電子發燒友網報道（文/吳子鵬）目前，距離2022 RISC-V中國峰會上阿里平頭哥發布無劍600已經過去了很多天了，不過產業界對于RISC-V發力高性能運算市場的討論聲卻愈發趨向鼎沸，不見消退之勢。那么，本文我們就再次透過無劍600及SoC原型“曳影1520”來看一下RISC-V進軍高性能運算市場的前路，哪些方面是有跡可循的，哪些方面需要基于RISC-V架構進行原始創新。首先，我們還是簡單回顧一下無劍600這個芯片平臺。根據平頭哥半導體副總裁孟建熠的介紹，無劍600平臺是全球RISC-V性能最高的可量產SoC芯片設計平臺：它支持4核高性能RISC-V處理器，最高主頻可達2.5GHz，實現了CPU+XPU異構架構的全面優化；支持64位LPD-DR4X，最高吞吐率4266MT；整合4TOPs的Int8AI算力；全流程滿足GP TEE國際安全標準。為了證明無劍600這條路是可行的，是能夠走通的，因此平頭哥基于無劍600平臺 “打樣”了曳影1520。那么，上述這些就是背景了。匯總起來就是，平頭哥的無劍600為RISC-V提供了一個方法論，幫助產業界跨越了很多原始創新。雖然業界都很關注無劍600平臺，不過目前少有人從其上面去推斷接下來一段時間RISC-V該如何走？RISC-V的高性能如何從核心層面延伸到芯片平臺？

主頻提升的挑戰

首先，走向高性能，基于RISC-V實現的芯片需要實現高主頻，無劍600的最高主頻可達2.5GHz。如果大家將無劍600和現在基于RISC-V實現的MCU去比對，會發現這之間的跨度非常大，因為目前很多該類型的MCU主頻均低于200MHz。對于計算芯片而言，主頻的高低是性能的一個典型特征，在不考慮能耗和散熱等問題的情況下，主頻越高芯片迸發的性能會越強勁，CPU的性能=時鐘頻率*IPC（IPC即一個時鐘周期完成的指令數），這也就是為什么硬件發燒友會熱衷于做英特爾和AMD芯片的超頻，因為這是對性能的極致壓榨。因此對于RISC-V做高性能計算芯片而言，第一個要解決的問題就是頻率升高帶來的功耗和散熱問題。此外，主頻提升還會帶來芯片流水線設計的挑戰，以及對工藝和散熱體系有了更高的要求。

同質多核的挑戰

其次，英特爾和AMD在本世紀初的斗爭已經表明，單純提升單核主頻是一條并不明智的路線，多核協同是現階段的主要途徑。我們從無劍600來看，它最多可以支持四核。過往筆記本和服務器處理器的多核屬于同質多核，核心都叫CPU，傳統MCU和MPU的多核基本也是如此。多核能夠在工作負載處理上帶來顯著的提升，比單核提升主頻要有效的多。然而，同質多核一個典型的改變是并行架構和程序的設計轉變，從單核到多核，這方面會有本質性的改變，便會帶來巨大的設計挑戰，對軟件程序也有更高的要求。并且，在多核設計的過程中，就會出現內存爭奪和資源爭奪，也就是系統調配需要能夠順從并發程序，否則資源利用率將大打折扣。此外，多核在系統新的時間動態下會出現新的錯誤類型，這在傳統CPU方面已經證明過了，如何解決這些新問題、新BUG，也是一個挑戰。

異構多核的挑戰

從當前的計算芯片發展趨勢，以及無劍600的布局來看，未來異構計算是一個必然的趨勢，讓專業的人做專業的事情，這就是異構計算的精髓所在。根據相關統計數據，僅僅是中國市場，異構計算類型的服務器市場規模到2023年就將達到44.5億美元，比2019年翻倍還要多。正如上面介紹提到的，無劍600實現了CPU+XPU異構架構的全面優化。XPU是異構計算的典型特征，成為半導體芯片廠商競爭的新賽道，包括DPU、APU、TPU、IPU等多種類型，就像DPU性能描述的那樣，它是處理CPU處理不好，而GPU處理不了的任務，其他的XPU其實出發點也是類似的。從RISC-V架構優勢來看，其開源、模塊化、可擴展的特性和XPU理念是不謀而合的，能夠幫助異構計算塑造更多類型的XPU核心，幫助完成處理器內部多核的多元化，實現CPU的任務卸載，讓CPU回顧系統調度的本質工作。然而異構多核就意味著系統設計更加復雜，需要更好的硬件系統平衡性來達到最佳的性能，并且需要統一的標準，這些層面RISC-V都處于建設中的狀態，因此需要雙軌并進，那么挑戰自然就會大得多。

RISC-V的老生常談

對于RISC-V而言，上面的挑戰雖然大，不過相較于接下來的這個挑戰，那些挑戰都更容易克服，都不叫事兒。很多業者都認同的是，對于RISC-V而言，成敗只看生態。目前RISC-V已經明確了此后一段時間里操作系統的目標——Linux、RTOS和安卓。不過，雖然無劍600成功適配了Linux、安卓等諸多操作系統，不過還需要解決軟件生態的問題。綜合而言，RISC-V要解決的生態短板包括IP、設計工具、工具鏈、基礎軟件和應用研發等多個層面，對于沖擊高性能計算市場的RISC-V而言，這些方面當前更顯貧瘠，但卻是一個繞不開的坎。