平頭哥玄鐵斬獲AI榜單4項第一，RISC-V走在生態(tài)繁榮前夜

市場和資本對AI的態(tài)度回歸理性之時，AI領(lǐng)導(dǎo)者們之間的較量也變得愈加激烈。

一個很明確的信號是，目前全球最權(quán)威的AI基準測試（Benchmark）之一MLPerf，其基準測試成績正在被你追我趕的AI領(lǐng)導(dǎo)者們不斷刷新。

作為現(xiàn)有的50多家MLPerf基準測試聯(lián)盟成員之一，阿里巴巴此前已經(jīng)在MLPerf數(shù)據(jù)中心基準測試中斬獲多項第一。在本月最新發(fā)布的MLPerf Tiny v0.7榜單中，基于平頭哥玄鐵RISC-V C906處理器的軟硬件聯(lián)合優(yōu)化方案，取得了全部4個指標的第一。

RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond對此表示：“物聯(lián)網(wǎng)（IoT）領(lǐng)域的AI技術(shù)競爭激烈，不同層面的定向優(yōu)化對于以極低功耗取得新突破至關(guān)重要。阿里此次的工作證明了其在RISC-V產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)導(dǎo)者地位，也給全球RISC-V社區(qū)和生態(tài)的發(fā)展提供了信心。”

已經(jīng)在MCU市場攻城略地，給Arm帶來不小壓力的RISC-V處理器，在阿里平頭哥玄鐵的進一步推動下，很大程度證明了RISC-V在IoT市場的發(fā)展?jié)摿Γ琑ISC-V在IoT領(lǐng)域的優(yōu)勢不容忽視。

從整個RISC-V發(fā)展的層面來看，相對年輕的RISC-V仍然有很多挑戰(zhàn)和需要提升的地方，但隨著英特爾、蘋果、谷歌等業(yè)界有影響力的公司在RISC-V領(lǐng)域邁出的關(guān)鍵一步，加上阿里巴巴、西部數(shù)據(jù)在RISC-V生態(tài)建中取得的成果，RISC-V站在生態(tài)繁榮的前夜，即將迎來春天，RISC-V處理器應(yīng)用市場將從優(yōu)勢確立的AIoT，進一步拓展至汽車、工業(yè)等領(lǐng)域。

平頭哥玄鐵斬獲四項第一的秘密——系統(tǒng)級優(yōu)化

MLPerf在AI火熱的2018年12月首次發(fā)布基準測試，隨后迅速得到了各大公司、科研機構(gòu)和高校支持和參與。此后，MLPerf基準測試不斷完善，基準測試也從最初的AI訓(xùn)練，拓展至數(shù)據(jù)中心、邊緣、智能手機和IoT的AI推理基準測試，參與者越來越多，競爭也越來越激烈。

MLPerf Tiny 是最新的基準測試榜單，聚焦低功耗、高性價比的IoT場景，2021年6月首次發(fā)布V0.5基準測試結(jié)果，本月最新的MLPerf Tiny V0.7榜單出爐。

MLPerf Tiny V0.7的榜單中，CPU的架構(gòu)涵蓋了Arm、RISC-V架構(gòu)和自研架構(gòu)，平頭哥霸榜足以說明RISC-V架構(gòu)CPU的AI能效比優(yōu)勢。

最終的成績顯示，阿里自研RISC-V玄鐵C906處理器的軟件硬件聯(lián)合優(yōu)化性能結(jié)果，在不使用加速器的情況下，滿足精度要求的同時，全部4個基準測試（喚醒、圖像分類、語音喚醒及異常監(jiān)測）的性能數(shù)據(jù)均位列第一，刷新了MLPerf Tiny Open的全部4個基準測試記錄。

雷峰網(wǎng)注意到，在MLPerf Tiny V0.7的四個測試中，阿里平頭哥玄鐵的成績比其它提交者的性能至少高10倍。也就是說，相比其他提交者，平頭哥玄鐵的性能有一個數(shù)量級的優(yōu)勢。

能夠?qū)崿F(xiàn)如此顯著的優(yōu)勢可以概括為——軟硬一體創(chuàng)新。

MLPerf Tiny V0.7性能數(shù)據(jù)對比

平頭哥副總裁孟建熠對雷峰網(wǎng)表示，“我們能夠刷新MLPerf Tiny榜單，是因為平頭哥聯(lián)合了阿里云、達摩院等多個部門，進行了從最底層硬件到編譯再到上層算法的軟硬件協(xié)同創(chuàng)新。”

最底層的硬件，玄鐵C906是業(yè)界最早量產(chǎn)的向量擴展RISC-V指令集處理器，也是一款64位高能效處理器，標配內(nèi)存管理單元。針對AI處理的特點，C906在數(shù)據(jù)預(yù)取上做了優(yōu)化，采用多通道多模式的數(shù)據(jù)預(yù)取技術(shù)，可大幅提升數(shù)據(jù)訪問帶寬。

編譯層面，平頭哥進一步優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型部署工具集HHB及加速庫CSI-NN2，二者配合，能簡單快速的將原始單精度浮點模型量化為開發(fā)板上性能最優(yōu)的數(shù)據(jù)類型。同時，CSI-NN2 在實現(xiàn)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算子時，充分考慮到玄鐵C906的硬件特性（包括流水線、高速緩存等），充分挖掘了FP16 數(shù)據(jù)格式在算法中的并行能力，發(fā)揮出玄鐵硬件的高能效優(yōu)勢。

在離開發(fā)者更近的算法層面，借助阿里云震旦異構(gòu)加速平臺利用架構(gòu)感知的模型優(yōu)化工具SinianML，通過壓縮、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)搜索、蒸餾、彈性伸縮等優(yōu)化，使AI推理實現(xiàn)了計算效率的大幅提升。同時，結(jié)合達摩院在語音和視覺AI算法方面的領(lǐng)域知識，在具體任務(wù)上通過算法優(yōu)化實現(xiàn)加速。

“在MLPerf Tiny榜單中取得4項第一，證明了RISC-V在性能及能效方面非常優(yōu)異的潛力，也體現(xiàn)出了RISC-V在高能效AI處理中非常有價值。”孟建熠說：“RISC-V架構(gòu)更靈活，更能滿足AIoT時代定制化需求。”

RISC-V確立AI優(yōu)勢，將迅速占領(lǐng)AIoT市場

過去幾年間，憑借著可定制化以開放開源的優(yōu)勢，比肩Arm Cortex-M0甚至Cortex-M4的RISC-V處理器產(chǎn)品上市，給Arm帶來了不小的壓力。

2017 年圖靈獎得主，也是帶領(lǐng)伯克利加州大學(xué)團隊在2011年發(fā)布RISC-V（第五代精簡指令集）的David Patterson教授2020年時對雷峰網(wǎng)(公眾號：雷峰網(wǎng))說，“正如今天的Linux是專有操作系統(tǒng)的強大競爭對手一樣，我希望開放的RISC-V架構(gòu)在未來五年內(nèi)成為專有處理器架構(gòu)的非常強大的競爭對手。它可能從物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品開始，但我希望RISC-V從智能手機、筆記本電腦到高性能計算，在各個層級都變得非常有競爭力。”

RISC-V國際基金會董事譚章熹曾對雷峰網(wǎng)表示：“新的應(yīng)用總會伴隨新的技術(shù)和機會，就算不替代Arm，RISC-V架構(gòu)的AI芯片無疑也是IoT時代的重要玩家。我覺得真正有意思的是，RISC-V開始慢慢對Arm新推出的物聯(lián)網(wǎng)芯片進行一些替代。”

RISC-V的AI優(yōu)勢在此次榜單中正是一個很好的展示，玄鐵C906作為一款CPU，在不借助加速器的情況下，就實現(xiàn)了比其它架構(gòu)CPU配合加速器更高的AI性能。

“平頭哥的定位是提供RISC-V原生的AI支持，所以我們所有的基準測試都是由CPU來完成。”孟建熠說，“基于玄鐵處理器能效的表現(xiàn)，很多對AI算力要求不高的IoT場景（1TOPS以下）就不需要在單獨設(shè)計AI加速器，無論是成本、可調(diào)試性、可開發(fā)性都非常友好。如果是對AI有更高要求的客戶，也可以開發(fā)單獨的AI加速器。”

據(jù)悉，在語音AI場景，達摩院語音實驗室聯(lián)合平頭哥打造了基于RISC-V玄鐵C906核的語音交互AIoT模組，可以為客戶整機降低一半以上的模組成本，同時依然保持高性能的算法體驗，已經(jīng)服務(wù)于天貓精靈等內(nèi)外部客戶，結(jié)合有25億顆累積應(yīng)用的玄鐵CPU生態(tài)，能夠為更多的智能設(shè)備帶來低功耗和高性價比的AI技術(shù)。

接下來，平頭哥還將繼續(xù)通過軟硬件的協(xié)同創(chuàng)新不斷增強RISC-V的AI優(yōu)勢。

這一點從平頭哥選擇的MLPerf Tiny V0.7 Open Division就可以明確看出。MLPerf Tiny分為Closed Division 和Open Division。Closed Division只能從底層做模型的量化和算子加速。Open Division則可以從模型層次結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等更大范圍內(nèi)的優(yōu)化，MLPerf也希望通過Open Division鼓勵創(chuàng)新。

孟建熠說，“相較于Closed Division，Open Division更能體現(xiàn)軟硬協(xié)同的能力。長期來看，我們可能還是會堅持從Open Division的角度不斷優(yōu)化和提升玄鐵RISC-V處理器的AI性能。”

RISC-V從技術(shù)層面的不斷創(chuàng)新，也能夠更好地符合IoT市場碎片化的需求。

平頭哥生態(tài)負責(zé)人楊靜表示，“我們軟硬協(xié)同優(yōu)化和創(chuàng)新的模式從某種角度看是可以復(fù)制的模式。我們也希望在更多的行業(yè)里，更懂應(yīng)用的客戶能夠把上層的軟件優(yōu)化做好，從應(yīng)用出發(fā)，通過軟硬件配合提升能效，不斷豐富RISC-V的生態(tài)。”

孟建熠認為，“在IoT領(lǐng)域，RISC-V的技術(shù)和生態(tài)進入了快速發(fā)展的階段。但RISC-V除了IoT還要走向邊緣、數(shù)據(jù)中心等市場，這需要生態(tài)的繁榮。”

走在生態(tài)繁榮前夜，RISC-V將迎來春天

正如Arm花費了數(shù)年時間建立服務(wù)器CPU生態(tài)，才在最近幾年能有與x86服務(wù)器CPU競爭的機會一樣。生態(tài)的豐富和完善程度決定了RISC-V真正的競爭力。RISC-V建設(shè)生態(tài)的優(yōu)勢在于，與x86的封閉，以及Arm的授權(quán)模式不同，RISC-V在芯片領(lǐng)域全新的開放、可定制化能夠吸引更多開發(fā)者。

孟建熠認為，生態(tài)繁榮的一些關(guān)鍵特征包括，有足夠數(shù)量的開發(fā)者，有足夠豐富的軟件，以及足夠的可供使用的資源。RISC-V的整個生態(tài)走在了繁榮的前夜。

最近一年，越來越多業(yè)界有影響力的公司在推動RISC-V發(fā)展中邁出了實質(zhì)性的一步，足以說明RISC-V未來的潛力。比如x86架構(gòu)的主導(dǎo)者英特爾在今年2月宣布加入RISC-V International，并成為Premier級別會員。谷歌在去年10月發(fā)布的自研獨立安全芯片，改用RISC-V指令集架構(gòu)。蘋果在去年9月放出了RISC-V人才的招聘信息。

作為RISC-V的領(lǐng)導(dǎo)者之一，平頭哥對RISC-V生態(tài)的繁榮已經(jīng)做出了重要貢獻。2021年10月13日，平頭哥宣布玄鐵C910成功兼容安卓系統(tǒng)，可運行Chrome瀏覽器等應(yīng)用。這是RISC-V架構(gòu)處理器首次實現(xiàn)對安卓的支持，意味著RISC-V架構(gòu)有望打破場景壁壘，成為高性能芯片設(shè)計的新選擇。

2021年10月13日，平頭哥玄鐵C910成功兼容安卓系統(tǒng)

性能和應(yīng)用不斷向上突破的同時，平頭哥已經(jīng)擁有從低功耗、低成本到中高性能等豐富的RISC-V處理器產(chǎn)品家族，廣泛應(yīng)用于MCU、藍牙、無線、語音、視覺等應(yīng)用場景。目前，玄鐵系列處理器已出貨超25億顆，擁有150余家客戶、超500個授權(quán)數(shù)，是國內(nèi)應(yīng)用規(guī)模最大的國產(chǎn)CPU。

除了從技術(shù)維度進行創(chuàng)新，平頭哥從商業(yè)模式維度的創(chuàng)新也對RISC-V生態(tài)的繁榮意義重大。

RISC-V一個顯著的特性就是開源，平頭哥也通過開源開放推進算力普及。2019年，玄鐵C910一面世就對外開放，2021年玄鐵4款量產(chǎn)處理器全棧開源，為全球開發(fā)者提供了架構(gòu)新選擇，在此基礎(chǔ)上，開發(fā)者可實現(xiàn)開源EDA協(xié)同，創(chuàng)新硬件架構(gòu)，豐富軟件應(yīng)用生態(tài)。

過去幾年間，平頭哥適配了AliOS、FreeRTOS、RT-Thread、Linux、Android等操作系統(tǒng)，在百余款芯片中得到了應(yīng)用。這也使得玄鐵系列成為國內(nèi)RISC-V領(lǐng)域影響力和市場占有率最大的處理器產(chǎn)品，以每年50%的授權(quán)數(shù)增長。

楊靜介紹，“玄鐵處理器不斷豐富的同時，也有越來越多可供開發(fā)者群體使用的開發(fā)。我們會逐步增加可使用開發(fā)板的觸達度。可以看到，基于這些開發(fā)板開發(fā)的項目不止有創(chuàng)意，也有一些真正進入IoT商業(yè)化領(lǐng)域的嘗試。”

高校更能夠在人才培養(yǎng)的階段就普及RISC-V技術(shù)。孟建熠說，“4款玄鐵處理器全棧開源之后，許多科研院所，以及國內(nèi)知名的高校都基于玄鐵做研究，也已經(jīng)有玄鐵架構(gòu)的分析論文。當然，我們也和高校合作，在計算機體系結(jié)構(gòu)課程中增加玄鐵處理器的相關(guān)內(nèi)容。”

“開源之后，我們看到更多的初創(chuàng)公司，甚至一些大公司都會看我們開源內(nèi)核的使用情況。玄鐵處理器的開源代碼在GitHub的下載量相當可觀。”楊靜補充表示。

RISC-V的生態(tài)在業(yè)界的共同努力下，正在走向繁榮，這也意味著RISC-V市場即將迎來春天。

AIoT市場之后，在可以預(yù)見的未來，RISC-V的下一個戰(zhàn)場或許是車載和工業(yè)市場。將時間線拉長，RISC-V也將在云端和邊緣端高性能處理器市場占有一席之地。

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