半導(dǎo)體芯片是現(xiàn)代科技發(fā)展的基石，而在人工智能時(shí)代，AI算力成為衡量芯片實(shí)力的關(guān)鍵指標(biāo)。近日，一顆名為＂K1＂的RISC-V芯片在國內(nèi)正式量產(chǎn)，這顆全球首款8核RISC-V AI芯片憑借出眾的算力表現(xiàn)和低功耗優(yōu)勢，引發(fā)了業(yè)內(nèi)廣泛關(guān)注。

K1芯片由國內(nèi)芯片公司進(jìn)迭時(shí)空科技推出，采用12納米工藝制造，單核算力和總算力均超過主流ARM Cortex-A55芯片130%以上，但功耗僅為后者的60%-80%。這意味著K1不僅擁有強(qiáng)大的AI運(yùn)算能力，而且能高效節(jié)能，在手機(jī)、平板電腦、物聯(lián)網(wǎng)等終端設(shè)備上將大顯身手。

更令人振奮的是，K1芯片可以運(yùn)行從經(jīng)典的AlexNet，到大型語言模型Llama-2-7b等各種AI算法模型，實(shí)現(xiàn)了與主流AI生態(tài)的快速對接。這一切要?dú)w功于K1芯片創(chuàng)新的架構(gòu)設(shè)計(jì)，它通過通用CPU為基礎(chǔ)，結(jié)合少量DSA定制和大量微架構(gòu)創(chuàng)新，從而實(shí)現(xiàn)了TOPS級的AI算力。


K1芯片的＂黑科技＂有哪些？解密其超強(qiáng)AI算力

相比傳統(tǒng)的＂ARM CPU核+NPU核＂模式，K1芯片采取了一種全新的架構(gòu)設(shè)計(jì)理念。在K1芯片中，AI算力主要來自于通用CPU核心，而非專門的NPU核心。這種設(shè)計(jì)不僅避免了重復(fù)開發(fā)的浪費(fèi)，更充分利用了開源生態(tài)中豐富的軟硬件資源。

K1芯片在通用CPU核心上添加了少量DSA（數(shù)字信號加速器）定制模塊，同時(shí)通過大量的微架構(gòu)創(chuàng)新，賦予了CPU以強(qiáng)大的AI運(yùn)算能力。這種＂通用+定制＂的混合模式，使得K1芯片在保持通用性的也獲得了專門化的AI加速性能。

K1芯片是將CPU和NPU的優(yōu)點(diǎn)有機(jī)結(jié)合，并取長補(bǔ)短。一方面，它繼承了CPU的通用性和開放性；另一方面，又擁有媲美專用NPU的AI算力。這種創(chuàng)新設(shè)計(jì)理念，不僅降低了芯片的開發(fā)成本，更重要的是為RISC-V生態(tài)帶來了前所未有的AI算力支持。

K1芯片的AI算力到底有多強(qiáng)？根據(jù)官方數(shù)據(jù)，K1芯片的AI算力可達(dá)到1.5TOPS，相當(dāng)于將16顆ARM Cortex-A55 CPU核心的算力合并。這種超強(qiáng)算力，使得K1芯片可以輕松運(yùn)行從經(jīng)典的AlexNet、ResNet，到大型語言模型GPT-3、Llama等各種AI算法模型。


RISC-V架構(gòu)走進(jìn)AI生態(tài)

當(dāng)前，RISC-V生態(tài)正在從物聯(lián)網(wǎng)、MCU等低算力領(lǐng)域，向高性能計(jì)算、PC、數(shù)據(jù)中心等高算力領(lǐng)域拓展。這是RISC-V生態(tài)發(fā)展的一個重要標(biāo)志，也意味著RISC-V正在向主流架構(gòu)邁進(jìn)。

RISC-V在人工智能和高性能計(jì)算領(lǐng)域的機(jī)遇正在顯現(xiàn)。作為一種開放且可定制的指令集架構(gòu)，RISC-V具有天然的優(yōu)勢。

在AI領(lǐng)域，RISC-V可通過定制指令集來優(yōu)化特定的AI算法，提高運(yùn)算效率。比如，針對卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等深度學(xué)習(xí)模型，可以設(shè)計(jì)專門的指令加速計(jì)算。這種靈活性使得RISC-V在AI加速領(lǐng)域備受青睞。

除了定制指令集，RISC-V的可擴(kuò)展性也很適合AI應(yīng)用場景。AI算法對算力需求越來越大，RISC-V可以通過擴(kuò)展核心數(shù)量、提高主頻等方式，滿足不斷增長的算力需求。

已經(jīng)有不少RISC-V處理器應(yīng)用于AI加速領(lǐng)域。比如達(dá)摩院的玄鐵C910處理器，就是一款面向AI加速的RISC-V芯片，已在阿里云神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器實(shí)例中使用。

在高性能計(jì)算領(lǐng)域，RISC-V同樣擁有廣闊前景。作為一種精簡指令集，RISC-V有利于實(shí)現(xiàn)高時(shí)鐘頻率，適合高性能計(jì)算場景。RISC-V的可擴(kuò)展性也使其能夠構(gòu)建從小核到大核的處理器陣列，滿足不同算力需求。

RISC-V生態(tài)中已經(jīng)涌現(xiàn)出不少面向高性能計(jì)算的處理器產(chǎn)品。比如思安克的星光處理器、阿里達(dá)摩院的玄鐵C910等，都是面向高性能計(jì)算和AI加速的RISC-V處理器。

除了性能優(yōu)勢，RISC-V開源的特性也有利于在高性能計(jì)算領(lǐng)域推廣。開源意味著更多合作伙伴能夠加入，共同推進(jìn)RISC-V在高性能計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展。


大廠的押注與布局

在技術(shù)創(chuàng)新和市場需求的雙輪驅(qū)動下，RISC-V發(fā)展?jié)摿ΡM顯。在此趨勢下，各大芯片巨頭紛紛投身其中，共同探索RISC-V的廣闊前景，以期在未來的競爭中占據(jù)有利地位。這其中包括蘋果、英特爾、高通、瑞薩、英飛凌、恩智浦、博世等。

究其原因，各大芯片廠商之所以紛紛押注RISC-V領(lǐng)域，背后究竟隱藏著怎樣的考量與布局？

對于任何一個芯片大廠而言，在ISA的選擇上都是相當(dāng)謹(jǐn)慎的。ISA不僅決定了芯片開發(fā)的難易程度，也決定了與之綁定的軟件和開發(fā)生態(tài)，甚至可能會影響到市場面臨的競爭。

當(dāng)前，移動芯片市場的性能之爭愈演愈烈，不論高通、英偉達(dá)，還是三星、蘋果，實(shí)際上它們都是基于Arm架構(gòu)開發(fā)的，都屬于Arm聯(lián)盟的成員之一。目前為止，Arm已經(jīng)占據(jù)了智能手機(jī)芯片領(lǐng)域95%以上的市場份額，包括平板電腦等。

過于依賴軟銀集團(tuán)旗下Arm公司的技術(shù)可能會給自身帶來一些風(fēng)險(xiǎn)，2022年底Arm就曾因知識產(chǎn)權(quán)問題起訴過高通。

此外，Arm技術(shù)不僅在智能手機(jī)中無處不在，當(dāng)下正迅速擴(kuò)展到大型設(shè)備、數(shù)據(jù)中心和汽車用途。

汽車業(yè)務(wù)也是高通的核心業(yè)務(wù)之一，尤其是智能座艙系統(tǒng)。如今包括英特爾在內(nèi)的其它大型半導(dǎo)體芯片制造商也表示，他們未來將支持RISC-V芯片的開發(fā)。這可能會給高通帶來更多動力。在2022的RISC-V全球峰會上，高通高管宣布，早在2019年發(fā)布的驍龍865 SoC中，高通就已經(jīng)將RISC-V用到了微控制器的設(shè)計(jì)中，并已經(jīng)出貨了上億個RISC-V核心。

瑞薩 作為MCU大廠之一，尤其是在汽車領(lǐng)域，經(jīng)過多年的積累與開發(fā)，旗下已經(jīng)有了多條MCU產(chǎn)品線。在32位MCU上，有基于自研CISC內(nèi)核的RX系列，也有基于Arm Cortex-M架構(gòu)的RA系列。即便如此，瑞薩還是決心開拓第三條產(chǎn)品線，而這條產(chǎn)品線正是基于RISC-V架構(gòu)。

英特爾 對推進(jìn)RISC-V也頗有興趣，2022年英特爾大力扶植RISC-V——以Premier（高級會員）的身份，加入了RISC-V International基金會。與此同時(shí)，它還設(shè)立了10億美元 （約合人民幣64億）的IFS基金，用于扶持初創(chuàng)和成熟企業(yè)進(jìn)行代工生態(tài)的創(chuàng)新，其中很大一部分用于RISC-V。

IFS 計(jì)劃提供一系列經(jīng)過驗(yàn)證的 RISC-V IP 內(nèi)核，并針對不同的細(xì)分市場進(jìn)行了性能優(yōu)化，確保 RISC-V 在 IFS 芯片上跨所有類型的內(nèi)核（從嵌入式到高性能）運(yùn)行最佳。同時(shí)將提供三種類型的 RISC-V 產(chǎn)品：基于 IFS 技術(shù)制造的合作伙伴產(chǎn)品；RISC-V 內(nèi)核被許可為差異化 IP；利用先進(jìn)的封裝和高速芯片間接口，提供基于 RISC-V 的小芯片構(gòu)建塊。

其實(shí)，英特爾在很早之前就在RISC-V路線上有所動作，2021年英特爾就推出了基于RISC-V架構(gòu)的Nios V處理器。在此之前，英特爾還欲花費(fèi)20億美元收購RISC-V芯片設(shè)計(jì)公司SiFive，但最終并沒有成功，不過這也讓大眾看到了英特爾面對 RISC-V 的心態(tài)。

RISC-V CEO Calista Redmond 表示：“RISC-V 的開放合作已經(jīng)引發(fā)了半導(dǎo)體行業(yè)的深刻轉(zhuǎn)變，這種合作伙伴關(guān)系將加速開放計(jì)算的創(chuàng)新。”

英特爾研究院副總裁、英特爾中國研究院院長宋繼強(qiáng)表示，英特爾中國研究院專門把RISC-V這個開放開源的指令集列入研究領(lǐng)域，是因?yàn)橹袊谶@一領(lǐng)域的影響力比較明顯，在RISC-V國際基金會高級會員里，接近一半是中國企業(yè)或者學(xué)校。另外，中國還有政府方面的引導(dǎo)，想讓RISC-V成為未來自主創(chuàng)新的重點(diǎn)。因此，中國未來在RISC-V發(fā)展上一定會走的很好。