?2023年8月23日RISC-V中國峰會于北京隆重召開，吸引了業(yè)界廣泛關(guān)注。大會設(shè)立了一個創(chuàng)新產(chǎn)品發(fā)布環(huán)節(jié)，推出了多項(xiàng)基于RISC-V指令集的新型芯片設(shè)計(jì)、EDA設(shè)計(jì)和生態(tài)構(gòu)建，在本次發(fā)布會上，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所和之江實(shí)驗(yàn)室推出了聯(lián)合研制的代號為“之江”的RISC-V多核處理器芯粒，這是國際上第一個采用標(biāo)準(zhǔn)接口的RISC-V處理器芯粒，該芯粒推出率先將RISC-V從IP核形態(tài)推向芯粒這一新創(chuàng)新形態(tài)，為我國RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)的繁榮和探索構(gòu)建芯粒和集成芯片生態(tài)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

RISC-V相關(guān)研究被學(xué)術(shù)和企業(yè)界日益增長的熱度，逐漸形成了ARM、X86、RISC-V生態(tài)三足鼎立的趨勢。RISC-V指令集具有因?yàn)槠溟_源開放、靈活定制的獨(dú)特優(yōu)勢，依據(jù)此設(shè)計(jì)芯片依然存在制造上的障礙。一方面，先進(jìn)工藝的流片成本巨大，流片周期較長，如果芯片的生產(chǎn)規(guī)模達(dá)不到一定量級，會給芯片成本帶來很大壓力；另一方面，依然存在先進(jìn)工藝無法獲得的問題。

芯粒（Chiplet）和先進(jìn)集成技術(shù)為RISC-V生態(tài)的繁榮和發(fā)展一條新的半導(dǎo)體技術(shù)途徑。芯粒技術(shù)可以像搭樂高積木一樣，把一些預(yù)先生產(chǎn)好、具有特定功能、可組合集成的芯片裸片（die），通過精密半導(dǎo)體工藝（比如3D, 2.5D）集成在一起形成一個集成芯片（Integrated Chips）系統(tǒng)。而這些預(yù)制件就是芯粒。隨著先進(jìn)封裝技術(shù)與高速接口技術(shù)的發(fā)展， 將整個芯片系統(tǒng)設(shè)計(jì)分解為多個小的可復(fù)用芯粒，有效提升了芯片的制造成本和設(shè)計(jì)靈活性，其中芯粒作為一種新的可“物理IP”復(fù)用，讓模塊化芯片組合的想法，在近年來逐漸成為商業(yè)化的現(xiàn)實(shí)。其中，最關(guān)鍵的可復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)化芯粒就包括CPU主控芯粒，算力芯粒，IO芯?；蚧ミB芯粒，其中CPU芯粒是任何集成芯片系統(tǒng)都離不開的核心組件。

在工業(yè)界，AMD公司推出的Epyc系列處理器、蘋果公司的M1 Ultra以及Intel公司的Lakefield相繼證明了CPU芯粒這種新的系統(tǒng)組件形態(tài)對于降低集成芯片系統(tǒng)開發(fā)費(fèi)效比和能效比的重要意義，然而，這幾類CPU芯粒皆面臨特定公司產(chǎn)品型號并通過垂直設(shè)計(jì)得到，無法開放給更多的異構(gòu)集成系統(tǒng)或第三方集成者滿足其自由定制集成芯片產(chǎn)品的需求。相比而言，本次發(fā)布的“之江一號”：RISC-V多核處理器芯粒，是首個采用標(biāo)準(zhǔn)接口開放式的CPU芯粒形態(tài)，這一成果為高性能計(jì)算領(lǐng)域帶來新的活力。

中科院計(jì)算所項(xiàng)目負(fù)責(zé)人王穎副研究員表示，該標(biāo)準(zhǔn)化RISC-V處理器芯粒是瞄準(zhǔn)集成芯片開放式開放生態(tài)，可作為構(gòu)建集成芯片系統(tǒng)的核心，為高算力計(jì)算領(lǐng)域提供基礎(chǔ)算力支撐。同時，該芯?；诳煽毓に囍圃?，該芯粒可以實(shí)現(xiàn)大型處理器芯片的制造，而不依賴于昂貴的先進(jìn)工藝。這為高性能處理器的設(shè)計(jì)提供了新的思路和可能性。
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高算力應(yīng)用是當(dāng)前RISC-V指令集和芯片正在大力開拓的一個場景。然而，高算力的處理器設(shè)計(jì)面臨著兩個關(guān)鍵性的挑戰(zhàn)。一方面，增加芯片晶體管的數(shù)量是提高芯片算力最直接的辦法，但是光刻的芯片制造方法使得面積難以突破，這種問題被稱為“面積墻”。這意味著無法通過傳統(tǒng)方式進(jìn)一步減小芯片的物理面積，從而限制了處理器的規(guī)模和功能集成度。另一方面，隨著領(lǐng)域?qū)Ｓ眉軜?gòu)（DSA）的盛行，通過定制化專用芯片滿足端邊云芯片的碎片化需求成為后摩爾時代獲得能效飛躍的一條重要技術(shù)路線，然而大規(guī)模大算力專用芯片的設(shè)計(jì)成本攀升動輒花費(fèi)數(shù)千人月開發(fā)成本，又成為一道橫亙在國產(chǎn)大算力專用芯片道路之上的”設(shè)計(jì)墻“。

通過芯粒集成無疑為探索高算力芯片提供了一條不同于基于先進(jìn)工藝、新器件新材料的第三條技術(shù)途徑。中科院計(jì)算所智能計(jì)算中心與之江實(shí)驗(yàn)室先進(jìn)計(jì)算中心負(fù)責(zé)人、集成芯片項(xiàng)目首席架構(gòu)師韓銀和研究員表示之江一號RISC-V處理器芯粒是首個標(biāo)準(zhǔn)化接口的RISC-V處理器芯粒，對于建立芯粒預(yù)制件生態(tài)與開放的芯粒組合設(shè)計(jì)模式具有重要突破意義，該芯粒不但具有很好的可擴(kuò)展性用于搭建國產(chǎn)工藝高性能處理器芯片，此外該芯?？梢院推渌悄芴幚砥餍玖Ｖ苯悠唇釉谝黄穑浜舷冗M(jìn)封裝工藝快速定制新的智能集成芯片系統(tǒng)。
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韓銀和研究員認(rèn)為認(rèn)為未來芯粒的生態(tài)將是相互融合、開發(fā)敏捷的生態(tài)，這一點(diǎn)與RISC-V的開源開放理念相結(jié)合。項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)人員王郁杰副研究員在強(qiáng)調(diào)了“之江一號”的潛力。他認(rèn)為“之江一號”芯粒的設(shè)計(jì)初衷是未來根據(jù)場景需求結(jié)合高低不同性能的芯粒，快速實(shí)現(xiàn)面向新領(lǐng)域的處理器設(shè)計(jì)，該芯粒集成了4個并行片間互聯(lián)接口，為芯粒間高速互連提供了支持，其具備的可擴(kuò)展性與標(biāo)準(zhǔn)化低延遲高帶寬接口特點(diǎn)，也在將來高性能計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等多個領(lǐng)域都具備廣泛的應(yīng)用前景。
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