首次實現RISC-V+Android 12的AI支持！玄鐵CPU背后的國產RISC-V力量

吳新

在以RISC-V為核心的半導體芯片領域，國產企業正彰顯著自己的力量。

隨著安卓系統的迭代更新，安卓12.0版本引入了Bazel新架構、Rust新語言和Studio新功能，其Art和Bionic模塊也實現了架構層面的進化。這給RISC-V兼容安卓系統提出了全新挑戰。

基于此，平頭哥對安卓12.0進行了系統性的RISC-V優化支持，并通過Android Studio在 RISC-V 架構上成功運行Tensor Flow Lite模型，開啟了RISC-V在安卓平臺上對人工智能的支持。

而針對RISC-V第三方組件開發面臨的支持缺乏、系統不兼容及認證水平低等問題，平頭哥首次在安卓12.0版本上集成并驗證了RISC-V架構的音頻播放、視頻播放、WiFi和相機等關鍵功能：這證明了RISC-V兼容最新版本安卓12.0的可行性，也將極大降低RISC-V廠商開發和集成相關組件的門檻。

“此次我們將RISC-V對安卓的支持擴展到核心工具集、第三方庫和 SoC 板級支持包（BSP）上，首次將它們都集成到系統中來實現，將RISC-V與安卓的融合再往前推進一步。這些架構支持若被接收為安卓官方的ABI接口，將是下一個里程碑。”平頭哥技術專家毛晗介紹說。

除此之外，全球權威AI基準測試MLPerf在4月7日發布最新榜單，在聚焦低功耗、高能效的IoT領域Tiny v0.7榜單中，基于平頭哥玄鐵RISC-V C906處理器的軟硬件聯合優化方案，取得了全部4個指標的第一，并且達到了其他競品同類最優性能的10倍以上。這也意味著，玄鐵RISC-V C906處理器成為了目前最高能效比的AIoT計算內核。

MLPerf Tiny是目前全球IoT領域對軟硬件性能和優化能力測試的權威AI榜單，包含視覺喚醒、圖像分類、語音喚醒及異常監測等4個典型AI任務。今年，參與比拼的CPU覆蓋ARM、RISC-V及自研架構等。

此次Tiny v0.7榜單中，在不使用加速器的情況下，阿里基于平頭哥玄鐵RISC-V C906處理器提交的軟硬件性能優化結果，在滿足精度要求的同時，刷新了全部4個benchmark指標的紀錄，創造了RISC-V架構在AI基準測試上的最好成績。

依靠阿里在算法、編譯、硬件的軟硬一體創新，平頭哥玄鐵RISC-V處理器實現了AIoT領域的性能優化。算法層面，阿里云震旦異構加速平臺利用架構感知的模型優化工具SinianML，通過壓縮、網絡結構搜索、蒸餾、彈性伸縮等優化，使得AI推理實現了計算效率的大幅提升。同時，結合達摩院在語音和視覺AI算法方面的領域知識，在具體任務上通過算法優化實現加速。

長期以來圍繞芯片架構、安全性和性能改進的 IP 設計一直是半導體供應鏈的關鍵。英特爾憑借其 X86 指令集一直主導著計算市場的 CPU 系統架構，而 ARM 憑借其芯片架構改變了智能手機市場。

市場研究機構 Counterpoint 的分析師 William Li 表示，隨著個人電腦和智能手機市場接近飽和，“全球半導體 IP 市場正接近拐點。”新的應用市場逐漸成長起來，如 AI 智能設備、5G 通信、高性能計算、自動駕駛汽車等將推動 IC 設計和 IP 許可行業的產品都實現了價值增長。

據Counterpoint最新的報告，到 2025 年，全球半導體 IP 市場規模將以年均 11%的復合增長率增長至 86 億美元。該市場目前由 ARM、Synopsys、Cadence 和 CEVA 等公司主導。ARM 擁有超過三分之一的市場份額，這得益于其在移動設備領域的極高市場份額。

圖片來源：Counterpoint半導體IP報告

與此同時，RISC-V 的崛起不容忽視。由于 RISC-V 的開源優勢、更好的功耗性能、可靠的安全功能等，其成為業界新星。

William Li 認為：“RISC-V 處理器將繼續在多個類別中獲得采用。但我們相信，短期內，物聯網仍然是最關鍵的應用領域。到 2025 年，其采用率可能超過 25%，主要是由于其卓越的靈活性、可擴展性和功耗優化。其他 RISC-V 可能被采用的領域包括：工業電子、汽車和 HPC（高性能計算）。”

全球經濟不確定性和國際局勢復雜化影響下，RISC-V 等技術正在變得越來越重要。超過 70% 的 RISC-V 主要成員來自中國，這些成員的努力將加強中國的 IP 庫和 IC 設計能力，重塑供應鏈，并擴張 RISC-V 的影響力。

信息安全是近幾年來一直在強調的話題。RISC-V給中國處理器IP帶來“自主可控”的發展契機。我國從政府政策到學術研究到產業落地多方面協同推動RISC-V架構在中國加速發展。

RISC-V并非首個嘗試開源的ISA，但卻是首個產生如此影響力的開源指令集架構。

伴隨著RISC-V生態的發展，給國內RISC-V新生派企業更多信心。由于RISC-V基金會注冊地從美國遷往中立國家瑞士，為規避潛在貿易限制風險打下了一定基礎。當下常用開源許可證，如BSD、MIT、GPL等都是圍繞代碼的版權說明、修改后是否可以閉源等問題展開的。換言之，當下常用的開源許可證保護的是知識產權。

中科院計算所、華為公司、阿里巴巴集團等在內的20多個國內企事業單位，都加入了RISC-V基金會。伯克利、清華兩所高校還在深圳成立了RIOS實驗室，以扶持RISC-V軟件生態。早在2018年7月，上海經信委就出臺了國內首個支持RISC-V的政策。

SiFive首席執行官Naveed Sherwani在接受《EE Times》訪問時表示，中國目前已有大約300家公司都在關注或以RISC-V進行開發。而發展至今，已經有不少企業基于RISC-V構建了開源芯片關鍵技術，推出了相關產品，比如平頭哥半導體推出的基于RISC-V架構的玄鐵系列。

RISC-V正在成為芯片世界中的Linux

芯片是信息技術的引擎，推動著人類社會的數字化、信息化與智能化。隨著摩爾定律瀕臨終結，維持芯片技術創新面臨挑戰。開源芯片設計將是應對挑戰的新思路。

“開源”（開放源代碼）是一種開發模式和商業模式，以Linux為代表的開源軟件已經成為當前軟件產業的主流。而RISC-V開源指令集可以理解為與開源軟件相對應的一種開源硬件。開源芯片設計可以將芯片設計門檻大大降低，甚至3-5人的小團隊在3-4個月內，只需幾萬元就可以研制出一款有市場競爭力的芯片。

對此，倪光南曾表示，“未來RISC-V很可能發展成為世界主流CPU之一。”這與其本身開放、簡約的特點有關。在設計方面，免除授權費用和知識產權風險的完全開源免費，是RISC-V存在的主要意義。RISC-V指令集在最初設計時，其研發團隊就明確表示要追求簡約，丟棄歷史包袱。目前成型的技術代碼集小、支持模塊化、性能優越，能滿足從微控制器到超級計算機等各種復雜程度的處理器需求，支持FPGA、ASIC乃至未來器件等多種實現方式。

微架構或者叫微結構設計，指的是集成電路層面的架構。簡單來說就是在確定了指令集和相關的CPU核心之后根據微架構完善為CPU的設計，經過流片、封裝等步驟，最后推出的就是具體的CPU產品了。

RISC-V是開源的，其指令集是免費的。但基于免費的指令集進一步開發的微架構是可以收費的。

x86適合處理大量數據，在傳統PC與服務器領域處于霸主地位;手機需要快速處理數據，ARM架構在手機處理器IP領域一統江湖。隨著物聯網時代的來臨，RISC-V作為新興架構，以其精簡的體量，在未來的IoT領域中有一定的優勢。RISC-V搶奪的是新興定制芯片市場的機會，難以撼動成熟市場現有格局，例如手機處理器市場。RISC-V是當前“游戲”局限性的補充者，而不是新加入的競爭者，例如它為需求創新或定制的物聯網提供了一個替代機會。而RISC-V架構憑借開源和開放等優點，且高速適應物聯網碎片化市場，有望成為中國AIoT領域自主可控處理器架構的最佳選擇之一。