重点内容速览：

| RISC-V的关键优势 ：开放指令集与可控微架构

| 数据中心对CPU的核心需求

| 高性能RISC-V CPU产品

这几年RISC-V在国内的关注度很高，参与的公司也很多，而且芯片销量也在快速增长。据Semico Research的统计，2023年全球基于RISC-V技术的芯片出货量超过100亿颗，预计2025年将会超过800亿颗。
 

这种增长不仅体现在数量上，还体现在应用的多样化和复杂性上。例如，RISC-V处理器能够直接将针对AI、ML和其他数据密集型任务的专用指令集成到处理器中，从而优化从深度学习到计算机视觉在内的各种计算密集型任务。我们也看到RISC-V处理器除了在AIoT领域的应用外，也开始在工业、汽车、以及数据中心应用中展现其潜力。

RISC-V的关键优势：开放指令集与可控微架构

RISC-V是一个基于精简指令集（RISC）原则设计的开放指令集，秉承简单有效的设计哲学，具备开放、简洁、模块化、可扩展的优势。RISC-V 指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人或任何企业设计、制造、销售RISC-V芯片和软件。与x86和Arm等指令集相比，RISC-V具有三大关键优势：
 

一是开放。 对一个处理器来说，有两个非常关键的技术，一是指令集标准；二是微架构实现。其中指令集标准（ISA）是上层软件和底层芯片的界面与桥梁；微架构实现，则是处理器具体的流水线架构实现，包括超标量，乱序，多发射，动态调度等。
 

目前市场上流行的x86指令集是由英特尔主导的，属于封闭指令集与黑盒微架构的结合；Arm则是商业公司主导，属于封闭指令集与单一授权微架构的结合。虽然Arm的微架构可以开放给客户，但是授权费用昂贵，高性能的微架构一般都是千万美元起步，而且独此一家，如果它不售卖则无法获得。但RISC-V则不同，它凭借开放指令集标准，微架构竞争充分，国内外参与企业众多，可以从不同公司购买竞争力更强的微架构。
 

二是模块化，可定制。RISC-V的模块化设计允许开发者根据特定应用需求选择和扩展指令集，使处理器高度定制化，以适应不同的应用场景。RISC-V可定制向量计算、矩阵计算等AI计算指令集扩展，实现智算专用加速。
 

三是精简、高效。 RISC-V指令集去除了许多传统指令集种的复杂性和冗余，不仅降低了硬件实现的复杂度，还提高了执行效率。加上，其简洁，无历史包袱，定制AI芯片效率高，有助于更快速算法执行与数据处理。
 

近几年来，RISC-V硬件性能提升显著，数据中心应用已经起步。RISC-V硬件已经覆盖大部分场景，并向高性能场景演进。高性能领域国内外并跑，均启动服务器CPU研发。

知合计算CPU设计总监刘畅在今年RISC-V中国峰会上表示，RISC-V处理器产品性能正在对x86和Arm处理器产品穷追猛赶。有部分公司推出的RISC-V产品性能已经逼近x86和Arm主流规格。
 

比如，国外初创公司中，以SiFive（高性能标杆）、Ventenna（主打Chiplet）、Tenstorrent（RISC-V+AI）为代表的公司，在高性能、Chiplet、RISC-V DataFlow方向布局。
 

国内初创公司中，以知合计算（高性能+AI推理）、进迭时空（高性能+虚拟化）、赛昉科技（高性能+自研总线）等为代表，在高性能、AI推理、IOMMU虚拟化与自研Mesh总线方向展开。
 

加上阿里达摩院在RISC-V领域的全方位投入，市面上已经开始出现一些性能表现不错的RISC-V产品可以应用于数据中心了。
 

在加上RISC-V的短板正在快速补齐，生态加速进化，RISC-V在数据中心方面的应用土壤已经具备。

数据中心对CPU的核心需求

数据中心对CPU有哪些核心需求呢？据业内专家表示，数据中心对CPU的需求主要是高性能，虚拟化和CPU推理能力三个关键指标。

  
首先，高性能。数据中心要求CPU的单核性能指标是Spec 2006单核要超过15分/GHz。据公开资料显示，目前单核性能最高的是AMD的CPU，可达到23~25分/GHz；其次是Arm内核的CPU，可到到20分/GHz；RISC-V内核的CPU最高可达18分，国内也有厂商在冲击该分数。

  
业界希望国内有更多公司的产品能够突破该门槛分数，同时还能够实现多核互联。因为CPU芯片依赖先进工艺，单芯片总算力尤为重要，RISC-V片内互联总线（Mesh）需要早日突破。

  
还有国内目前先进工艺受限，因此，单芯片达到光罩极限后，Chiplet芯粒互联愈发重要，但计算Die和IO Die分工，需要产业协同。

  
二是虚拟化。其实虚拟化分为三大层面，首先是CPU的虚拟化，RISC-V已经推出RVH扩展，实现了内核虚拟化；其次是内存虚拟化，RISC-V也已经有MMU虚拟化，也已经支持了；第三个是针对外设的，即IOMMU，大部分人以为外设是低速的，但其实该虚拟化主要针对高速外设，特别是高性能网卡和高性能SD。目前RISC-V在这方面还有所欠缺，而IOMMU就是RISC-V外设虚拟化规范，类似英特尔VT-D和Arm SMMU，其作用与MMU类似，但方向相反，起到“地址转换，设备隔离，内存保护”等IO虚拟化作用。

  
IOMMU将填补虚拟化重要拼图，因为对于通算与存储服务器来说，IOMMU虚拟化是数据面安全、高效直通的必要条件。

  
三是CPU推理。CPU推理，图灵完备，具备大规模Scale Out横向扩展，高性价比，软件生态友好等综合优势；而RISC-V指令集与架构均可定制，在DataFlow数据流图、矩阵算力扩展等方面，具备独特竞争优势，可以卡位CPU推理。

  
高性能RISC-V CPU产品

目前，多家公司已经推出了面向数据中心应用的 RISC-V CPU。例如，SiFive 推出了 P870-D，这是一款对标 Arm N2 的高性能 RISC-V 数据中心 CPU 设计。Ventana Micro Systems 也推出了 Veyron V2，这是其首款面向数据中心的 RISC-V CPU，采用多核小芯片形式，并且支持标准 RISC-V 向量指令。这些处理器不仅在性能上与传统的 Arm 和 x86 架构竞争，还通过支持 RISC-V 生态系统（RISE）来提高硬件与软件的兼容性。

  
另外，赛昉科技推出的昉·天枢-90 和昉·天枢-80 CPU Core IP 也是面向数据中心应用的重要产品。昉·天枢-90 是一款高性能的商业级国产 RISC-V CPU Core IP，采用超标量、深度乱序执行设计，支持标准 RISC-V RV64GCBH 扩展，广泛应用于数据中心、高性能网络通讯和机器学习等领域。

  
RISC-V 数据中心 CPU 正在迅速发展，并逐渐成为数据中心领域的一个重要选择。这些处理器不仅在性能上具备竞争力，还通过开放标准和生态系统建设，为数据中心提供了更多的灵活性和扩展性。

  
据SiFive的产品新闻稿显示，SiFive P870-D 是一款专为数据中心设计的高性能处理器，支持高达256个核心的扩展，适用于需要并行处理的工作负载，如视频流、存储和Web服务器。其性能与 Arm Neoverse N2 相当，但规模仅为后者的3/4，表明其在能效和成本效益方面具有优势。

  
技术特性方面，P870-D 支持开放式 AMBA CHI 协议，允许灵活扩展集群数量，并且具备分布式和可扩展的 IOMMU，用于加速虚拟化设备的 I/O。它还支持 RISC-V Sv57 扩展，提供57位虚拟地址空间，增强内存管理能力。

  
此外，P870-D 集成了 RAS（可靠性、可用性和可维护性）功能，能够在问题出现前检测到错误并保护数据完整性，从而提高系统的整体可靠性。

  
更重要的是，SiFive 正在与 Arteris 等生态系统合作伙伴合作，以简化完整系统的开发。通过将 SiFive 基于 RISC-V 的处理器与 Arteris 的片上网络（NoC）IP 集成，客户可以加快开发速度并更快地将其产品推向市场。

  
Ventana Veyron V2 也是目前性能最高的 RISC-V 处理器之一，它采用小芯片方法，配备 IO 集线器和加速器，支持 UCIe 以实现每个插槽192个内核。尽管性能可能略逊于Zen 4c，但Veyron V2专注于UCIe和领域特定加速（DSA），提供现代计算平台。

  
技术参数方面，Veyron V2拥有32核心和128MB L3缓存，实现 AMBA CHI 特性，并通过 RAS 功能提高可靠性。架构设计支持安全启动、身份验证和Chiplet身份验证，通过UCIe连接到IO集线器，提供DDR和PCIe控制器接口。支持RISC-V ISA扩展（RISE），推动其在数据中心领域的成熟。

  
市场定位方面，Veyron V2可应用于数据中心、汽车、5G等应用。

  
除了这两款产品，国内公司的玄铁930和香山昆明湖的RISC-V IP性能也相当不错。

结语

RISC-V CPU在数据中心智算领域的应用才刚刚起步，前景看起来虽然不多，但也有不少明显的短板需要去克服。比如说高性能和虚拟化的短板，以及软件生态和高端微架构人才短缺且被众多公司稀释等问题。
 

但只要RISC-V公司能够抓住智算新机会，发挥指令集与架构级可定制优势，瞄准CPU推理等新兴领域，实现差异化竞争。在产业协同努力下，相信这些问题都会迎刃而解的。