重磅!中科院發(fā)布國(guó)產(chǎn)處理器
6月22日至25日上午,首屆RISC-V中國(guó)峰會(huì)在上海科技大學(xué)舉辦。本屆大會(huì)上中科院大學(xué)教授、中科院計(jì)算所研究員包云崗重磅發(fā)布國(guó)產(chǎn)開源高性能RISC-V處理器“香山”。
根據(jù)包云崗在知乎上發(fā)出的介紹,香山是一款開源RISC-V處理器核,是在中科院計(jì)算所、鵬城實(shí)驗(yàn)室的支持下,通過(guò)中國(guó)開放指令生態(tài)(RISC-V)聯(lián)盟聯(lián)合業(yè)界企業(yè)一起開發(fā)的。北京微核芯科技有限公司提供了產(chǎn)業(yè)經(jīng)驗(yàn)、聯(lián)合完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及物理設(shè)計(jì)。
香山處理器基于Chisel硬件設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn),支持RV64GC指令集。在香山處理器的開發(fā)過(guò)程中,團(tuán)隊(duì)使用了包括Chisel、Verilator 等在內(nèi)的大量開源工具,實(shí)現(xiàn)了差分驗(yàn)證、仿真快照、RISC-V檢查點(diǎn)等處理器開發(fā)的基礎(chǔ)工具,建立起了一套包含設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、驗(yàn)證等在內(nèi)的基于開源工具的處理器前端敏捷開發(fā)流程。
值得一提的是,香山處理器二期將與微核芯科技、字節(jié)跳動(dòng)、ESWIN、優(yōu)矽科技聯(lián)合開發(fā)。
包云崗表示,香山處理器的架構(gòu)代號(hào)將以湖命名:第一版架構(gòu)代號(hào)為“雁棲湖”,第二版架構(gòu)代號(hào)為“南湖”,第三版、第四版和后續(xù)版本將依然以湖命名(X湖、Y湖……)。
第一版架構(gòu)“雁棲湖”是一個(gè)11級(jí)流水、6****、4個(gè)訪存部件的亂序處理器核?!把銞痹?020年6月代碼倉(cāng)庫(kù)完成建立,2021年4月完成RTL代碼。
“雁棲湖”計(jì)劃在7月基于臺(tái)積電28nm工藝流片,目前頻率為1.3GHz,預(yù)估SPEC CPU2006分值在7分/GHz左右。這款產(chǎn)品主要對(duì)標(biāo)ARM A72、A73。
第二版架構(gòu)“南湖”計(jì)劃在今年年底流片,將采用中芯國(guó)際14nm工藝,目標(biāo)頻率為2GHz,SPECCPU分值達(dá)到10分/GHz。
根據(jù)介紹,“南湖”相比第一版“雁棲湖”相比性能有大幅度提高,已經(jīng)接近i9-10900K的11.08/GHz,并且支持雙通道 DDR 內(nèi)存以及PCIe、USB、HDMI等更多功能。
“雁棲湖”架構(gòu)在****寬度上已能與一些ARM高端處理器核相當(dāng),不過(guò)目前還未進(jìn)行充分地優(yōu)化,因此實(shí)際性能還有不小的差距。他希望未來(lái)能夠通過(guò)從“雁棲湖”到“南湖”再到“X湖”、“Y湖”的新架構(gòu)持續(xù)迭代優(yōu)化,達(dá)到ARM A76水平的性能。
包云崗希望“香山”能夠存活30年,并約定30年后再聚一聚。除此之外,香山將保持半年更新一代架構(gòu)的迭代優(yōu)化頻率,每年2次流片并對(duì)新架構(gòu)、新功能進(jìn)行驗(yàn)證,建立規(guī)范的開源社區(qū)管理機(jī)制。
包云崗強(qiáng)調(diào),流程/平臺(tái)/基礎(chǔ)設(shè)施非常重要,他更多是扮演啦啦隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)的角色,真正將理念落實(shí)到了具體行動(dòng)的是他的“小伙伴們”。
去年7月25日,由包云崗負(fù)責(zé)的“一生一芯”計(jì)劃成果被爆出后,引發(fā)了社會(huì)不小的討論。彼時(shí),包云崗介紹表示,這項(xiàng)計(jì)劃源于對(duì)“如何將教學(xué)和開源芯片結(jié)合起來(lái)”這一問題的思考,更啟發(fā)于中國(guó)通訊科技巨頭華為面臨的芯片困境。包云崗曾與華為專家交流,了解到短期內(nèi)的需求華為自己基本能應(yīng)對(duì),而最需要的是處理器芯片設(shè)計(jì)人才。
據(jù)他的介紹,“一生一芯”計(jì)劃的五位同學(xué)在本科一畢業(yè)就加入了香山的開發(fā),成為了技術(shù)骨干。
RISC-V是伯克利大學(xué)發(fā)明的一種特定指令集架構(gòu),嚴(yán)格說(shuō)起來(lái),并不是一種全新的架構(gòu),它與我們熟悉的ARM同屬RISC(精簡(jiǎn)指令集,Reduced Instruction Set Computer)范疇。目前市面上主流的架構(gòu)分為RISC和CISC(復(fù)雜指令集,Complex Instruction Set Computer)兩種,RISC專注于低功耗、高性能功耗比,主要面向小體積以及移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域,CISC強(qiáng)調(diào)運(yùn)算性能,專注桌面電腦、服務(wù)器和超算市場(chǎng)。RISC的代表為ARM,而CISC的代表則是我們耳熟能詳?shù)膞86。
RISC-V可以看做是現(xiàn)有RISC的更升級(jí)版,從架構(gòu)的推出在時(shí)間上來(lái)說(shuō),具備后發(fā)優(yōu)勢(shì),可以規(guī)避許多現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中存在的漏洞,如前段時(shí)間大熱的Spectre以及meltdown漏洞,已經(jīng)明確是與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系中分支預(yù)測(cè)和亂序執(zhí)行功能有關(guān)。由于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)成為比較成熟的技術(shù),多年來(lái)在不斷成熟的過(guò)程中暴露的問題都已經(jīng)被研究透徹,ARM和x86無(wú)法輕易堵住的問題,RISC-V架構(gòu)的新誕生沒有向后兼容的歷史包袱,則可以輕松避免。
從國(guó)內(nèi)廠商到國(guó)外巨頭,RISC-V已經(jīng)成為“搶灘爭(zhēng)奪戰(zhàn)”的重點(diǎn)。
平頭哥是阿里巴巴于2018年9月成立的一家半導(dǎo)體公司,該公司整合了阿里達(dá)摩院半導(dǎo)體部門和此前收購(gòu)的中天微電子。
成立之初,阿里巴巴曾表示要做兩類芯片,分別是用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的NPU(微處理器)和嵌入式芯片,而基于的芯片架構(gòu)則是業(yè)界一致看好的RISC-V。
最近的一則消息顯示,玄鐵系列嵌入式CPU,實(shí)現(xiàn)了指令集、處理器架構(gòu)及配套工具鏈的創(chuàng)新突破,量產(chǎn)超20億顆。
除此之外,平臺(tái)哥還在今年5月18日發(fā)布新款處理器玄鐵907,該處理器對(duì)開源RISC-V架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì),并首次實(shí)現(xiàn)了RISC-V最新的DSP指令標(biāo)準(zhǔn),兼顧高性能及低功耗特點(diǎn),可應(yīng)用于MPU(微處理器)、智能語(yǔ)音、導(dǎo)航定位、存儲(chǔ)控制等領(lǐng)域。
英特爾作為x86陣營(yíng)的巨頭,本月上旬被爆料收購(gòu)基于RISC-V架構(gòu)的IP供應(yīng)商SiFive的消息。20億美元(約合人民幣128億元)的收購(gòu)價(jià)格,引起業(yè)界一片嘩然。
消息還未及時(shí)得到證實(shí),傳言就越來(lái)越大。國(guó)外科技媒體“The Register”報(bào)道顯示,英特爾與SiFive已開啟在高性能RISC-V處理器設(shè)計(jì)驗(yàn)證及代工方面的合作。英特爾推出了基于其7nm工藝及SiFive RISC-V高性能內(nèi)核IP的“Horse Creek”開發(fā)平臺(tái)。
業(yè)界認(rèn)為,收購(gòu)并進(jìn)入RISC-V領(lǐng)域是對(duì)NVIDIA收購(gòu)ARM的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)沖,這樣不僅能夠豐富英特爾自身IP授權(quán)的多元化布局,還可以給自己剛剛開放的芯片代工引流。
但無(wú)論如何,此舉對(duì)于RISC-V架構(gòu)本身都是一種利好,這是因?yàn)閤86架構(gòu)和ARM之所以成功就是因?yàn)榉e累多年的“生態(tài)墻”,巨頭的進(jìn)發(fā)必然能夠壯大RISC-V的生態(tài)。
甚至,曾經(jīng)叱咤風(fēng)云的MIPS架構(gòu)也“投敵”RISC-V,放棄了具有悠久歷史和技術(shù)聯(lián)系的同名架構(gòu)。此舉顯然預(yù)示著MIPS作為CPU系列的終結(jié),并進(jìn)一步減少了可用處理器的種類。這是架構(gòu)的最后一環(huán)。
為何RISC-V的誕生還是受到了業(yè)界的大力追捧?答案有以下四點(diǎn):
1、 免費(fèi)是最好的招牌;2、 大道至簡(jiǎn) ,RISC-V指令格式不同type之間規(guī)律性很強(qiáng);
3、 RISC領(lǐng)域市場(chǎng)巨大;4、 新技術(shù)意味著新機(jī)遇。
通用處理器一直以來(lái)都是國(guó)產(chǎn)的“痛”,相比x86架構(gòu)和ARM架構(gòu),開源RISC-V架構(gòu)無(wú)疑是目前國(guó)產(chǎn)處理器的好選擇。
“為什么CPU領(lǐng)域還沒有一個(gè)像Linux那樣的開源主線?1991年開源的Linux誕生,到今天正好30年”,包云崗如此設(shè)想,正因這樣的想法,才得以有香山處理器的問世。包云崗表示和團(tuán)隊(duì)的唐丹博士一直認(rèn)為要建立一個(gè)像Linux那樣的開源RISC-V核主線。
網(wǎng)友評(píng)論表示:“首先,RISC V現(xiàn)在挑戰(zhàn)的目標(biāo)是ARM,而包云崗老師團(tuán)隊(duì)自帶發(fā)起的是一項(xiàng)開源芯片項(xiàng)目,目標(biāo)是要和linux一樣,做一個(gè)開源芯片社區(qū)。本次開發(fā)過(guò)程中有多項(xiàng)突破,開發(fā)語(yǔ)言上,采用了chisel語(yǔ)言,而非傳統(tǒng)的,verilog,同時(shí)配套做了很多工具,其次差分驗(yàn)證框架也是一?!?/span>
相信在更多巨頭進(jìn)入RISC-V領(lǐng)域后,RISC-V的生態(tài)會(huì)逐漸被完善,香山處理器就是邁出的重要一步。
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