写在平头哥开源玄铁RISC-V处理器之后

原创李寿鹏摩尔芯闻今天

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在日前举办的“云栖大会”上，阿里巴巴旗下的半导体公司平头哥除了宣布了5nm的处理器以外，还带来了公司四款玄铁RISC-V处理器的开源。

据介绍，此次开源的玄铁系列RISC-V处理器，包括玄铁E902、E906、C906、C910等4款量产处理器IP，以及基于玄铁的多操作系统的全栈软件及工具。开发者可通过平头哥Github和芯片开放社区（Open Chip Community）下载玄铁源代码，在此基础上，实现开源EDA协同，创新硬件架构，丰富软件应用生态。

“平头哥开源玄铁RISC-V系列处理器，并开放系列工具及系统软件。这是系列处理器与基础软件的全球首次全栈开源，将推动RISC-V架构走向成熟，帮助RISC-V软硬件技术加速融合发展，推动创新落地。”阿里云智能总裁张建锋补充说。

这个决定刚一宣布，就在芯片圈内引起了广泛讨论。之所以有这样重磅的影响力，那就要从平头哥本身谈起。

RISC-V的重要推动者

针对平头哥的这次开源，国际RISC-V基金会CEO Calista Redmond表示，“阿里巴巴通过持续的贡献、领先的技术以及与RISC-V生态圈的深入合作，已成为RISC-V社区真正的领导者。阿里巴巴此举（玄铁开源），将激发全球RISC-V社区创新芯片开发，RISC-V全球生态将从中受益。”

诚然，从平头哥的历史背景看来，他们也有这样的底气。

从之前的报道中我们获悉，平头哥半导体承继了阿里巴巴达摩院和中天微在半导体研究方面的深厚积累，技术团队也拥有十多年CPU和芯片研发经验，长期从事自研指令架构、CPU微体系结构与系统芯片产品的研发，多款CPU IP核得到大规模量产的验证。

因为看到了RISC-V的潜力，从2018年开始，平头哥团队就从自研C-Sky指令集切换到RISC-V。公司随后于2019年7月发布了当时业界最高性能RISC-V处理器玄铁910，拓展了RISC-V性能、应用的边界。

据了解，该处理器把自研架构中经过产品验证的指令技术与RISC-V精简指令技术融合，在指令方面相比原始的RISC-V稳定可靠，同时有平均20%以上性能的提升。在处理器的设计技术上，玄铁910在原有高性能处理器2发射的基础上，发展成3发射并行架构，流水线深度从10级发展成12级，单位性能提升40%以上，达到7.1 Coremark/MHz，工作主频达到2.5GHz，整体指标在原有技术上提升一个层次，性能满足5G、网络通信、人工智能、自动驾驶等领域。

自推出玄铁910两年多来，平头哥大力推动了RISC-V软硬件生态的发展，适配了AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等操作系统，在百余款芯片中得到了应用，玄铁系列成为国内RISC-V领域影响力和市场占有率最大的处理器产品，以每年50%的授权数增长。2021年10月13日，平头哥更是宣布，玄铁910成功兼容安卓系统，可运行Chrome浏览器等应用。这是芯片行业首次实现RISC-V架构对安卓的支持，意味着RISC-V架构有望打破场景壁垒，成为高性能芯片设计的新选择。

在此期间，平头哥还先后发布了无剑SOC平台、多款玄铁RISC-V处理器，满足低功耗、高性能计算场景需求。

因为RISC-V本身是一个开源的指令集，为此平头哥在推动RISC-V处理器的发展过程中，也在开源的路上越走越宽。

开源才能更蓬勃发展

在被问到为何选择开源四款RISC-V处理器的时候，平头哥副总裁孟建熠回应道：“对于RISC-V这种开放型的架构，需要相比传统授权更加开放的新模式，才能不断支持创新的发展。”

“从我们过去几年的实践看来，光靠我们本身来推动RISC-V架构，力量还是远远不够的。所以我们希望今天能够把它开放出来之后，让大家在这个上面做软硬件的适配。这将有助于RISC-V架构往更深层次的创新演进。也只有RISC-V架构的蓬勃发展，才有整个产业的收益。”孟建熠接着说。

他进一步指出，公司做出这个开源决定，不仅仅是为了阿里本身，更多的是为了整个社会和生态的基础设施的完善。只有开源，才能把RISC-V做的更完善，并把创新成本降的更低。而等到整个架构成熟的时候，自然而然会有OS服务这些东西，届时，阿里一定会成为这个生态的受益者之一。

孟建熠同时也强调，在RISC-V领域，开源的核已经不是稀缺资源，如何让这些开源的核具有稳定、可靠和持续演进的能力，推动开源核与开源软件的生态融合，以及如何帮助使用这些开源核真正成为量产是关键。所以服务确实会成为开源核之间最大的差别。平头哥后续也会加强提供产品化过程中的服务。

值得一提的是，虽然阿里巴巴因为这次的开源宣布被行业参与者高度关注，但这其实并不是阿里巴巴在芯片领域的首次开源，而是他们一次循序渐进、水到渠成的结果。

早在2019年7月，玄铁910就向开发者开放，全球开发者可以免费下载该处理器的FPGA代码。除此之外，平头哥早些年还陆续开源了低功耗微控制芯片设计平台——“无剑100 Open”，处理器、基础接口IP、操作系统、软件驱动、开发工具等全套模块。

虽然平头哥在RISC-V开源这条路上越走越远，但孟建熠表示，这并不代表公司在RISC-V处理器上放弃了商用探索。“除了开源的核，我们还会持续的推进RISC-V架构上的新技术的验证，并将对应的新核提供给我们的商业合作伙伴。”孟建熠告诉记者。

“真”开源还是“假”开源？

在平头哥宣布开源之后，大家除了赞赏其极具勇气的决定外，还对他们开源的程度有所担忧。但在与几个阅读过阿里巴巴这个开源代码的人交流之后，他们无一不给出了肯定的答案。

电子科技大学的邓昊瑀同学告诉记者，阿里巴巴本次开源的四款CPU IP和此前无剑平台类似，除了RTL，官方还给出了完善的testcase（Smart Run仿真环境），CPU使用手册，以及集成手册。此外，每个IP目录下的impl文件夹还给出了ASIC实现所需的一些辅助文件（例如memory icg test，sdc，upf等等）。可以看出，平头哥的开源IP具备完整验证和流片的条件。

他进一步指出，和成熟的商用CPU IP相比，平头哥的这几款开源IP也已经有不少的产品，比如全志的D1，使用的是支持RISC-V向量指令集的C906，C910，有几款网络芯片也使用了C910作为主控。但我们会发现平头哥的开源版本C910和C906 IP中并没有包含对RISC-V向量指令集的支持，并且对于多核SoC的集成方案也没有给出明显的描述，C910MP的开源版本直接给出了一个双核的IP。

“从技术研究者角度看，这几款开源IP所给出的完整RTL已然非常具有借鉴意义。”邓昊瑀告诉记者。在他看来，这些IP所拥有的多发射乱序执行的超标量架构复杂流水线中的各个部件，L1/L2 cache，mmu和调试单元，再到缓存一致性协议的维护方式，都非常值得学习。

邓昊瑀表示，这几款开源IP完全按照标准Verilog规范进行RTL编写，模块拆分和命名规则都极为规范，代码可读性佳。此外，这几款开源IP完全站在ASIC流片的角度编写，尤其是cache相关的设计，更容易体会到面积和性能的trade off。来到软件和系统的支持上，平头哥也给出了较为完成的方案。

“这四款开源IP均可适配如AliOS，FreeRTOS，RT-Thread之类的嵌入式实时操作系统，此外，C906和C910具备运行Linux的能力，官方给出了完整的基于u-boot的系统引导方案和基于buildroot的Linux编译方法，帮助SoC设计团队快速实现Linux的部署和驱动开发。此外，官方成功地将AOSP移植到了RISC-V上，并且在C910上成功启动了Android系统。”邓昊瑀说。

基于此，在邓昊瑀看来，平头哥开源玄铁系列RISC-V IP，无论是对于工业界的部分CPU，SoC设计团队，还是对于高校里数字IC和嵌入式系统的研究团队，都具有深远的意义。

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