能效提升超20%!5年8款CPU,平頭哥玄鐵RISC-V生態實現大跨步
在“2019 阿里云峰會”上,阿里平頭哥正式發布了當時業界最強的高性能RISC-V處理器內核——玄鐵C910,引發了業界的廣泛關注。實際上,早在2014年之時,平頭哥副總裁孟建熠就已經開始關注RISC-V,2018年,平頭哥成功研發一款低功耗的RISC-V內核玄鐵E902。此后,平頭哥持續深耕RISC-V領域,并迅速成為了RISC-V領域的領導廠商。
本文引用地址:http://www.104case.com/article/202211/440247.htm11月3日,在杭州舉行的“2022云棲大會”上,平頭哥發布全新的RISC-V高能效處理器——玄鐵C908。據介紹,玄鐵C908計算能效全球領先,較業界同性能處理器的能效提升了超20%。
△阿里云智能總裁張建鋒介紹RISC-V最新進展
至此,平頭哥已經累計正式推出了三個系列八款RISC-V CPU內核,覆蓋了低功耗的安全需求、高性能、成本優化、計算增強、高能效等不同類型的用戶需求。與此同時,作為RISC-V領域的頭部廠商,平頭哥還在不斷通過與龍蜥社區、統信軟件、谷歌安卓合作,持續拓展RISC-V軟件生態,探索RISC-V在云端、桌面端和移動端的潛力,全面助力RISC-V產業的發展。
開源RISC-V是中國芯片產業大機遇
目前在CPU市場,英特爾的x86架構及Arm架構仍然是全球最為主流的指令集架構。其中,x86架構統治著PC及服務器市場,而Arm架構則幾乎完全壟斷了移動市場。近年來興起的RISC-V架構,得益于其指令精簡、模塊化、可擴展、開源的優勢,也迅速在對功耗、成本更為敏感的物聯網市場站穩腳跟,并開始持續向著更高能效和高性能的市場進行開拓,大有與x86、Arm三足鼎立之勢。
根據Semico Research的最新預測,到2025年,全球RISC-V CPU內核的出貨量累計將達到約800億顆(去年之時這一預測還是624億顆),年復合年增長率高達114.9%,在全球CPU內核出貨量當中的占比將超過14%。
Counterpoint Research的數據則顯示,到2025年,RISC-V在IoT市場的市占率將達28%,在工業市場的市占率將達12%,在汽車市場的市占率將達10%。
“RISC-V是有史以來最豐富、最開放的指令集架構,同時RISC-V也正在迅速構建最強大的生態系統。目前,基于RISC-V內核的芯片出貨量已經達到了100億顆。德勤預測2022年RISC-V內核芯片出貨量將比2021年翻一番,2023年將再翻一番。RISC-V的崛起已是大勢所趨。”在2022云棲大會上,RISC-V International首席執行官Calista Redmond通過視頻演講時說到。
而RISC-V產業迅猛發展的背后,也得益于中國廠商的熱捧。近年來,國內對于核心芯片的自主可控需求越來越高,開源的RISC-V自然也備受國內廠商的追捧。
中國工程院院士倪光南在2022云棲大會上表示:“開源模式已從軟件領域走向硬件領域。RISC-V降低了進入芯片行業的門檻,也符合未來萬物智能時代的技術發展趨勢,中國要爭取在萬物互聯的新時代,使得RISC-V發展成為世界主流CPU架構,形成x86、Arm和RISC-V三分天下的格局。”
這與中國科學院院士褚君浩的想法不謀而合,在2022云棲大會上,他表示:“當前開源開放已經成為信息技術系統的一大趨勢,成為全球協同創新的新模式,持續推動信息技術的快速發展。芯片的基礎是指令集,開源、精簡的RISC-V指令架構,為我們國家掌握芯片產業的發展主動權也提供了機遇。”
值得注意的是,在RISC-V基金會的3100多家會員當中,中國企業占比達到了近一半。即便是在RISC-V基金會目前的24家最高級別的董事會成員當中,中國廠商的占比也接近了一半,其中就包括阿里平頭哥。而作為董事會成員單位,可以提名一名理事委員會理事,以及技術委員會代表,可直接影響RISC-V標準的制定和技術發展方向。
目前阿里平頭哥是RISC-V國際基金會董事會成員,并且在基金會中的數據中心、存儲管理、安卓、安全等11個技術組織當中擔任主席、副主席的職位,重要性及數量居世界前列、中國機構首位。在RISC-V國際舞臺上,平頭哥正推進RISC-V國際標準制定,推動全球RISC-V技術與生態發展。
玄鐵C908:能效較同性能處理器高出20%
此前,RISC-V最顯著的標簽是低功耗,平頭哥在2019年推出最高主頻達2.5GHz的玄鐵C910,突破了業界對RISC-V的性能想象。
如今,平頭哥又將目光瞄向了智慧視覺、智能交互和多媒體終端這三大非常重要的高性能應用領域。在滿足高性能需求后,它們對RISC-V提出了高能效的挑戰。
于是,極致高能效的RISC-V處理器玄鐵C908便應運而生。
△平頭哥副總裁孟建熠發布玄鐵C908
根據官方公布的數據顯示,玄鐵C908計算能效全球領先,較業界同性能處理器的能效提升了超過20%,可以幫助客戶大幅降低單位性能的成本。那么玄鐵C908是如何實現如此高的能效的呢?
孟建熠介紹,玄鐵C908依然是高性能的。它是兼容RISC-V基金會剛剛制定的RVA22標準,最多支持16個核,主頻最高可以到2GHz,并且第一次實現了RISC-V Vector1.0的架構,AI熱點運算相比玄鐵C906提升了1.5倍以上。此外,玄鐵C908還加入了XIE指令擴展,支持特定行業應用的性能提升。
性能提升之外,玄鐵C908的能效也進一步提升,比玄鐵C906提升了24%。具體來說,玄鐵C908主要是從CPU能效和AI能效兩個核心方向入手,實現了RISC-V架構的能效突破。
具體來說,玄鐵C908主要是從CPU能效和AI能效兩個核心方向入手,實現了RISC-V架構的能效突破。
玄鐵C908支持多核多簇架構,通過雙路訪存架構(訪存帶寬提升了31-41%)、多級cache擴展、多模式混合分支預測等技術,實現CPU通用性能的大幅提升:相比上一代的玄鐵C906,新推出的C908在整型計算、嵌入式整數、單精度浮點、浮點計算等方面性能平均提升了40%以上。
為進一步提升AI算力及能效,玄鐵C908升級了微架構,首次采用RISC-V Vector 1.0標準,并基于標準新增DOT指令;推出INT4數據類型;全面優化AI算子及算法庫,典型神經網絡計算的性能比前一代的C906提升了50%以上;在圖像分類任務中性能相比C906更是大幅提升了3.5倍。
要知道,在今年4月公布MLPerf Tiny V0.7榜單上,玄鐵C906處理器的軟硬件聯合優化方案,取得了全部4個指標的第一的成績,并且達到了其他競品同類最優性能的10倍以上,成為了當時最高能效比的AIoT計算內核。而此次發布的玄鐵C908在MLPerf Tiny V0.7推理性能測試成績上,相比C906又進一步提升了2~3倍,這也足見玄鐵C908的AI能效提升之大!
孟建熠表示,玄鐵C908完全可以覆蓋1T以下的AI算力需求,而不需額外的NPU。
在目前火熱的計算視覺處理方面,得益于玄鐵C908在Intrinsic編程、軟硬融合優化、向量位寬自適應等方面的改進,配合平頭哥提供的優化好的OpenCV庫(有128位和256位兩種),相比于同類的競品分別提升了1.5倍和2.25倍。
此外,平頭哥還推出了具有高彈性(支持不同操作系統)、可擴展(支持大量可拓展組件)、高能效特性的跨平臺視頻視覺的應用框架TMedia,進一步提升AI效率。
在論壇上,孟建熠還透露,在此次玄鐵C908發布之時,已經有了很多客戶,幫助平頭哥完成了第一輪的產品化。其中,嘉楠科技采用玄鐵C908研發的中高端立體視覺AI芯片K230,即將于2023年上半年面世,這款芯片將用于智能家居、輔助駕駛、機器人感知和智能教育等領域。
“玄鐵C908打開了RISC-V高能效應用的一片藍海領域,我們希望更多伙伴和我們一道,關注能效創新,一起推動RISC-V繼續向高性能、高能效演進。”孟建熠說到。
“玄鐵C908打開了RISC-V高能效應用的一片藍海領域。我們希望通過這個處理器的發布,能夠讓整個生態更加關注能效的創新,一起推動整個RISC-V在高性能、高能效這方面的優勢。”孟建熠說到。
從端到云,玄鐵RISC-V生態大跨步
目前在PC及服務器CPU市場,x86架構占據著近90%的市場份額,這主要因為多年來x86處理器與Windows系統之間的生態的捆綁;在移動CPU市場,則幾乎完全由Arm架構統治,也得益于過去十多年來Arm處理器與Android系統之間的生態捆綁。
相比之下,目前在物聯網市場并沒有類似的壟斷性的生態霸主。而RISC-V架構所具備的指令精簡、模塊化、可擴展、開源等特性,所帶來的低功耗、低成本、高能效、高可擴展性等優勢,與很多物聯網應用天然契合,這也正是RISC-V迅速在物聯網市場獲得成功的關鍵。
RISC-V是一個面向未來的非常年輕的新架構,模塊化、可擴展的特性,簡單理解,只要增加相應的模塊,就能夠擴展到移動、桌面、數據中心市場。更何況,在AI等方面,RISC-V更具天然優勢。
RISC-V是一個面向未來的非常年輕的新架構,其內部采用的是模塊化、可擴展的設計,這也就意味著,只要增加很多相應的模塊,就能夠擴展到移動、桌面、數據中心市場,并且在AI等很多方面,相對于以往的指令集架構RISC-V也更具天然優勢。
孟建熠向芯智訊解釋稱:“傳統的高能效內核,更多是從硬件出發作AI探索,效果有限。RISC-V是先有了AI算法的理解,再來做處理器,比如玄鐵C908,在設計硬件之初,就率先引入了RISC-V Vector 1.0,帶來了AI能效數倍的提升。”
當然,RISC-V要進入移動、桌面、云端等市場,更為關鍵的還是要補足軟硬件生態。
在2021年的云棲大會上,平頭哥主動打破固有的行業商業模式,將旗下玄鐵E902、E906、C906、C910等4款量產處理器IP,以及基于玄鐵的多操作系統的全棧軟件及工具進行了開源,希望降低RISC-V創新應用成本,吸引更多的人加入RISC-V生態,加速RISC-V生態的完善。
在軟件生態方面,平頭哥在實現對于AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Yocto Linux支持的同時,目前也與相關合作伙伴一起推動對于Android、龍蜥Anolis OS、統信deepin等國際主流和國產操作系統的深度適配。
在今年8月的2022 RISC-V 中國峰會上,平頭哥完成了 RISC-V 與面向云端服務器的龍蜥操作系統的適配,首次運行 FireFox 瀏覽器、LibreOffice 等大型桌面級軟件,以及 Hexo 和 Open Rocket 等基于 NodeJS 和 JAVA 的應用,極大拓展了 RISC-V 的想象力。
今年9月,平頭哥、龍蜥社區、RISC-V國際基金會、中科院PLCT,與統信軟件展開合作,成功地在平頭哥SoC原型曳影1520上啟動了deepin 操作系統,流暢運行桌面、辦公、影音及開發等關鍵大型軟件,將RISC-V推向桌面端。據統信軟件桌面操作系統產品線總經理王耀華介紹,預計到deepin V23正式發布的時候,RISC-V將可以作為一個官方正式支持的架構存在。
在移動端方面,今年10月,由阿里巴巴平頭哥貢獻的RISC-V移植安卓的代碼補丁集合,被安卓AOSP社區收錄進系統源代碼,成為全球首批RISC-V兼容安卓的正式補丁,這意味著谷歌安卓開啟了對RISC-V架構的官方原生支持。
至此,RISC-V成功實現了從端到云的軟件生態的初步打通,實現了生態擴展的一個大的“跨步”。
這雖然是行業里的一個大跨步,但在孟建熠看來,還遠遠不夠:“處理器的軟件生態是很厚的,我認為到今天為止,底層部分的第三方軟硬件生態已經支持RISC-V了,但是,中間件、應用部分走得還是相對比較慢。”
面向未來,平頭哥仍是勇字當前,繼續去做RISC-V領域沒人做到的事情。
“從低功耗,到高性能,再到高能效,平頭哥大幅提升軟硬一體的全棧能力,打造出豐富的玄鐵RISC-V處理器家族。我們還將不斷拓展RISC-V技術、應用和生態的邊界,挖掘RISC-V在更廣闊的端云一體生態中的新價值。”孟建熠總結說道。
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