提起NVIDIA，你最先想到的是什么？

是橫掃全球AI算力市場(chǎng)的H100、B100“核彈級(jí)”GPU？

是黃仁勛每場(chǎng)發(fā)布會(huì)都能點(diǎn)燃行業(yè)的技術(shù)宣言？

還是那句出圈的“我們創(chuàng)造了AI”？

但很少有人知道，這家站在全球算力之巔的巨頭，早已是RISC-V領(lǐng)域的超級(jí)玩家。

2024年一整年，NVIDIA單年出貨的RISC-V核心，正式突破了10億顆大關(guān)。

這個(gè)數(shù)字有多夸張？

很多深耕RISC-V賽道多年的廠商，累計(jì)出貨量都未必能摸到這個(gè)門檻。

而NVIDIA，甚至很少把“RISC-V”掛在嘴邊。

在RISC-V北美峰會(huì)上，NVIDIA多媒體架構(gòu)副總裁Frans Sijstermans，終于揭開了這家AI巨頭與RISC-V之間，長(zhǎng)達(dá)近十年的隱秘故事。

根據(jù)NVIDIA 2024年RISC-V峰會(huì)披露的數(shù)據(jù)，英偉達(dá)2024年一年就出貨了超過10億個(gè)RISC-V核心！

這些核心不是單獨(dú)賣的CPU，都是嵌在每個(gè)英偉達(dá)加速器里的：

一般一塊芯片放10到40個(gè)，最新的Blackwell GB200里。

這些RISC-V核心管什么？

協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)交換、上下文切換、內(nèi)存熱管理，還當(dāng)硬件信任根做安全啟動(dòng)，整個(gè)GPU的控制命脈都交給RISC-V了。

1：NVIDIA和RISC-V的緣分，早在2016年就已經(jīng)開啟。

很多人不知道，英偉達(dá)用RISC-V不是今天才開始的，早從2016年就開始內(nèi)部替換了，替換的就是用了快二十年的Falcon微控制器。

啥是Falcon？

就是英偉達(dá)GPU里管視頻解碼、內(nèi)存復(fù)制、安全管理的小控制器。

從2005年用到現(xiàn)在，GPU核心從幾百個(gè)漲到幾萬個(gè)，老32位的Falcon早就頂不住了：尋址不夠，性能上不去，緩存支持差，線程也保護(hù)不了。

性能要到Falcon的兩倍以上，面積增加不超兩倍，支持64位尋址，還能跑現(xiàn)代實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

當(dāng)時(shí)英偉達(dá)把市面上所有指令集都篩了一遍，只有RISC-V滿足要求：

就這么著，NV-RISCV家族誕生了。

給你們看個(gè)最直觀的對(duì)比：

架構(gòu)特性

傳統(tǒng) Falcon 控制器

NV-RISCV (基于 RISC-V)

尋址能力

僅限 32 位

支持 64 位物理/虛擬尋址

性能基準(zhǔn)

基準(zhǔn)值

提升 3 倍以上

緩存架構(gòu)

無/受限

支持多級(jí)緩存與緊耦合內(nèi)存 (TCM)

自定義指令

不可擴(kuò)展

超過 20 個(gè)針對(duì) GPU 控制優(yōu)化的自定義擴(kuò)展

安全性

基礎(chǔ)級(jí)別

集成 ICD (In-Circuit Debug) 與安全調(diào)試功能

這場(chǎng)替換的規(guī)模，遠(yuǎn)超行業(yè)想象。

如今，每一顆NVIDIA芯片組里，都會(huì)根據(jù)配置集成10到40個(gè)RISC-V核心。

從消費(fèi)級(jí)游戲顯卡，到數(shù)據(jù)中心的AI加速卡，再到車載智能芯片，幾乎所有NVIDIA產(chǎn)品里，都有RISC-V核心的身影。

也正是這樣的全產(chǎn)品線鋪開，讓NVIDIA在2024年，正式跨過了“單年出貨10億顆RISC-V核心”的里程碑。

而按照NVIDIA的預(yù)估，這場(chǎng)架構(gòu)替換最終會(huì)帶來數(shù)百億級(jí)的RISC-V處理器出貨。

很多人會(huì)好奇：為什么NVIDIA用了這么多RISC-V核心，行業(yè)里卻鮮有耳聞？

答案很簡(jiǎn)單：這些RISC-V核心，都在產(chǎn)品的“幕后”工作。

它們不直接面向終端用戶，卻撐起了NVIDIA整個(gè)產(chǎn)品體系的底層運(yùn)行，是GPU帝國(guó)里看不見的“地基”。

與此同時(shí)，NVIDIA也是RISC-V社區(qū)最核心的共建者之一。

從RISC-V首屆社區(qū)會(huì)議開始，NVIDIA就深度參與，幾乎一直保持著董事會(huì)層面的代表席位，同時(shí)加入了多個(gè)技術(shù)工作組、RISE軟件組織，既從社區(qū)生態(tài)中受益，也持續(xù)向社區(qū)反哺技術(shù)成果。

NVIDIA 從僅支持 32 位的 Falcon 核心向 RISC-V 遷移，最初的核心驅(qū)動(dòng)力是對(duì) 64 位運(yùn)算能力的需求。

其首款 RISC-V 研發(fā)成果，是一款采用標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展的常規(guī)雙發(fā)射亂序執(zhí)行 RISC-V 核心，可部署為多處理器版本。

后續(xù)，NVIDIA 又補(bǔ)充了面向面積受限場(chǎng)景的 32 位版本，以及搭載 1024 位向量單元的向量處理器。

不搶GPU的風(fēng)頭，RISC-V在NVIDIA里到底干了啥？

必須先澄清一個(gè)誤區(qū)：這些RISC-V核心，從來不是要替代NVIDIA的CUDA GPU核心，去做并行計(jì)算和AI訓(xùn)練。

它們的定位，是整個(gè)算力系統(tǒng)的“超級(jí)管家”與“特種輔助”，核心工作集中在三大關(guān)鍵領(lǐng)域。

1. 功能級(jí)控制器：GPU的“毛細(xì)血管管家”

我們?nèi)粘Ｊ褂蔑@卡的視頻編解碼、畫面輸出、攝像頭接入、內(nèi)存調(diào)度、芯片間數(shù)據(jù)傳輸，還有GPU任務(wù)的上下文切換，這些看似不起眼卻至關(guān)重要的基礎(chǔ)功能，全部由RISC-V核心負(fù)責(zé)管控。

它們就像GPU里的毛細(xì)血管管家，把每一個(gè)功能模塊打理得井井有條，才讓GPU的主核心能心無旁騖地跑算力。

2. 芯片/系統(tǒng)級(jí)控制：整顆芯片的“中樞調(diào)度官”

一顆GPU能否穩(wěn)定運(yùn)行、能否把功耗和性能平衡到極致、能否守住數(shù)據(jù)安全的底線，全靠系統(tǒng)級(jí)的管控。

而資源管理、電源管理、全芯片安全體系這三大核心工作，正是RISC-V核心的核心陣地。

小到顯卡的動(dòng)態(tài)頻率調(diào)節(jié)，大到數(shù)據(jù)中心級(jí)的機(jī)密計(jì)算防護(hù)，背后都有RISC-V核心在兜底。

3. 數(shù)據(jù)處理：AI算力的“特種輔助部隊(duì)”

除了管控工作，RISC-V核心也會(huì)承擔(dān)特定的數(shù)據(jù)處理任務(wù)：比如網(wǎng)絡(luò)芯片里的數(shù)據(jù)包路由，再比如深度學(xué)習(xí)加速器（DLA）里，非矩陣乘類的AI網(wǎng)絡(luò)層運(yùn)算。

這些工作不算GPU的核心算力場(chǎng)景，卻又必不可少，交給RISC-V核心處理，既能給GPU主核心減負(fù)，又能大幅提升全系統(tǒng)的運(yùn)行效率。

2：RISC-V落地的標(biāo)桿場(chǎng)景

在峰會(huì)上，NVIDIA也公開了兩個(gè)RISC-V落地的標(biāo)桿場(chǎng)景，徹底揭開了這套體系的核心價(jià)值。

場(chǎng)景一：GPU系統(tǒng)處理器（GSP）——GPU的“首席執(zhí)行官”

過去，主機(jī)CPU的內(nèi)核驅(qū)動(dòng)，需要直接操控GPU內(nèi)部的一個(gè)個(gè)控制寄存器，不僅復(fù)雜度極高，還很難兼顧虛擬化和安全性。

而GSP，就是一顆基于64位RISC-V架構(gòu)的嵌入式處理器，它就像GPU的“首席執(zhí)行官”：主機(jī)只需要下發(fā)高層級(jí)的指令，GSP就會(huì)自動(dòng)把這些指令翻譯成底層的寄存器操作，完成對(duì)GPU全資源的調(diào)度。

更關(guān)鍵的是，依托RISC-V的隔離能力和NVIDIA的自定義擴(kuò)展，GSP能通過分離內(nèi)核，把不同的虛擬機(jī)、vGPU runtime嚴(yán)格隔離，互不干擾。

這正是NVIDIA云GPU、虛擬化方案、機(jī)密計(jì)算能力的核心根基——客戶的GPU算力可以完整交付給虛擬機(jī)，不受底層虛擬化層的影響，安全和性能都拉滿。

場(chǎng)景二：深度學(xué)習(xí)加速器（DLA）——AI推理的“全能輔助”

在NVIDIA的AI專用SoC里，DLA是核心的推理引擎，負(fù)責(zé)跑ONNX等深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)模型。其中，卷積計(jì)算、矩陣乘法這些“重活”，由專用硬件單元負(fù)責(zé)，而剩下的絕大多數(shù)非矩陣乘網(wǎng)絡(luò)層、全流程調(diào)度控制，全靠RISC-V核心撐起。

NVIDIA在DLA里部署了兩顆RISC-V核心：

一顆32位NV-RISCV32核，負(fù)責(zé)全系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)控制；

一顆NV-RVV向量核，搭載1024位向量單元，負(fù)責(zé)各類算子的運(yùn)算。

二者配合，就能實(shí)現(xiàn)完整的ONNX模型端到端推理，給GPU主核心大幅減負(fù)，讓AI推理的效率和靈活性都上了一個(gè)臺(tái)階。

3：量身定制：NVIDIA的RISC-V自研全家桶

NVIDIA從來不是RISC-V的“拿來主義者”，而是基于這套開源指令集，做了全鏈路的深度自研，打造了一套完整的RISC-V“全家桶”。

三大自研核心，覆蓋全場(chǎng)景需求

針對(duì)不同的工作負(fù)載，NVIDIA打造了三款核心RISC-V處理器，形成了完整的產(chǎn)品矩陣：

核心型號(hào)

核心架構(gòu)

核心定位

關(guān)鍵特性

NV-RISCV32

RV32I-MU

本地控制場(chǎng)景

順序單發(fā)射，主頻1.8GHz，主打面積受限、低功耗的控制類場(chǎng)景

NV-RISCV64

RV64I-MSU

高性能系統(tǒng)控制

亂序雙發(fā)射，主頻2GHz，支持多核SMP，主打GSP這類系統(tǒng)級(jí)高性能管控場(chǎng)景

NV-RVV

RV32I-MU+向量擴(kuò)展

數(shù)據(jù)處理與AI運(yùn)算

搭載1024位向量單元，主打DLA深度學(xué)習(xí)推理、數(shù)據(jù)并行處理場(chǎng)景

基于RISC-V的可擴(kuò)展特性，NVIDIA開發(fā)了超過20個(gè)自定義擴(kuò)展，覆蓋通用功能、安全、性能三大維度，既解決了自身的場(chǎng)景需求，也給整個(gè)RISC-V社區(qū)帶來了貢獻(xiàn)。

專屬優(yōu)化的2KB頁(yè)大小擴(kuò)展，讓 legacy 軟件的性能直接提升50%；

64位物理/虛擬地址擴(kuò)展，完美適配數(shù)據(jù)中心分布式大內(nèi)存場(chǎng)景；

指針掩碼擴(kuò)展，被納入RISC-V官方標(biāo)準(zhǔn)，如今已被全球社區(qū)開發(fā)者廣泛使用，為安全類應(yīng)用提供了核心能力。

4：Peregrine子系統(tǒng)：一次開發(fā)，全產(chǎn)品復(fù)用

如果說自研核心是積木，那Peregrine子系統(tǒng)，就是NVIDIA搭好的“萬能積木套件”。

這套子系統(tǒng)以RISC-V核心為基礎(chǔ)，整合了DMA、安全I(xiàn)P等全套外設(shè)，同時(shí)配套了統(tǒng)一的軟件棧。

NVIDIA旗下超過30個(gè)系統(tǒng)控制與管理應(yīng)用，都可以基于這套子系統(tǒng)靈活配置——需要低功耗控制就選32位核心，需要高性能就選64位核心，再按需疊加對(duì)應(yīng)的擴(kuò)展，不用每次都從零開發(fā)。

軟件層面更是如此，一套統(tǒng)一的軟件棧，覆蓋了啟動(dòng)程序、操作系統(tǒng)、分離內(nèi)核、應(yīng)用層庫(kù)文件，全產(chǎn)品線通用。

硬件和軟件的雙重復(fù)用，讓NVIDIA的開發(fā)成本大幅降低，研發(fā)效率和投資回報(bào)拉到了極致。

更關(guān)鍵的是，這套子系統(tǒng)把安全做到了骨子里。核心的分離內(nèi)核就像一個(gè)輕量級(jí) hypervisor，能把系統(tǒng)拆分成多個(gè)完全隔離的執(zhí)行環(huán)境，不同安全等級(jí)的應(yīng)用可以在不同分區(qū)獨(dú)立運(yùn)行，比如滿足車規(guī)ASIL-D安全認(rèn)證的程序，和普通應(yīng)用互不干擾。

NVIDIA甚至專門組建了內(nèi)部攻防安全團(tuán)隊(duì)，以“黑客”視角持續(xù)挖掘設(shè)計(jì)漏洞，筑牢安全底線。

4：為什么偏偏是RISC-V？

全球商用架構(gòu)這么多，為什么NVIDIA偏偏選中了RISC-V，還把它做成了全產(chǎn)品的底層根基？

在峰會(huì)分享中，NVIDIA給出了5個(gè)最核心的理由，也道破了RISC-V最核心的競(jìng)爭(zhēng)力。

第一，極致的定制化能力，把硅片價(jià)值榨到極致。

RISC-V的開源授權(quán)模式，讓NVIDIA可以把基礎(chǔ)指令集當(dāng)作“積木底座”，自由添加適配自身場(chǎng)景的擴(kuò)展和配置，不用被商用架構(gòu)的固定設(shè)計(jì)綁死，每一寸硅片都能用到刀刃上。

第二，軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)效率雙向優(yōu)化。

基于RISC-V的開放架構(gòu)，NVIDIA可以針對(duì)軟件負(fù)載做定向的硬件優(yōu)化，同時(shí)基于硬件特性優(yōu)化軟件棧，雙向奔赴的協(xié)同設(shè)計(jì)，讓系統(tǒng)效率遠(yuǎn)超市面上現(xiàn)成的通用處理器。

第三，按需配置的靈活性，不花一分冤枉錢。

通用商用處理器往往功能過剩，很多場(chǎng)景下90%的特性都用不上，卻要為其支付成本和功耗代價(jià)。而RISC-V可以讓NVIDIA只選擇自己需要的擴(kuò)展，精準(zhǔn)匹配場(chǎng)景需求，大幅降低成本和開發(fā)工作量。

第四，自定義擴(kuò)展的自由度，想要什么功能就加什么。

不管是功能適配、安全加固還是性能提升，NVIDIA都可以通過自定義擴(kuò)展實(shí)現(xiàn)，完全不用等待商用架構(gòu)的版本迭代，完全掌控產(chǎn)品的研發(fā)節(jié)奏和能力邊界。

第五，統(tǒng)一的軟硬件架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)全生態(tài)復(fù)用。

這是最核心的一點(diǎn)，一套通用的硬件IP、一套統(tǒng)一的軟件棧，就能覆蓋NVIDIA旗下30多個(gè)應(yīng)用、全產(chǎn)品線的需求，不用為每一款產(chǎn)品、每一個(gè)場(chǎng)景重新開發(fā)一套架構(gòu)，不僅大幅降低了研發(fā)成本，更簡(jiǎn)化了部署流程，讓產(chǎn)品迭代速度大幅提升。

很長(zhǎng)一段時(shí)間里，行業(yè)里總有一個(gè)誤區(qū)：

RISC-V還只是“小眾玩家”，只能做物聯(lián)網(wǎng)、MCU這類低端場(chǎng)景，登不上算力舞臺(tái)的中央。

但NVIDIA的故事，給了這個(gè)誤區(qū)最有力的反駁。

當(dāng)10億顆RISC-V核心，隨著NVIDIA的GPU走進(jìn)全球的數(shù)據(jù)中心、個(gè)人電腦、智能汽車，當(dāng)站在全球算力之巔的巨頭，把RISC-V當(dāng)作自己產(chǎn)品體系的底層根基。

我們已經(jīng)能清晰地看到：RISC-V早已不是邊緣玩家，它已經(jīng)走進(jìn)了算力產(chǎn)業(yè)的最核心地帶。

10億顆年出貨量，從來不是終點(diǎn)，只是一個(gè)開始。

RISC-V的時(shí)代，早已到來。

文章來源于歪睿老哥，作者歪睿老哥

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