平头哥的 RISC-V 架构征程

作为全球最 “年轻” 的 CPU 架构，开放式的 RISC-V，发展速度越来越快。

“3-5 年后，RISC-V 将无处不在！” RISC-V 之父、图灵奖得主 David Patterson，在 3 月 2 日阿里平头哥举办的首届玄铁 RISC-V 生态大会上，对这套架构的发展做出了充满激情和信心的预判。

这说明，从 2014 年问世开始至今，经历了 9 年的初期发展，RISC-V 即将进入繁荣阶段。

在国内，深耕 RISC-V 架构并在生态领域做最好的公司是阿里平头哥。平头哥副总裁孟建熠在大会上表示，“RISC-V 的蓬勃发展，需要全球创新协同。从芯片生态，到基础软件生态，再到应用和终端生态，平头哥正连接各大生态体系，让全球的开发者和合作伙伴都能更好地使用和发展 RISC-V 技术。”

平头哥在 RISC-V 的国内优势得益于其早期布局。在过去五年，平头哥构建了较为完整的 RISC-V 架构处理器核产品家族，持续推动了这套架构对 Android、Debian、Ubuntu 等主流操作系统的全兼容。

可以说，RISC-V 架构得以和 x86、ARM 两大主流架构并驾齐驱，与平头哥的努力密切相关。

中国工程院院士倪光南表示，RISC-V 是中国 CPU 领域最受欢迎的架构，成为推动新一代信息技术发展的新引擎。

平头哥发展 RISC-V 架构路径

RISC-V 是一个 CPU 架构，基于精简指令集（RISC）原则开发。与主流的 ARM 不同，RISC-V 是开源的指令集架构（ISA），而前者是专有的。ISA 是沟通软件和硬件之间的关键技术，可以看做是一座桥梁。

除了 ARM 和 RISC-V，另一个主流架构是英特尔的 x86。通过与微软 Windows 操作系统的深度融合，x86 架构开启了 PC 时代；而 ARM 架构和谷歌安卓的生态融合，催生了繁荣的移动互联网应用。

RISC-V 的方向，既与 PC 的 x86 架构不同，也和移动互联网的 ARM 架构有差异。RISV-C 以其开放、简洁、模块化的特征，伴随着万物互联的智能时代，从终端走向云端，有望成为 IoT 主流架构生态。

对比起来看，ARM 在 1984 年问世，x86 更早，在 1978 年就出现来了。相比之下，RSIV-C 还处于少年阶段，2010 年才由加州大学伯克利分校的 David Patterson 教授团队领导研发，同时宣布对外开源，任何企业、开发者都可免费使用。

RISC-V 指令集完全开源，设计简单，易于移植 Unix 系统。采用模块化设计，工具链发展至今虽不能与 ARM 比，但也较为完整，故有大量开源实现和流片案例，得到很多芯片公司的认可。

但是，RISC-V 尽管得到认可，但却陷入 “叫好不叫座” 的尴尬，在硬件领域尤其如此。因此，RISC-V 在 2015 年之前，影响力基本上限于学术界。转机在 2015 年出现，那年国际基金会接手开始运营 RISC-V。这是这项技术从高校走向产业界的开端。

在 RISC-V 由国际基金会运营的当年，阿里也启动了其造芯计划。2015 年，阿里巴巴宣布与中天微合作研发云芯片架构。2017 年，阿里成立达摩院，研发芯片成为达摩院核心工作目标之一。

达摩院芯片研发团队在 2018 年 9 月，与当年 4 月被阿里全资收购的中天微团队合并，成立平头哥芯片公司。

平头哥成立后，芯片研发技术采用了两条腿走路：一是用 ARM 架构的公版 IP，研发支持阿里云 IDC 的普惠算力芯片，推出倚天和含光系列；另一个是基于 RISC-V 架构的玄铁系列，主要用于 AIoT 领域。

之所以平头哥敢采用 RISC-V 架构研发硬件，并非头脑发热不知天高地厚，其底气来自中天微团队。这家公司是国内在 2018 年时拥有自主嵌入式 CPU IP core 的唯一企业，既有十多年的 CPU 处理器 IP 研发经验，也有构建生态的丰富实践。

选择站在巨人的肩膀上，平头哥研发芯片的速度极快。

平头哥芯片公司成立不到一年，2019 年 7 月，平头哥就发布了当时业界性能最强的 RISC-V 处理器玄铁 910。从参数看，玄铁 910 的性能首次突破了基于 RISC-V 架构的低端化属性，比当时业界最好的 RISC-V 处理器性能提高了 40%+，在性能上接近 ARM 架构的高端芯片。

这是 RISC-V 产业化发展的里程碑，激起了产业巨头的无比热情。此后，来自 Intel、高通、中科院和华为等国内外产业技术巨头和研发机构也集体加入这个领域。

这些热情结出了丰硕成果，比如 2021 年 6 月，中科院计算所发布高性能 RISC-V 处理器香山；2022 年 2 月，Intel 宣布加入 RISC-V 阵营，成为 RISC-V 基金会高级会员；同年 11 月，美国芯片创业公司 SiFive 推出 3.4GHz 的 RISC-V 处理器。

制定标准：低调的突破

在此期间，平头哥继续快速奔跑。

2021 年 5 月，平头哥推出 RVB-ICE、RVB-D1 和 RVB2601 三款开发板，为开发者和企业提供体验 RISC-V 技术的载体；2021 年 10 月，平头哥开源玄铁系列 RISC-V 处理器，包括玄铁 E902、E906、C906 和 C910，以及多操作系统（AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android 等）的全栈软件及工具。这是平头哥系列处理器与基础软件的全球首次全栈开源。

2022 年 11 月云栖大会，平头哥发布 RISC-V 高能效处理器玄铁 C908：计算能效较业界同性能处理器提升超 20%，可用于智能交互、多媒体终端、AR/VR 和无线通讯等场景。

在 2022 RISC-V 中国峰会上，阿里平头哥发布首个高性能 RISC-V 芯片平台 “无剑 600”（前代是无剑 100，集芯片架构、基础软件、算法与开发工具于一体）和 SoC 原型 “曳影 1520”。

平头哥现在的 RISC-V 成绩如何？到 2022 年，其已拥有从低功耗、低成本到高性能、高能效的 C、E、R 三系列共 8 款 RISC-V 处理器产品家族，并向全球开发者开源 4 款量产玄铁 RISC-V 处理器。

由于平台开源，因此各种丰富的场景应用越来越多，RISC-V 架构应用边界也在不断被打破。这种丰富性体现在包括边缘计算、无线通讯、工业控制、通用 MCU 等在内的 30 多个领域及应用场景，都在用玄铁平台研发各种应用芯片。

3 月 2 日，孟建熠透露，嘉楠科技推出全球首款支持 RISC-V V1.0 标准的、内嵌平头哥玄铁 C908 的商用芯片 K230；北京算能推出 64 核 RISC-V 服务器芯片，为该技术在云计算领域构筑了硬件基础。

这种多点开花的良好局面，不仅是 RISC-V 的架构应用研发成果，也是平头哥的生态努力果实。因为除了技术研发和平台开源，生态构建也是平头哥的主要方向。

基于开放标准，全球企业的竞合，相当于在构筑互为你我所用的良性生态体系。平头哥的 RISC-V 生态构建路径即推动多企业合作，在 AIoT 领域和如创维酷开、网易有道、海尔智家和云知声等公司合作，共同研发与平头哥玄铁 RISC-V 处理器在计算视觉、智能家居、数据存储、工业互联、网络通信、生物识别和信息安全等领域的多项具体应用开发。

中科院计算所副所长包云岗将此发展模式比作 “5G” 模式。中国工程院院士倪光南院士极为肯定这种方式并称，“RISC-V 是中国 CPU 领域当前最受欢迎的架构，将成为推动新一代信息技术发展的新引擎。”

事实上，更积极的现实是，以平头哥为代表的中国芯片企业，开始进入芯片架构的标准制定和参与软件生态的核心共建，而中国企业正在加速深度参与，这是中国集成电路发展史上的首次，也是半导体领域的新突破。

据 RISC-V 国际基金会 CEO Calista Redmond 透露，在该基金会全部的 22 位高级会员中，有 12 位来自中国。在国际标准建设中，平头哥领导了其中的 11 个主要技术小组，推动 29 个技术方向的标准制定，是公认的投入力量最大的中国机构。

在软件生态上，平头哥作为先行者做出的尝试，结果堪称炫目。比如，平头哥首次做到了 RISC-V 和全球最大的操作系统 Android 的相互兼容，这个结果将在未来极大推动 RISC-V 的发展，也为智能终端的芯片设计提供了新的技术选择。

谷歌 Android 项目工程总监 Lars Bergstorm 对此做出评论，“平头哥是两大体系深度融合的主要推动者，谷歌 Android 也将加大投入 RISC-V，目标让 RISC-V 成为安卓 Tier1 梯队的生态模块。”