提升超20%！平頭哥推高能效RISC-V處理器，推進(jìn)端云一體生態(tài)

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/梁浩斌）在2022云棲大會上，阿里平頭哥發(fā)布了全新的RISC-V高能效處理器玄鐵C908。對于RISC-V架構(gòu)而言，目前已經(jīng)在IoT等對性能要求不高的領(lǐng)域大放異彩，但想要進(jìn)一步提高RISC-V的競爭力，打開更大的市場，就需要往高性能領(lǐng)域突破。

平頭哥半導(dǎo)體有限公司副總裁孟建熠在會上提到，當(dāng)前RISC-V在高性能領(lǐng)域有兩方面亟待突破，分別是高能效處理以及軟件生態(tài)建設(shè)。

那么作為國內(nèi)RISC-V生態(tài)發(fā)展的重要推動者之一，在能效上，平頭哥進(jìn)展如何？

平衡高性能低功耗，拓展RISC-V應(yīng)用新領(lǐng)域

面向極致高性能，其實(shí)平頭哥在2019年就發(fā)布了主頻可高達(dá)2.5GHz的玄鐵C910處理器，當(dāng)時刷新了RISC-V處理器的性能記錄。據(jù)介紹，內(nèi)置玄鐵C910處理器的芯片，性能可提高一倍以上，芯片成本降低一半以上，極大降低高性能端側(cè)芯片的成本，這也使得RISC-V處理器未來能夠應(yīng)用在AI、通信、自動駕駛、5G等領(lǐng)域。

在高能效方面，今年平頭哥已經(jīng)發(fā)布了無劍600高性能SoC芯片設(shè)計(jì)平臺，“打樣”曳影1520 SoC原型，將RISC-V從1GHz帶進(jìn)2GHz商用時代。曳影1520搭載四核玄鐵C910 CPU、4個TOP NPU以及廣泛的標(biāo)準(zhǔn)I/O接口，還采用了符合GlobalPlatform標(biāo)準(zhǔn)的可信執(zhí)行環(huán)境 (TEE) 安全認(rèn)證方案。

而基于曳影1520 SoC，以及無劍600高性能RISC-V異構(gòu)芯片的軟硬件全棧平臺，阿里推出了一款型號為DC-ROMA的筆記本電腦，并運(yùn)行阿里巴巴基于Linux自研的OpenAnolis操作系統(tǒng)?？梢哉f，阿里通過軟硬件上的融合優(yōu)勢，成功將軟高性能RISC-V處理器落地到終端產(chǎn)品上。



但高性能往往意味著高功耗，要令RISC-V處理器適應(yīng)更豐富的場景，比如智能交互、AR/VR等領(lǐng)域，還需要平衡高性能和低功耗，也就是需要高能效的處理器。這次發(fā)布的玄鐵C908，就是平頭哥在RISC-V能效探索的最新成果，持續(xù)增強(qiáng)CPU性能和AI算力的同時，進(jìn)一步提升了CPU和AI的計(jì)算能效。

CPU能效提升方面，玄鐵C908支持多核多簇架構(gòu)，采用高效9級雙發(fā)按序流水線，主頻雖然不如C910極致，但也達(dá)到了2GHz。再加上通過多通道、多模式數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)，大幅提升數(shù)據(jù)訪問帶寬；通過融合特定指令流組合，提升讀取指令帶寬；多級cache擴(kuò)展等多項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)CPU能效的大幅提升，整形、浮點(diǎn)計(jì)算相比上一代C906平均提升40%以上。



另一方面，為了提升AI算力和能效，玄鐵C908在微架構(gòu)上作出了升級，首次采用RISC-V Vector 1.0標(biāo)準(zhǔn)，并基于標(biāo)準(zhǔn)新增DOT指令；推出INT4數(shù)據(jù)類型；全面優(yōu)化AI算子及算法庫，典型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)計(jì)算的性能比前一代的C906提升50%以上。相比此前在國際權(quán)威AI測試MLPerf TIny V0.7中奪冠的玄鐵C906，C908在圖像分類任務(wù)中性能更是再提升3.5倍。

即使與業(yè)界同性能處理器相比，玄鐵C908能效提升也超過20%，因此C908可以廣泛適用于智能交互、多媒體終端、AR/VR、無線通訊等場景和領(lǐng)域。而在EEMBC行業(yè)應(yīng)用測試中，玄鐵C908相比C906提升幅度也不小，包括信號處理提升1.3倍性能、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力增強(qiáng)2.7倍、通信處理能力提升1.3倍。換個說法就是，在行業(yè)應(yīng)用中，C908可以用相同的功耗完成更多更復(fù)雜的任務(wù)。

據(jù)稱，C908處理器將會在嘉楠科技的K230中高端立體視覺AI芯片上首發(fā)，定位低功耗、高性能、快速啟動，具有高主頻、AI適配等能力，預(yù)計(jì)將在明年上市。

如果我們回顧ARM處理器的發(fā)展歷程，不難發(fā)現(xiàn)，從應(yīng)用上一開始專注于低成本、低功耗的領(lǐng)域，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的持續(xù)拓展，再推進(jìn)從高性能到高能效的方向發(fā)展。RISC-V作為后起之秀，初期的目標(biāo)其實(shí)類似于ARM，同樣是從低成本、低功耗入手。但目前隨著業(yè)界對于RISC-V的重視，近年來有逐漸往進(jìn)軍高性能領(lǐng)域的產(chǎn)品出現(xiàn)，包括2019年平頭哥發(fā)布的玄鐵C910。

而接下來，邊緣計(jì)算對于高能效的需求，是未來RISC-V拓展應(yīng)用領(lǐng)域的機(jī)會。據(jù)了解，目前玄鐵RISC-V處理器已在邊緣計(jì)算、無線通訊、工業(yè)控制、通用MCU等30多個行業(yè)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)落地，是中國RISC-V領(lǐng)域中應(yīng)用規(guī)模最大的處理器。從低功耗，到高性能，再到高能效，平頭哥正不斷推動RISC-V挖掘出更多核心競爭力，讓RISC-V普惠算力進(jìn)入更多場景和領(lǐng)域。

接入安卓體系，適配操作系統(tǒng)，軟件生態(tài)加速發(fā)展

前面提到，RISC-V在高性能領(lǐng)域有兩方面亟待突破，分別是高能效處理以及軟件生態(tài)建設(shè)。處理器硬件的發(fā)展解決了應(yīng)用需求的問題，但對于RISC-V未來能夠達(dá)到怎樣的市場地位，軟件生態(tài)可以說起到?jīng)Q定性作用。

目前來看，平頭哥已經(jīng)形成了RISC-V軟硬一體的全棧平臺，軟件棧方面已經(jīng)構(gòu)建起包括工具鏈、中間件與組件、操作系統(tǒng)、AI加速庫、針對應(yīng)用的SDK等在內(nèi)的玄鐵RISC-V軟件生態(tài)。

在RISC-V開發(fā)工具層面，平頭哥已形成完整的玄鐵RISC-V處理器端云一體開發(fā)工具，自研集成開發(fā)環(huán)境CDS/CDK，實(shí)現(xiàn)開發(fā)環(huán)境與云端打通，從應(yīng)用方案，到開發(fā)診斷，再到芯片資源庫，提供最全面的技術(shù)支持。通過深度架構(gòu)優(yōu)化，平頭哥讓GCC和LLVM編譯器的動態(tài)指令數(shù)下降20%。

同時平頭哥還提供AI部署工具HHB，該工具具備高效、技術(shù)領(lǐng)先、兼容開放、易于使用等特點(diǎn)。此前在國際AI權(quán)威榜單MLPerf Tiny v0.7測試中，基于HHB及加速庫CSI-NN2的軟硬件聯(lián)合優(yōu)化方案，玄鐵C906處理器取得了全部4個AI典型任務(wù)指標(biāo)的第一。

面向開發(fā)者的工具準(zhǔn)備好后，下一個重點(diǎn)無疑是接入主流操作系統(tǒng)。目前安卓系統(tǒng)是全球市場占有率最高的移動操作系統(tǒng)，但幾乎與ARM架構(gòu)綁定在一起，特別是智能手機(jī)、IoT等重要市場上。因此，RISC-V接入安卓體系，無論是從安卓的應(yīng)用生態(tài)考慮、還是從市場空間去考慮，都是業(yè)界所期待的。

去年電子發(fā)燒友網(wǎng)曾對平頭哥成功將安卓移植到RISC-V平臺上進(jìn)行多次報(bào)道，平頭哥在2021年10月首次完成了安卓系統(tǒng)的整體移植，在玄鐵C910處理器上首次兼容安卓10.0系統(tǒng)，并運(yùn)行chrome瀏覽器等應(yīng)用。今年4月，玄鐵C910在安卓12.0系統(tǒng)上成功運(yùn)行TensorFlow Lite，集成多項(xiàng)第三方關(guān)鍵組件，證明了RISC-V可兼容不斷更新的安卓系統(tǒng)。

到了今年9月，RISC-V接入安卓體系又迎來新的突破。9月30日，谷歌安卓AOSP社區(qū)開始接收RISC-V補(bǔ)丁。平頭哥率先提交關(guān)于Bionic C庫、模擬器、三方上游模塊等76項(xiàng)基礎(chǔ)代碼補(bǔ)丁，其中，與AOSP社區(qū)合作直接并入官方補(bǔ)丁18項(xiàng)，拆分合入C庫關(guān)鍵補(bǔ)丁12項(xiàng)，外部項(xiàng)目合入補(bǔ)丁4項(xiàng)，成為全球首批安卓系統(tǒng)吸納的RISC-V補(bǔ)丁。

這意味著安卓系統(tǒng)兼容RISC-V處理器的進(jìn)程，又邁出一大步。

當(dāng)然，在安卓系統(tǒng)之外，平頭哥在云上操作系統(tǒng)、端側(cè)操作系統(tǒng)都分別實(shí)現(xiàn)了適配。基于高性能SoC原型“曳影1520”，平頭哥已經(jīng)完成龍蜥操作系統(tǒng)Anolis OS的適配，成為RISC-V架構(gòu)兼容云上操作系統(tǒng)的全球首個里程碑。這意味著未來RISC-V能夠走向云計(jì)算等高性能應(yīng)用，同時繼續(xù)向“云-邊-端”一體的方向發(fā)展。

在本屆云棲大會上，平頭哥還宣布完成RISC-V與統(tǒng)信操作系統(tǒng)社區(qū)版本的首度適配，并成功運(yùn)行桌面環(huán)境的多款軟件，展示了RISC-V在桌面端的應(yīng)用潛力。

到目前為止，玄鐵RISC-V處理器已完成RTOS、Yocto Linux、Android、龍蜥、統(tǒng)信等多款云、邊、端國際主流及國產(chǎn)操作系統(tǒng)的適配。

作為RISC-V國際基金會董事會成員，平頭哥自2019年加入以來，一直參與技術(shù)組標(biāo)準(zhǔn)討論，在11個技術(shù)組中擔(dān)任Chair/Vice-Chair，領(lǐng)導(dǎo)技術(shù)組討論和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。據(jù)了解，今年平頭哥還推動RVM-CSI(Common Software Interface)技術(shù)組成立，為基于RISC-V架構(gòu)的不同MCU提供統(tǒng)一的軟件接口，從而推動RISC-V軟件生態(tài)的發(fā)展。

毫無疑問，RISC-V在各方的支持下，正在以驚人的速度建立強(qiáng)大的軟硬件生態(tài)體系，并正在從IoT終端加速往邊緣側(cè)和云端推進(jìn)。正如中國科學(xué)院院士、半導(dǎo)體物理和器件專家褚君浩在今年云棲大會上所言：“一個蓬勃發(fā)展的生態(tài)，是指令集乃至芯片成功的關(guān)鍵，需要更多科研人員、高校院所、企業(yè)和產(chǎn)業(yè)各界的廣泛參與。從中國走向世界，今天RISC-V在中國取得的長足發(fā)展，本身就是全球信息技術(shù)發(fā)展史的一部分，也必將貢獻(xiàn)于全人類的技術(shù)共同體。”