RISC-V 对中国尤其重要。去年 10 月美国政府对芯片出口设置新限制后,受影响的不仅是用于训练 AI 大模型和自动驾驶系统的 A100、H100 等高端 GPU ,也有服务器里少不了的高端 CPU,这些 CPU 大部分是英特尔 x86 架构。开源的 RISC-V 成为中国供应链拿下服务器 CPU 的重要突破口之一。
在帕特森刚开始学术生涯的 1970 年代末,几乎所有 CPU 都是基于英特尔发明的复杂指令集(CISC)x86,新公司开发 CPU 的门槛很高。1981 年,帕特森在 IBM PowerPC 的基础上创造了一套显著有别于复杂指令集(CISC)的新指令集,即 “精简指令集”(RISC),它只有几十条指令,比有几百条指令的复杂指令集更敏捷、能耗更低,能有效降低硬件开发成本、缩短开发周期。2017 年,帕特森因对 RISC 的贡献获得图灵奖。
第一个使精简指令集发挥巨大商业价值的公司是 1990 年成立的英国公司 Arm,它通过精简指令集 ARM 开辟了 IP 授权模式(将芯片设计 IP 卖给下游的芯片设计公司),与开辟晶圆代工模式的台积电一起重塑了芯片行业分工:一家芯片公司不再需要自己建造工厂,而是可以专注做好资产门槛更低的芯片设计,这即是 Fabless(无晶圆设计公司)。一批巨头因而崛起,英伟达、高通和苹果的自研芯片都是这个新格局的产物,也是其推动者。
帕特森和阿萨诺维奇对 RISC-V 寄予厚望,两人在 2014 年发表了一篇详细介绍 RISC-V 的论文《Instruction Sets Should Be Free(指令集应该免费)》,文中写到:“就像 Linux 已成为大多数计算设备的标准操作系统一样,我们希望 RISC-V 成为所有计算设备的标准指令集。”
同样乐观的人不多。谭章熹回忆,英伟达首席科学家比尔·戴利(Bill Dally)那会儿经常来伯克利交流,他曾问 Par Lab 成员:为什么要重新发明指令集?x86 和 ARM 已统治行业多年,看不到什么新指令集的空隙。
高端芯片研发需要大投入,要有足够市场规模才能形成 “收入→利润→研发” 的正循环。已发布服务器 CPU 产品并获得早期客户的某公司认为,2025 年可能是一个转折点,预计届时采用 RISC-V CPU 的服务器能占到服务器市场总额的 1% ,对应 80 亿的服务器市场规模。
一名互联网大公司工程师站在客户角度的观察是,RISC-V 服务器 CPU 的稳定性还需验证:“100 万个 CPU 运行没出问题,不能保证到 1000 万个时也不出问题。” 科技大公司在大批采购数据中心芯片时,更倾向保守方案。
一位 RISC-V 公司 CEO 类比了 ARM 进军服务器市场的历程:2013 年后,就有高通等公司尝试这条路,但未能突破;真正的转折点是云计算巨头亚马逊 AWS 在 2019 年发布并开始使用自研的 ARM 服务器 CPU Graviton;类似地,RISC-V 进入服务器市场也需要重点大客户支持,但他认为这不能靠强制国企采购的方式实现,而要鼓励市场化竞争。
“捧着没用,捧出来的公司最后还是死路一条,不如让大家先杀一通,看杀出来的头一两名怎么样。” 他说。
全球意愿
中国之外,全球的 RISC-V 生态也在加速发展,直接诱因是 ARM 的变动;更深层的动力是,在经历指令集层面的长期垄断后,芯片设计公司和需求方都在寻找更开放、低价的替代方案。
近年来,原本主要用于手机等移动端的 ARM,在苹果、亚马逊等公司的支持下,陆续进入电脑和服务器市场,挑战英特尔 x86 的统治地位。
但被软银收购又重新上市的 ARM 现在有了更大的盈利压力。据《金融时报》今年 3 月的报道,ARM 将改变收费模式,从根据芯片价值收取授权费改为根据最终设备价值收取授权费。这会使授权费提升数倍——高通手机芯片的均价为 40 美元,而智能手机均价超过 300 美元。ARM 还计划自 2024 年起,禁止高通等使用了公版 ARM 架构的芯片设计公司自己替换和添加 GPU、NPU 和 ISP 等子模块,这类似强制打包销售,将进一步限制芯片设计公司的自由度。