在 AI 時代，芯片作為算力基礎(chǔ)設(shè)施的重要性與日俱增。當(dāng)前，專有指令集架構(gòu)（ISA）如 x86 和 ARM 在市場中占據(jù)主導(dǎo)地位，但其封閉性與高昂授權(quán)費用已成為技術(shù)創(chuàng)新的桎梏。而開源模塊化的 RISC-V 架構(gòu)憑借其靈活性和可定制性，正在 AI 領(lǐng)域展現(xiàn)出突破性潛力，有望打破現(xiàn)有市場格局。

近期，RISC-V+AI 領(lǐng)域迎來多個重要進(jìn)展。

據(jù)彭博社報道，由“Zen 之父”、芯片架構(gòu)設(shè)計大師 Jim Keller 領(lǐng)銜的 AI 芯片創(chuàng)企 Tenstorrent 于近日完成了新一輪 6.93 億美元的融資, 由韓國 AFW Partners 和三星證券領(lǐng)投, 亞馬遜創(chuàng)始人貝佐斯的投資公司 Bezos Expeditions、LG 電子、富達(dá)等機構(gòu)跟投, 本輪融資后公司估值達(dá)到 26 億美元。這筆資金將用于擴大工程團隊規(guī)模、投資全球供應(yīng)鏈, 并建設(shè)大型 AI 訓(xùn)練服務(wù)器。

圖丨 Jim Keller（來源：Tenstorrent）

作為一家志在挑戰(zhàn)英偉達(dá) AI 芯片霸主地位的初創(chuàng)企業(yè)，Tenstorrent 采用了與英偉達(dá)截然不同的技術(shù)路線。Jim Keller 在接受采訪時表示，Tenstorrent 選擇放棄使用高帶寬內(nèi)存（HBM），轉(zhuǎn)而采用開源技術(shù)和更普及的組件?！叭绻褂?HBM，就無法在成本上戰(zhàn)勝英偉達(dá)，因為英偉達(dá)是 HBM 最大的買家，具有成本優(yōu)勢?！盞eller 解釋道，“而且由于 HBM 深度集成在他們的產(chǎn)品和插槽中，他們永遠(yuǎn)無法真正降低價格?！?/p>

該公司最新推出的基于 RISC-V 架構(gòu)的 Blackhole 加速器包含 768 個 RISC-V 核心，峰值計算性能可達(dá) 745 TFLOPS，超過了英偉達(dá)的 A100 和 L40S 加速器。該加速器將整合在 Tenstorrent 正在開發(fā)的 Blackhole Galaxy 設(shè)備。該機器將配備 32 個 Blackhole 加速器，以 4x8 網(wǎng)格連接，實現(xiàn) 23.8 petaFLOPS FP8 性能、1TB 內(nèi)存和 16TB/秒原始帶寬。

圖丨 Blackhole Galaxy 的架構(gòu)（來源：Tenstorrent）

Jim Keller 表示，Tenstorrent 的產(chǎn)品有望比同等性能的 GPU 系統(tǒng)便宜 5 到 10 倍。目前, 公司已與客戶簽訂了總額近 1.5 億美元的合同。雖然與英偉達(dá)每季度數(shù)百億美元的數(shù)據(jù)中心收入相比仍有較大差距，但增長勢頭強勁。

與此同時，另一家來自的德國的 RISC-V 初創(chuàng)公司 Ubitium 近期獲得 370 萬美元種子輪融資, 由 Runa Capital、Inflection 和 KBC Focus Fund 共同領(lǐng)投。該公司計劃開發(fā)出一種結(jié)合 CPU、GPU、DSP 和 FPGA 功能的“通用”處理器。

圖丨 Ubitium 的通用處理器（來源：Ubitium）

該公司首席執(zhí)行官 Hyun Shin Cho 解釋說："我們的微處理器架構(gòu)允許芯片的晶體管被重復(fù)用于不同的處理任務(wù)，使單個處理器能夠動態(tài)適應(yīng)從簡單控制邏輯到大規(guī)模并行數(shù)據(jù)流處理和 AI 推理等各類工作負(fù)載。"

目前，邊緣設(shè)備和嵌入式系統(tǒng)通常依賴于集成多個專用處理單元的片上系統(tǒng) (SoC)，包括用于通用任務(wù)的 CPU、用于圖形和并行處理的 GPU、用于加速 AI 工作負(fù)載的 NPU、用于信號處理的 DSP 以及用于可定制硬件功能的 FPGA。

這種方案雖然可行，但增加了硬件和軟件的復(fù)雜性，同時推高了制造成本。更重要的是，當(dāng)設(shè)備沒有運行特定功能時，相應(yīng)的處理單元會處于閑置狀態(tài)，造成硅片面積和能源的浪費。

Ubitium 的通用處理器架構(gòu)通過將相同的晶體管重復(fù)用于各種工作負(fù)載來解決這些問題。據(jù) Shin Cho 透露，這種方法可以將系統(tǒng)的性能/成本比提高 10 到 100 倍。"重用晶體管顯著減少了處理器中的總晶體管數(shù)量，進(jìn)一步節(jié)省了能源和硅片面積。"

目前，公司已經(jīng)獲得了 18 項相關(guān)專利，并完成了基于 FPGA 仿真的原型驗證。Ubitium 計劃在未來幾個月推出多項目晶圓原型和開發(fā)套件，預(yù)計在 2026 年向客戶交付首批邊緣計算芯片。

Ubitium 的未來目標(biāo)是建立一個標(biāo)準(zhǔn)化的計算平臺，簡化開發(fā)流程并加速各行業(yè)的創(chuàng)新。"我們的工作負(fù)載無關(guān)處理器能夠在無需硬件修改的情況下適應(yīng)新的 AI 發(fā)展。這將使開發(fā)者能夠在現(xiàn)有設(shè)備上實現(xiàn)最新的 AI 模型，降低與硬件變更相關(guān)的成本和復(fù)雜性。" Cho 說。

在國內(nèi)，RISC-V 的發(fā)展也取得了重要進(jìn)展。近日，中國 AI 芯片初創(chuàng)企業(yè)希姆計算在 RISC-V 美國峰會上發(fā)布了其 RISC-V 矩陣擴展開源項目的 0.5 版本，成為業(yè)內(nèi)首家向國際社區(qū)提交完整 RISC-V 矩陣指令集及配套工具的企業(yè)，在底層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定方面實現(xiàn)重要突破。

圖丨希姆計算的矩陣擴展開源項目發(fā)展歷程（來源：RISC-V International）

從技術(shù)角度來看，希姆計算最新發(fā)布的 RISC-V 矩陣指令集采用了基于 Tile 的矩陣乘法架構(gòu)設(shè)計，通過參數(shù)化寄存器架構(gòu)和模塊化類型系統(tǒng)，能夠適應(yīng)從邊緣到云端的各類應(yīng)用場景。該公司還配套更新了一系列開發(fā)工具，包括基于 LLVM 的編譯器、基于 Spike 的模擬器、基于 GDB 的調(diào)試器，以及基于 SCOOP 平臺的開源核心實現(xiàn)，為開發(fā)者提供了完整的工具鏈支持。

這一突破的意義在于，隨著生成式 AI 的興起，矩陣計算已成為核心計算需求。目前主流的 x86、Arm 架構(gòu)都在推出相應(yīng)的矩陣指令集擴展，如 Arm 的 SME 和英特爾的 AMX。而開源的 RISC-V 架構(gòu)因其靈活性和可定制性，被認(rèn)為很可能成為 AI 時代最理想的指令集架構(gòu)選擇。在這一背景下，統(tǒng)一的矩陣指令集標(biāo)準(zhǔn)對推動 RISC-V 在 AI 領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要意義。

總體來看，隨著資本的持續(xù)涌入與統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的制定，RISC-V 生態(tài)將迎來更進(jìn)一步的發(fā)展。其開源特性和高度的可定制性，使得開發(fā)者能夠根據(jù)需求量身定制硬件，降低了創(chuàng)新的門檻，并推動了更加開放、透明的技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)。

這種去中心化的特性尤其對中國等后發(fā)國家具有重要意義，可以減少對專有技術(shù)的依賴，增強技術(shù)自主性。隨著更多企業(yè)加入這一生態(tài)，RISC-V 有望在 AI 時代與傳統(tǒng)指令集架構(gòu)形成“三足鼎立”之勢，為全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來新的發(fā)展機遇。

參考資料：

1.https://www.theregister.com/2024/12/04/riscv_ai_champion_investment/

2.https://venturebeat.com/data-infrastructure/ubitium-tackles-edge-ai-and-more-with-new-universal-processor/

3.https://riscv.org/blog/2024/11/stream-computing-risc-v-matrix-extension-open-source-project-upgrades-to-version-0-5-supporting-vectormatrix-implementation/

4.https://www.bloomberg.com/news/articles/2024-12-02/jeff-bezos-is-betting-on-ai-chip-startup-tenstorrent-to-take-on-nvidia-nvda?embedded-checkout=true