiFive 一类的提供基于 RISC-V 架构的商用 IP 解决方案的厂商。

与此同时,虽然与ARM同为开源架构,但诞生时间较晚的RISC-V不仅没有成熟的生态,甚至连成熟的产品都没有。倪光南指出,CPU芯片和操作系统是网信领域最基础的核心技术,实践表明,每一种CPU在市场竞争中要取得成功,在很大程度上取决于其生态系统。

随着去年 " 中兴事件 " 的爆发,自主可控成为了众多厂商关注的焦点,这也使得开源的、免费的、可扩展的 RISC-V 架构受到了众多芯片厂商的追捧。

作为阿里巴巴全球研究院,达摩院由阿里成立于2017年10月。成立伊始,达摩院便宣布未来三年将投入超过1000亿元用于基础科学和颠覆式技术创新研究。

对此,在今天的发布会上,阿里邀请有量产能力企业和高校科研机构共同打造标杆项目,并宣布 " 普惠芯片 " 计划。即未来平头哥将全面开放玄铁 910 的 IP Core,全球开发者可以免费下载该处理器的 FPGA 代码,快速开展芯片原型设计和架构创新。

除了整合中天微和达摩院,阿里还投资了多家新兴芯片企业。2018年6月,国内AI芯片企业寒武纪科技宣布完成数亿美元B轮融资,原股东阿里巴巴创新投跟投。此外,阿里还投资了Barefoot Networks、深鉴、耐能、翱捷科技等芯片公司。

显然,对于平头哥来说,这是需要很大魄力的。毕竟即使是在开源的 RISC-V 架构基础上,设计出玄铁 910 这样一款高性能的处理器内核,也是需要投入大量的人力、物力、财力和时间成本的。

阿里巴巴集团副总裁戚肖宁表示:“传统通用芯片的模式越来越难适应碎片化AIoT场景的需求,开源、开放是大势所趋,平头哥致力于做AIoT时代的芯片基础设施提供者,让芯片更普惠。”

为什么是 RISC-V 架构?

谋求自主

在去年 9 月的阿里云栖大会上,阿里巴巴集团 CTO、达摩院院长张建锋宣布,阿里成立独立芯片企业 " 平头哥半导体有限公司 "(以下简称 " 平头哥 "),正式进军半导体芯片领域。

据了解,RISC-V指令集可以自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。据阿里介绍,在性能方面,玄铁910比目前业界最好的RISC-V处理器性能高40%以上。

而成立于 2001 年的中天微则一直致力于高性能低功耗嵌入式 CPU 研发,是一家以芯片架构授权为核心业务的 IC 设计公司。主要有基于 RISC 体系架构的 CK610 系列和 CK800 系列的十多款芯片。

艾媒咨询CEO张毅对北京商报记者表示,从芯片大规模应用的角度来看,AIoT基本上属于继PC和移动互联网之后的第三个阶段,RISC-V架构在这一阶段的应用有其明显优势,布局这一架构有助于避免国内企业在5G和物联网时代受制于人。不过,RISC-V虽然属于开源架构,但毕竟还是来自于美国,包括阿里在内的国内企业要想将这一架构相关的底层技术完全吃透也并非易事。

具体来说,玄铁 910 基于 12nm 工艺,拥有 16 核心(四个簇,一个簇四核心),主频 2.5GHz,性能高达 7.1 Coremark/MHz,比目前业界最好的 RISC-V 处理器性能高 40% 以上。

在PC时代,微软Windows 英特尔x86芯片的组合被业内喻为Wintel联盟,通过软硬组合的方式,Wintel联盟建立起极为成熟的生态,x86架构由此一家独大。移动时代来临之后,体量更小的ARM架构凭借更普惠的战略选择,提供CPU IP让更多合作伙伴自己去定义产品,最终也成为移动互联网时代的最大赢家之一。

确实,近两年来,RISC-V 生态快速崛起,对 ARMz 在物联网市场的扩展造成了威胁。目前 RISC-V 基金会成员已有 235 家 , 比如谷歌、西部数据、华为、阿里巴巴、华米、乐心、台湾晶心、联发科、杭州中天微等都已加入。

作为“后起之秀”,RISC-V的发展给ARM带来了很大的压力。2018年6月,ARM建立了RISC-BASICS.COM的网站,以“设计系统芯片之前需要考虑的五件事”为主题从成本、生态系统、碎片化风险、安全性和设计保证五个方面说明RISC-V在这些方面的弊端。

如果每年支付 20 万美元,则可以获得不限数量的芯片设计方案。后续,只有当芯片准备好生产并开始发货时,才需要向 ARM 支付许可证费用。此举也较大的降低了物联网厂商使用 ARM IP 的门槛。

在碎片化的问题上,ARM指出,由于RISC-V允许用户自己任意添加新的指令,但照此趋势发展下去,可能以后很多芯片厂商开发出的RISC-V架构处理器尽管都归属于同一RISC-V体系,但在实际应用搭配时却不能够适配同样版本的软件。

根据 IDC 的数据预测,到 2025 年,全球接入互联网的 IoT 设备将达到 416 亿台,将产生 79.4ZB 的数据。而将所有的数据处理都放到云端来处理是非常的不现实的,因为这将对网络带宽、云端的计算力、云端的存储能力带来不可承受之重。

“长远来看,自研芯片可以降低阿里巴巴整体计算的成本,芯片销售以及芯片设计服务,则可以以云服务的方式交付,以更高的性能和更低的成本赋能更多的企业。”阿里巴巴相关负责人表示。

戚肖宁表示:" 传统通用芯片的模式越来越难适应碎片化 AIoT 场景的需求,开源、开放是大势所趋,平头哥致力于做 AIoT 时代的芯片基础设施提供者,让芯片更普惠。"

从零开始

也正是在 " 中兴事件 " 发生之后不久,阿里正式收购了基于 RISC 架构的芯片设计公司中天微,随后便与达摩院合并成立了平头哥半导体公司。

撒胡椒面还是重点突破?阿里都想干。7月25日,云栖上海峰会上,阿里披露一揽子云 智能战略:升级版数字政府项目是云服务开疆拓土的一脉相承,更受关注的则是芯片公司“平头哥”首个产品玄铁910的面世。仿效PC时代英特尔X86和移动时代ARM的“架构决胜策略”,阿里使用了新的RISC-V架构,瞄准的也是比电脑和手机更大的物联网市场。

简单来说就是,平头哥将在基于开源的 RISC-V 架构基础上设计的具有自主知识产权的玄铁 910 的 IP Core 在一定程度上给免费开放了(虽然目前只是开放了 FPGA 代码),开发者可以在其基础上开发出自己的 IP Core 和 SoC。

“面向物联网时代,RISC-V能让阿里与其他国内外企业站在同一起跑线上。”业内人士认为,未来,能否成功为RISC-V打造物联网生态将成为阿里在这条路上成败的关键。从这个意义上来说,玄铁910的发布只能算阿里芯片万里长征的第一步。

平头哥的定位是未来 AIoT 芯片的基础设施提供者,主打面向领域的软硬整合的 SoC 平台。除了 CPU 外,平头哥还将推出 SoC 平台、存储器、OS 和算法的全栈解决方案,面向不同 AIoT 场景为企业和开发者提供不同层次的芯片服务。

对于阿里的 " 普惠芯片 " 计划,有媒体人士评论称," 阿里这是要将平头哥打造成物联网领域的 ARM",也有评论称 "ARM 要失眠了 "。

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成立不到一年,平头哥的玄铁 910 是如何练成的?

因此,边缘计算成为了近两年业界的发展的主要方向,得益于其在低带宽需求、隐私保护、低时延等方面的优势,越来越多的厂商选择通过在边缘侧利用 AI 技术进行数据的实时处理和分析,以减小对于云端的依赖和对于云端带来的压力。因此,在物联网领域,对于 AIoT 芯片的需求也快速爆发。

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根据阿里巴巴集团副总裁戚肖宁博士公布的资料显示,玄铁 910 基于当下非常热门的 RISC-V 开源架构开发,是一款高性能 CPU,可以以 IP Core 的形式集成到 SoC 处理器当中。

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戚肖宁表示 :" 平头哥致力于成为 AIoT 时代芯片的基础设施提供者,降低企业设计芯片的门槛。"

7 月 25 日,阿里巴巴在上海举办了 "2019 阿里云峰会 "。在本次会议上,阿里巴巴详细介绍了阿里的 "All in Cloud" 战略,同时阿里旗下的平头哥半导体还发布了号称业界最强的高性能 RISC-V 处理器——玄铁 910,并宣布完全开放玄铁 910 IP,降低高性能芯片的门槛,并加速应用。

此次玄铁 910 的推出和 " 普惠芯片 " 计划的公布,确实将有助于 RISC-V 阵营进一步在物联网市场与 ARM 展开竞争,对 ARM 造成一定冲击。

最强高性能 RISC-V 处理器——玄铁 910 发布

而为了应对 RISC-V 生态的快速壮大,化解 RISC-V 在物联网领域对于 ARM 所带来的威胁,今年 7 月 15 日,ARM 宣布了一项新收费模式,芯片制造商只需每年支付 7.5 万美元的费用,就可获得 ARM 公司约四分之三的技术和芯片设计方案组合。

而玄铁 910 之所以能够有如此出色的性能表现,主要是由于在内核的设计上,玄铁 910 在原有的双发射的基础上,发展成了并行三发射架构,流水线深度从 10 级发展成 12 级,并且支持乱序执行。同时,玄铁 910 还是业界首个实现每周期 2 条内存访问的 RISC-V 处理器。也就是说,玄铁 910 可以实现并行三发射 8 执行 2 内存访问。

从 2018 年 9 月,平头哥半导体公司正式成立,到今天(2019 年 7 月 25 日),仅用了不到一年的时间,平头哥的首款处理器产品玄铁 910 就正式发布了,这对于一般动辄需要两三年设计周期的处理器来说,可谓神速。

阿里后续是否会继续这样做下去,可能还需要看玄铁 910 的 FPGA 代码开放之后的是否能够得到积极的反馈,后续玄铁 910 IP Core 是否会完全免费开放。

对于开源的 RISC-V 架构来说,要想实现更高的性能,就需要进行深度优化。这也正是得益于平头哥研发团队过去在自研指令集上的技术积累以及 IP Core 的大规模商用经验。例如,对于处理器架构、工具链和开发环境等需要有深入的了解,同时还要擅长以 " 应用驱动 " 的思路开发处理器产品,拥有实时、可靠、安全和计算增强等面向领域的核心技术。

而对于阿里这家互联网厂商来说,在物联网时代要想继续获得成功,就必须切入物联网几大核心领域——处理器芯片、系统、数据和联接芯片。

其中 AliOS 可以实现低功耗低成本的云端接入,提供云端一体的解决方案。阿里云是国内最大的云服务商,在云端已经有了丰富的应用生态资源。

时隔不到一年的时间,今天,平头哥正式发布了公司成立以来的首款产品——玄铁 910。

截止 2017 年年底,中天微 C-SKY 系列 CPU 核的授权用户超过七十家,基于中天微 CPU 内核的 SoC 芯片累积出货已经突破 5 亿片。而在被收购之前,基于中天微的 CPU 内核的 SoC 芯片累积出货已超 7 亿片。

对于阿里来说,AIoT 芯片只是 "All in Cloud" 战略当中的一环,阿里收购中天微,成立平头哥也并不是简单的想通过设计芯片来赚钱,其根本还是为了其 "All in Cloud" 战略所服务。

戚肖宁高速芯智讯:" 平头哥还将继续推进自研 CPU 的研发,特别是针对应用的优化和工具链体系的完善。RISC-V 方面,平头哥会结合自研指令架构上积累的丰富经验,推进新一代 AIoT 指令架构的设计,并不断推出新的可产品化的 CPU。未来,端侧处理器将和云端 NPU 芯片实现更多的协同,平头哥将持续探索 DSA(domain specific technology)等核心技术,为企业提供更有竞争力的芯片基础设施。"

而随着物联网时代的到来,由于物联网设备品类繁多、应用广泛,市场非常的碎片化,而且很多物联网设备本身即是 " 操作系统 ",即是 " 应用 ",原本在移动互联网设备上极为重要的操作系统、APP,到物联网设备上已变得不再重要。而这也直接导致了物联网处理器芯片的架构出现了百花齐放的局面。不仅有 ARM 架构的,也有 MIPS 架构的,也有 RISC-V 架构,还有很多厂商自研的架构。

但是,目前所能带来的实际影响还是相对有限的。因为玄铁 910 目前还不是完全的免费开放,只是开放了 FPGA 代码,而且在物联网市场,需求量最大的仍然是对于性能要求并不高的低功耗处理器,对高性能处理器的需求并不大。而在性能要求较高的自动驾驶领域,目前也主要是 NVIDIA、Mobileye 等厂商的天下,不少自动驾驶汽车厂商自己也开始推出自研的自动驾驶芯片。

基于平头哥芯片平台的产品能天然接入阿里云,与云端应用生态对接后将形成新的产品形态,这也正是阿里借由成立平头哥所要实现的愿景。

对 ARM 影响几何?

目前,在物联网系统方面,阿里有 AliOS Things,同时阿里还联合众多的芯片厂商推出了 YoC(YunOS on Chip)云芯片;在数据存储和处理方面,阿里有阿里云服务、飞天操作系统等;在联接芯片方面,阿里多年前就有联合厂商推出廉价的 WiFi 模组和蓝牙模组,此外阿里还投资了翱捷科技,并于去年推出了超低功耗 LoRa 芯片。

而且,传统的 ARM 处理器 IP 通常是不允许做扩展的,但是RISC-V 则可以方便地进行扩展。这种可扩展可定制化的特点对于场景驱动、性能功耗需求各不相同的 AIoT 芯片特别重要。

值得一提的是,玄铁 910 还加入了 AI 增强的向量计算引擎,这也使得玄铁 910 在 AI 性能方面也不错的表现。

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虽然平头哥公司才成立不到一年,非常的年轻,但是实际上 "平头哥的芯片研发团队却有着 10 多年的量产 CPU 经验",戚肖宁说到。

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不过,需要指出的是,该心的收费模式主要是针对的物联网相关 IP,ARM 高端的一些 IP,比如针对旗舰智能手机的核心,将无法通过上述新模式获得。因为 ARM 在智能手机市场的依然是非常的强势,而在物联网市场 ARM 则要相对弱一些,再加上 RISC-V 的强势崛起,ARM 不得不做出调整。

从 PC 互联网时代,到移动互联网时代,再到现在的物联网时代,每一次技术浪潮,都伴随着处理器芯片平台和操作系统的巨大变革。在 PC 时代,英特尔的 X86 架构芯片与微软 Windows 操作系统独霸天下;但是在移动互联网时代,得益于 ARM 所采取的 IP 授权的形式以及安卓系统的开放,ARM 架构的处理器成为以智能手机为代表的移动互联网设备的标配。

而玄铁 910 之所以命名为玄铁,也有着一番深意。" 玄铁重剑是金庸笔下第一神剑,后被郭靖夫妇熔铸成倚天剑和屠龙刀。我也希望未来大家能够在玄铁 910 的基础上打造出‘倚天’和‘屠龙’。" 戚肖宁说到。

作为一款高性能的处理器 IP,戚肖宁表示,玄铁 910 可以用于设计制造高性能端上芯片,应用于 5G、人工智能、网络通信以及自动驾驶等领域。使用该处理器可使芯片性能提高一倍以上,同时芯片成本降低一半以上。

除了玄铁 910 之外,据芯智讯了解,平头哥还将在今年下半年推出一款针对云端的 AI芯片,其性能将处于业界领先地位,主要用于阿里云数据中心。

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不过,RISC-V 是一种开源的处理器架构,因此芯片设计厂商可以免费使用 RISC-V 架构,不需要像使用 ARM 的处理器 IP 那样,需要一笔不菲的授权费。

得益于过往在 RISC 自研芯片领域的深厚积累,平头哥成立之后推出首款芯片产品选择 RISC-V 架构也是很自然。

同时,去年阿里还联合联发科推出了 IoTConnect 协议的蓝牙芯片;而在处理器芯片方面的布局则落在了平头哥的肩上。

显然,对于芯片设计厂商来说,使用 RISC-V 架构来做 AIoT 芯片,不仅更加的灵活,同时成本也将更低。

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而且,开源的处理器架构也意味着,芯片设计厂商可以基于 RISC-V 架构打造完全自主可控的芯片,不需要担心被某一个国家或者某一个厂商所限制。

值得注意的是,今年 6 月高通还投资了全球领先的商用 RISC-V 处理器 IP 和硅解决方案的供应商 SiFive,而在此之前,英特尔也对其进行了投资。

不过,如果阿里接下来继续打造出一系列适用于不同场景的不同类型的基于 RISC-V 架构的 IP Core,并将其完全免费开放或者以极低的代价向外界提供,这必然吸引到非常多的合作伙伴,逐渐形成一个围绕着阿里处理器 IP 的生态,而阿里则可以借此推动自身的包括云在内的一些列的服务覆盖到更多的物联网厂商。此举,将会对 ARM 产生真正的威胁。

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