RISC-V高性能計(jì)算需要要解決的三個(gè)問題近日，OSCHINA和Gitee聯(lián)合發(fā)布了《2022中國開源開發(fā)者報(bào)告》。其中“前沿開源技術(shù)領(lǐng)域解讀”部分，多位在其領(lǐng)域有所建樹的一線開發(fā)者和開源商業(yè)化公司創(chuàng)始人，對目前國內(nèi)外流行的前沿開源技術(shù)領(lǐng)域過去的發(fā)展和未來的趨勢進(jìn)行了深入的洞察，覆蓋開源云原生、開源AI、開源大前端、開源大數(shù)據(jù)、開源DevOps、RISC-V、開源操作系統(tǒng)、開源數(shù)據(jù)庫、編程語言九大領(lǐng)域。本篇為RISC-V領(lǐng)域的解讀。憑借指令精簡、模塊化、可擴(kuò)展、開源的優(yōu)勢，RISC-V架構(gòu)在近幾年備受追捧。尤其是在2022年，RISC-V的發(fā)展勢頭極為強(qiáng)勁，RISC-V處理器核出貨量突破100億顆。隨著國內(nèi)外企業(yè)面向高性能RISC-V市場持續(xù)開拓，把RISC-V從嵌入式場景拓展到工業(yè)控制、自動駕駛、人工智能、通信、數(shù)據(jù)中心等對算力要求更高的場景，RISC-V有望在不久的將來與X86、ARM形成三足鼎立之勢。RISC-V處理器核出貨量突破100億顆2022年7月，RISC-V國際基金會首席執(zhí)行官CalistaRedmond在嵌入式世界大會上宣布RISC-V架構(gòu)處理器核的出貨數(shù)量已突破100億顆。根據(jù)SemicoResearch預(yù)測，到2025年RISC-V架構(gòu)處理器核的出貨數(shù)量將達(dá)到800億顆。為了實(shí)現(xiàn)以開源、開放、共建、共治模式發(fā)展RISC-V全球生態(tài)，RISC-V國際基金會于2020年重組為由理事會、技術(shù)指導(dǎo)委員會與技術(shù)工作組等組成的開放治理架構(gòu)，并將總部設(shè)于瑞士日內(nèi)瓦，目前已吸引70多個(gè)國家的3100多個(gè)會員。RISC-V處理器核出貨量突破100億顆，這是RISC-V生態(tài)發(fā)展的重要里程碑事件，這標(biāo)志著RISC-V生態(tài)發(fā)展呈現(xiàn)明顯加速態(tài)勢。除了出貨量超100億顆，還有三個(gè)趨勢彰顯了RISC-V有望在不久的將來與X86、ARM形成三足鼎立之勢。（1）已經(jīng)出現(xiàn)一批瞄準(zhǔn)高性能RISC-V的國內(nèi)外企業(yè)，性能對標(biāo)ARMCortex-A76/A78，甚至Neoverse-N1/N2，這些企業(yè)將把RISC-V從嵌入式場景拓展到工業(yè)控制、自動駕駛、人工智能、通信、數(shù)據(jù)中心等對算力要求更高的場景。（2）RISC-V軟件生態(tài)正在加速，各個(gè)開源軟件社區(qū)主動適配RISC-V架構(gòu)。以Linux發(fā)行版Debian為例，2019年開始支持RISC-V，在全世界開源社區(qū)努力下不到3年時(shí)間就已經(jīng)完成2萬多個(gè)軟件包中95%的移植，使RISC-V成為Debian支持的Tier-1架構(gòu)。（3）RISC-V得到不同級別企業(yè)的青睞。根據(jù)市場披露數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，全球RISC-V初創(chuàng)企業(yè)融資總金額已超過20億美元。英特爾、高通、華為、中興、阿里等頭部企業(yè)均以高級會員的身份加入了國際基金會，其中英特爾設(shè)立10億美元IFS基金，主要用于RISC-V流片服務(wù)。中國RISC-V生態(tài)發(fā)展迅猛，全球100億顆RISC-V核出貨量中，預(yù)計(jì)中國將占1/3到1/2。中國社區(qū)作為RISC-V國際基金會的工作小組和研發(fā)伙伴，一直是RISC-V最強(qiáng)有力的貢獻(xiàn)者之一，在RISC-V全球生態(tài)建設(shè)中正起到關(guān)鍵核心作用。包云崗現(xiàn)任中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所副所長，北京開源芯片研究院首席科學(xué)家，RISC-V國際基金會理事，中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟秘書長。帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)在國內(nèi)率先開展了一系列開源芯片實(shí)踐，包括開源高性能RISC-V處理器核“香山”、“一生一芯”計(jì)劃等，發(fā)表70余篇學(xué)術(shù)論文。入選國家高層次科技創(chuàng)新領(lǐng)軍人才計(jì)劃，獲“CCF-IEEECS”青年科學(xué)家獎、共青團(tuán)中央“全國向上向善好青年”等榮譽(yù)稱號。RISC-V高性能計(jì)算要解決的三個(gè)問題RISC-V芯片出貨超100億顆，這對RISC-V新架構(gòu)而言，是一個(gè)不錯(cuò)的里程碑。不過，成果主要集中在嵌入式SoC領(lǐng)域。我們觀察到，在RISC-V高性能計(jì)算領(lǐng)域，已有多家創(chuàng)新企業(yè)計(jì)劃在2023年發(fā)布類似64核@2.0GHz規(guī)格的服務(wù)器級處理器，這必將成為RISC-V下一個(gè)令人激動的里程碑。當(dāng)然，關(guān)于RISC-V高性能計(jì)算，還有三大問題需要解決：（1）需要為RISC-V體系構(gòu)建一套數(shù)學(xué)計(jì)算庫，類似Intel處理器的MKL（MathKernelLibarary），以支持RISC-V在高性能計(jì)算的應(yīng)用，保證計(jì)算精度、計(jì)算效率以及源代碼級安全可控。目前業(yè)內(nèi)常用的數(shù)學(xué)計(jì)算庫主要為Intel的MKL和AMD的ACML，二者都是免費(fèi)的，但不開源，因?yàn)檫@是軟件類核心知識產(chǎn)權(quán)。也許您認(rèn)為免費(fèi)不就可以了嗎？但當(dāng)您遇到針對場景需要優(yōu)化時(shí)，將無能為力。這些代碼誰擔(dān)保它的安全性、可靠性呢？雖然有OpenBLAS、FFTW、Libm等部分開源項(xiàng)目可以使用，但這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。而且，開源的版本無法保證計(jì)算效率和計(jì)算精度。偏偏這在高性能計(jì)算應(yīng)用領(lǐng)域（AI計(jì)算、科學(xué)計(jì)算）是至關(guān)重要的。數(shù)學(xué)計(jì)算庫作為計(jì)算中間件，函數(shù)規(guī)模上以千計(jì)，與計(jì)算性能、安全性、可靠性深度綁定。也就是說，它將最終決定處理器是否能進(jìn)入高性能計(jì)算領(lǐng)域。（2）如何讓RISC-V回歸到計(jì)算機(jī)技術(shù)的垂直整合，而不是橫向分解的時(shí)代？在算力驅(qū)動的數(shù)字經(jīng)濟(jì)時(shí)代，計(jì)算硬件將呈現(xiàn)出多樣性。RISC-V因其開放性，將比x86和arm生態(tài)更加豐富和多樣，換一種說法就是嚴(yán)重碎片化。如果單純追求硬件計(jì)算性能的spec數(shù)據(jù)，很容易滑入橫向分解的邏輯，出現(xiàn)類似VLIW（VeryLongInstructionWord）超長指令這種怪物，數(shù)十億美金化為教訓(xùn)。RISC-V應(yīng)該回歸到垂直整合的思路上來，要去思考，如何前瞻性地理解應(yīng)用，從計(jì)算語言到編譯器，再到底層數(shù)學(xué)計(jì)算庫，再到計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)方面垂直整合。存量市場只有赤裸裸的性價(jià)比競爭，瞄準(zhǔn)增量市場才有跨越式發(fā)展的可能。（3）在異構(gòu)計(jì)算時(shí)代，如何構(gòu)建“RISC-VCPU+加速卡（GPU、NPU、DSA、FPGA）”的高性能異構(gòu)計(jì)算軟件棧？面向異構(gòu)計(jì)算黃金時(shí)代，國際三巨頭以其雄厚的資本實(shí)力各自為戰(zhàn)，都在整合異構(gòu)計(jì)算硬件平臺（CPU、GPU、FPGA等）和布局異構(gòu)計(jì)算軟件棧（CUDA、OneAPI、ROCm），試圖形成自己的軟硬融合的生態(tài)體系，同時(shí)展開封閉和開放生態(tài)之爭。這也意味著RISC-V領(lǐng)域也必須面臨如何解決異構(gòu)生態(tài)的問題，即，如何解決“n家公司的RISC-VCPU+m家公司的加速卡”的硬件組