包云崗：RISC-V產業應用的觀察與思考

第五屆RISC-V中國峰會于2025年7月16至19日在上海張江科學會堂隆重舉辦，作為國內在RISC-V非常活躍的學者，中國科學院計算技術研究所副所長，中國開放指令生態（RISC-V）聯盟秘書長，北京開源芯片研究院首席科學家包云崗教授現場分享了關于RISC-V產業應用的觀察與思考。

    相比于其他嘉賓對RISC-V產業未來的憧憬，包教授希望跟大家一起來看看它面臨哪些現實的困難和挑戰，以及我們如何去解決這些問題。

       包云崗直言今天參與峰會的參與者都懷有對RISC-V發展共同的信念。他認為用“信念”這個詞是因為大家在心里面發自內心的相信它在未來是能夠創造一片新天地的。總體而言，RISC-V會在未來成為一個主流，這是理想。那么現實如何呢？現實是我們也跟很多企業交流，這些企業在跟我們交流過程當中給了我們一些實際反饋。比如說有的企業去跟他的下游用戶去推廣的時候發現它的下游客戶不知道RISC-V是什么？還有的說我現在ARM用得好好的，為什么要換RISC-V？還有的企業說，你是給了我RISC-V芯片了，但是這些芯片的主打場景深是？還有客戶說客戶要用的軟件裝不上那我怎么推廣？還有企業說有沒有Tuer-Key方案，比ARM便宜多少？還有的客戶說在RISC-V芯片上移植和開發軟件都是新投入，軟件開發怎么賺錢？還有企業說市場懂ARM解決方案人一堆，但是懂RISC-V技術支持的人去那里找？所以有各種各樣的問題。但是我們從來不怕問題，接下來我們怎么去解決這些問題呢？

    總體而言這些問題分為四類。

    第一，現在缺產品與解決方案。市場上現在真正有競爭里的RISC-V的產品和解決方案還是太少，有一點雷聲大雨點小的感覺。比如說有沒有性能功能對標RK3588的芯片，價格能便宜25%，似乎還沒有。

    第二，工具箱比較缺。RISC-V軟硬件工具箱還不夠豐富，要盡快達到多快好省的效果。比如說OpenEuler軟件包，X86和ARM的達到3萬多個，但是RISC-V不足3000個。

    第三，人才。從芯片設計、驗證、解決方案、技術支持等各個層次人才不足。

    第四，標桿案例，需要通過標桿案例建立行業信心，比如說有沒有高端芯片應用案例，在服務器芯片、AI芯片領域里似乎還沒有。

    那么怎么去解？包教授提出了個人對RISC-V的幾點認識。

    第一，很多企業認為RISC-V是原位替代ARM，如這么認識RISC-V，就把RISC-V真正的優勢給埋沒了，并沒有把它的開放性和可定制化的優勢發揮出來。

    第二，RISC-V的開放性使能開源實現和開源工具鏈，這些帶來的是結構性的降低成本，從而可以催生新的商業模式，就像今天軟件領域里，開源軟件已經成為常態，Linux+RedHat已經是非常成功的解決方案。

    第三，RISC-V可定制化意味著我們能做軟硬件極致優化，結合敏捷開發降低開發門檻，催生新模式。比如說我們今天全世界有900萬個APP，開發APP變成很容易的事情，未來在開發APP的基礎上，是不是增加兩三個人就能拿出一個軟硬件解決方案呢？這并不是不可能，RISC-V正給我們提供了這樣的機會。

    第四，AI帶給我們新的機遇。AI推理的算力需求新特征，RISC-V+AI將成為未來新組合。

    第五，我們要找到一種新的方式讓軟件開發者獲利。今天RISC-V生態當中大家談得比較多的，真正能拿到錢的還是RISC-V芯片公司，有的IPO了，有的融到很多錢，但是軟件開發者并沒有從中獲利。

    接下來我圍繞其中一點看看我們的實踐——如何結構性的降低成本？我的思路是開源，因為這個已經有成功案例了這里以研發一款量產10萬顆64核服務器芯片為例，保守估計開發成本約7.5億，IP授權費用與版稅約2.5億，占33%的成本。基于開源的聯合開發模式可以為企業節省2.5億研發費用，可以讓企業把這些錢用在其他領域，做更好的創新解決方案。這些就是RISC-V帶給我們的新機會。

    接下來我給大家匯報一下我們在這個方向上，按照這個思路做的一些實踐工作。在開芯院以及中科院一起推動下，現在開芯院，已經提供了三套“香山”開源計算子系統，已經不僅是CPU了，這當中包含了CPU核也包含了片上互連。CPU核有兩款，一個是南湖，面向的是A76水平的，還有一個是昆明湖，面向的是ARM N2這個水平的，并且在不斷迭代演進。片上網絡有兩個，一個是珠江，一個是溫榆河，它們排列組合可以形成不同的產品。先面我們看看面向服務器領域的組合，這個組合包含了處理器核、片上網絡以及外圍平臺。

    處理器核我們現在面向服務器領域就是用昆明湖V2，它在性能上達到了15分/GHz，如果部分編譯優化之后可以達到18.5分/GHz，功能上對RVA23全面支持，同時也支持虛擬化。相比N2，現在還是有差距的，但是已經在8%左右了。

    這是我們的一個用戶進迭時空在它的公司把“香山”內部集成進了SoC以后，運行的4核的配置，并且把虛擬機啟動起來。所以“香山”已經有用戶在真正把它給集成到芯片當中，9月份將會完成流片，現在正在完成最后階段的物理設計優化工作。

    同時還有編譯器，現在我們在“香山”的開發過程當中基于LVM形成了“香山”編譯器，在昆明湖V2版本上可以進一步提升20%的性能，也就是說在15分的基礎上經過編譯器優化之后可以做到18分/GHz，這個編譯器目前也并入到了LVM的主線當中，如果說大家現在下載VLM主線代碼，其實已經包含了香山微架構的支持。

    我們最新一代架構昆明湖V3已經在探索了，在和多個企業溝通之后，我們按照單核22分/GHz的目標來做架構的探索。在模擬器上達到的效果是20.1分/GHz，離22分/GHz還有一定的差距，在接下來的半年時間里，在合作伙伴的支持下是可以實現這個目標的。同時V3在安全方面也做了增強，比如說機密虛擬機安全方案，目前正在國際基金會努力形成國際標準。

    在片上網絡方面，溫榆河已經發展到第二代，這是面向通用和智能計算的一個互連網絡。目前我們在“香山”和溫榆河的組合，已經完成了2核、4核、8核的穩定性測試，16核還在測試當中。溫榆河其實設計當中很重要的一點是針對智能計算做了專門增強，面向AI應用做了大帶寬設計，最大可以做32KB的多播的數據傳輸，目前我們也在做一些物理設計評估，這是它其中一些核心模塊。

    前面講的是面向服務器領域的設計，其實我們還有一個組合是面向終端的計算子系統，比如說用南湖V5+珠江V1，這個組合可以做性價比更高的設計，面積功耗會更低。

    我們面臨的很大挑戰是很多用戶問我們說，開源能不能做出高質量的設計？我想說的是開源不等于低質量，開源完全可以做出產品級的交付。在過去一年多的時間里，在很多企業的支持下，“香山”做了大量的測試，比如說測試用例我們就已經形成了2萬多個，從單元級的測試到集成測試到系統級測試，以及我們的用戶、企業也一起幫助我們貢獻了近1600個測試用例。這些用例做了非常全面的覆蓋測試，這些測試我們把各個模塊都做了100%功能點的覆蓋，在IT多個模塊集成的測試，以及在系統級的多核的測試，都在全面進行當中，并且基本完成了這樣的一個測試覆蓋。

    這些都是我們的Bug的情況，在過去我們累計完成了1470項Bug的發現和修復，我們要非常感謝我們的合作企業，這些企業幫我們貢獻了1/3的Bug發現，有近500個Bug，特別感興奕斯偉、進疊時空、藍芯算力、算能等。這里也要感謝一些企業，他們為我們提供了強有力的工具，沒有這些工具無法開展大規模的16核的評估和測試、驗證，比如說像合見工軟、芯華章、新思等等，他們在“香山”的驗證過程當中給予了非的支持。

    “香山”子系統還在進一步演進，今年我們會有4核子系統的企業交付，有一些企業在9月份就會完成流片，節襲來我們會有8核、16核以及64核子系統的演進。所以在這個過程當中，我們要特別感謝合作企業的支持，V2版本里有像奕斯偉、算能、進迭時空、藍芯算力，V3的合作伙伴有騰訊、進迭時空、中興微電子、知合計算等，接下來我們希望有更多企業一起參與，就像當年的Linux，在大家共同努力下，成為了一個操作系統領域的一條開源主線，并支撐了產業界的發展。

    開源可以結構性的幫助降低成本，在開源軟件當中96%的軟件代碼庫包含原代碼，開源代碼比例77%。未來芯片開源IP比例比將實現0的突破，且這個比例會不斷提升，這個提升就會幫助整個產業降低成本，從而提升企業競爭力。