重磅！中科院發(fā)布國產(chǎn)處理器

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，是在中科院計算所、鵬城實驗室的支持下，通過中國開放指令生態(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、聯(lián)合完成結(jié)構(gòu)設(shè)計及物理設(shè)計。

香山處理器基于Chisel硬件設(shè)計語言實現(xiàn)，支持RV64GC指令集。在香山處理器的開發(fā)過程中，團隊使用了包括Chisel、Verilator 等在內(nèi)的大量開源工具，實現(xiàn)了差分驗證、仿真快照、RISC-V檢查點等處理器開發(fā)的基礎(chǔ)工具，建立起了一套包含設(shè)計、實現(xiàn)、驗證等在內(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、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)代號將以湖命名：第一版架構(gòu)代號為“雁棲湖”，第二版架構(gòu)代號為“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11級流水、6****、4個訪存部件的亂序處理器核。“雁棲湖”在2020年6月代碼倉庫完成建立，2021年4月完成RTL代碼。
“雁棲湖”計劃在7月基于臺積電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)品主要對標(biāo)ARM A72、A73。


第二版架構(gòu)“南湖”計劃在今年年底流片，將采用中芯國際14nm工藝，目標(biāo)頻率為2GHz，SPECCPU分值達到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)，不過目前還未進行充分地優(yōu)化，因此實際性能還有不小的差距。他希望未來能夠通過從“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次流片并對新架構(gòu)、新功能進行驗證，建立規(guī)范的開源社區(qū)管理機制。


包云崗強調(diào)，流程/平臺/基礎(chǔ)設(shè)施非常重要，他更多是扮演啦啦隊隊長的角色，真正將理念落實到了具體行動的是他的“小伙伴們”。

去年7月25日，由包云崗負責(zé)的“一生一芯”計劃成果被爆出后，引發(fā)了社會不小的討論。彼時，包云崗介紹表示，這項計劃源于對“如何將教學(xué)和開源芯片結(jié)合起來”這一問題的思考，更啟發(fā)于中國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，而最需要的是處理器芯片設(shè)計人才。
據(jù)他的介紹，“一生一芯”計劃的五位同學(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)，嚴格說起來，并不是一種全新的架構(gòu)，它與我們熟悉的ARM同屬RISC（精簡指令集，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設(shè)備領(lǐng)域，CISC強調(diào)運算性能，專注桌面電腦、服務(wù)器和超算市場。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的更升級版，從架構(gòu)的推出在時間上來說，具備后發(fā)優(yōu)勢，可以規(guī)避許多現(xiàn)代計算機體系結(jié)構(gòu)中存在的漏洞，如前段時間大熱的Spectre以及meltdown漏洞，已經(jīng)明確是與現(xiàn)代計算機體系中分支預(yù)測和亂序執(zhí)行功能有關(guān)。由于計算機體系結(jié)構(gòu)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)成為比較成熟的技術(shù)，多年來在不斷成熟的過程中暴露的問題都已經(jīng)被研究透徹，ARM和x86無法輕易堵住的問題，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。
從國內(nèi)廠商到國外巨頭，RISC-V已經(jīng)成為“搶灘爭奪戰(zhàn)”的重點。

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摩院半導(dǎo)體部門和此前收購的中天微電子。
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，該處理器對開源RISC-V架構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計，并首次實現(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，可應(yīng)用于MPU（微處理器）、智能語音、導(dǎo)航定位、存儲控制等領(lǐng)域。
英特爾作為x86陣營的巨頭，本月上旬被爆料收購基于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）的收購價格，引起業(yè)界一片嘩然。

消息還未及時得到證實，傳言就越來越大。國外科技媒體“The Register”報道顯示，英特爾與SiFive已開啟在高性能RISC-V處理器設(shè)計驗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。
業(yè)界認為，收購并進入RISC-V領(lǐng)域是對NVIDIA收購ARM的風(fēng)險對沖，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。

但無論如何，此舉對于RISC-V架構(gòu)本身都是一種利好，這是因為x86架構(gòu)和ARM之所以成功就是因為積累多年的“生態(tài)墻”，巨頭的進發(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：
1、 免費是最好的招牌；2、 大道至簡 ，RISC-V指令格式不同type之間規(guī)律性很強；
3、 RISC領(lǐng)域市場巨大；4、 新技術(shù)意味著新機遇。
通用處理器一直以來都是國產(chǎn)的“痛”，相比x86架構(gòu)和ARM架構(gòu)，開源RISC-V架構(gòu)無疑是目前國產(chǎn)處理器的好選擇。

“為什么CPU領(lǐng)域還沒有一個像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。包云崗表示和團隊的唐丹博士一直認為要建立一個像Linux那樣的開源RISC-V核主線。
網(wǎng)友評論表示：“首先，RISC V現(xiàn)在挑戰(zhàn)的目標(biāo)是ARM，而包云崗老師團隊自帶發(fā)起的是一項開源芯片項目，目標(biāo)是要和linux一樣，做一個開源芯片社區(qū)。本次開發(fā)過程中有多項突破，開發(fā)語言上，采用了chisel語言，而非傳統(tǒng)的，verilog，同時配套做了很多工具，其次差分驗證框架也是一。”
相信在更多巨頭進入RISC-V領(lǐng)域后，RISC-V的生態(tài)會逐漸被完善，香山處理器就是邁出的重要一步。