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[数码]基于 RISC-V 开源架构笔记本「如意BOOK」发布，首次打通软硬一体全链路，有哪些意义？ |
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3月14日，由达摩院举办的2024玄铁RISC-V生态大会在深圳举行。据悉，此次大会上中国科学院软件研究所发布基于RISC-V的开源笔记本电脑“如意B… |
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在达摩院举办的第二届玄铁RISC-V生态大会上，中国科学院软件研究所发布基于RISC-V架构的笔记本电脑“如意BOOK”，它对行业发展的意义正在于“首次打通软硬件一体全链路”。RISC-V目前发展需要突破的瓶颈，正在于此。 |
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实际上，RISC-V架构的芯片在2022年已经出货一百亿颗，既然已经卖了这么多，为什么普通消费者却不知情？因为这些出货量几乎全部集中于MCU、PCU等等嵌入式硬件中，并不为外界所知。嵌入式系统虽然数量庞大，不能谓之不重要，但门槛较低，可替换性高，同时利润也低。更重要的是，技术含量相对较低。同时，套一句流行的说法，它感知度很低。可能还要感谢英特尔的“Intel Inside”推广策略，普通人都能感知到台式机、笔电和服务器中的CPU，觉得它们才是真正的高科技。的确，通用型CPU的技术难度更大，于国计民生更加重要。但它们对生态的依赖更大，而这点，正是RISC-V继续发展所欠缺的。 RISC-V意义非凡 去年大约也是这个时候，我参加了第一届玄铁RISC-V生态大会，感触颇多： 图灵奖得主大卫帕特森称「3到5年后，RISC-V芯片将无处不在」，这将带来哪些影响？777 赞同 · 71 评论回答 |
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时间过去了一年，RISC-V对于世界，对于中国的重要性似乎又增加了一些。为什么这么说呢？ 重要性 首先要从RISC-V的优越性讲起。如果要问RISC-V为什么好，有人会回答它ISA设计得好，简单；有人说它指令高效，指令密度高等等。这些无疑是它的众多优点之一，但相信更多人同意我的说法，RISC-V的力量更大地来自于它的开放性。 这种开放性表现在公开、开源（商业友好的BSD license）和免费上。任何人都可以在官网[1]上下载到指令集文档和特权架构文档。指令集文档只有二百多页，相当少，这是长达几千页臃肿的IA32 User Manual所不能比拟的。说它免费，是指它不像ARM架构CPU厂家需要支付高达数千万美金的授权费，也不需要几毛钱到几十块的单颗CPU Royalty费用。同时它还是开源的，RISC-V的硬件开源，吸取了之前的教训。尤其是OpenCores的经验，先下大力气制定了一套质量非常高的，开放和免费的ISA。基于此，再开源芯片设计，并辅以开源工具链和芯片设计平台，一步步降低硬件开源门槛，让更多的人可以参与进来。RISC-V国际基金会在其中也发挥了巨大作用，它不断推动各种RISC-V设计走向成熟。需要指出的是，中国企业和院校在其中参与度相当高，RISC-V基金会22位高级会员中，有12名来自中国，包括阿里巴巴、华为、腾讯等。其中，阿里巴巴是公认投入力量最大的中国机构。正因为如此，时至今日，RISC-V的开源芯片设计方案可谓百花齐放，我知道的就有十几种。 开放性 这是RISC-V相较于其他两种主流ISA（x86和ARM）非常明显的差异点，尤其是在2024年的当下，x86渐显颓势，ARM因为arm公司上市，迫于财务压力，进行了些谜之操作，让第三种开放得多的选择更是变得弥足珍贵。对中国半导体行业来讲，RISC-V是一次巨大的机会。RISC-V的开放、免费和开源，让中国芯片设计公司第一次和国外企业站在同一条起跑线上。不负众望，中国企业也做出了一定的成绩。比如，RISC-V国际基金会22位高级会员对RISC-V国际标准建设有话语权。其中就有12名来自中国，阿里是公认投入最大的中国机构，推动了30余个技术方向的标准制定，主导了12个技术小组。中国机构和商业公司在芯片设计领域第一次有了全球影响力，这对国产CPU有多重要自不待言。 RISC-V如此重要，增加了它加速商用的紧迫性。尽管RISC-V已经用12年走完了ARM 30年走过的路，但人们仍然期待它走的更快些！什么时候，RISC-V架构通用CPU这种大芯片能够上市？这次的基于阿里达摩院的玄铁C910的“如意BOOK”，让人们看到了黎明前的曙光： |
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如意BOOK 如意BOOK除了搭载玄铁C910处理器，还有TEE等可信计算功能，符合现在强调安全可信的大趋势。特别有趣的是，在AI PC大行其道（至少是宣传上）的今天，如意BOOK还应景地加入了GPU、VPU加速单元，从而拥有4TOPS（INT8）的本地AI算力。 这些都不是重点，重点是它在生态上的打通：如意BOOK，搭载了openEuler操作系统，可流畅运行钉钉、Libre Office等大型办公软件，综合续航达12小时，可在4至6秒内快速启动系统，一键休眠，支持网页浏览、4K高清视频播放等功能，集成支持语音对话与文字交互的第三方大模型AI助手。可以说，首次打通了从底层芯片到操作系统到商用软件的RISC-V全链路，且全部开源开放了！可以说，这才是一台真正可用的RISC-V笔电，在生态上的示范意义巨大，整个行业因此一定受益匪浅。 成绩是巨大的，那是不是未来一片坦途，我们可以坐等大量RISC-V服务器、台式机和笔电（后文统称PC）上市就好了呢？路漫漫其修远兮，九九八十一难才过去一小半，后面的妖怪会越来越厉害的。 RISC-V笔电的隐忧 作为在相关行业工作二十多年的老兵和半个RISC-V业内人士，我观察RISC-V近些年的发展，就像在看十年间ARM发展的重放版本，只不过是一倍速的快进，总有似曾相识之感。 RISC-V目前的需要克服的问题，恰恰是十年前ARM进入通用计算市场面对的困难：操作系统定制化，生态匮乏、碎片化严重。这又要从服务器市场和消费品市场（PC）分别来讲。 ARM当年进入服务器CPU市场也是非常困难，多少次进入通用服务器都铩羽而归，最后终于在云厂商的强力推动下，加上性能逐渐赶上才站稳脚跟。更重要的是，在生态上，慢慢地补齐了短板。服务器市场，后期由云厂商主导，它们的垂直整合能力非常强，也非常强势（谁不兼容，就让谁改），生态也相对不太分散，更是提出了一系列标准，进一步收敛了生态，这才让ARM服务器CPU比重不断上升（已超过两成）。 ARM进入笔电CPU市场至今仍很难说成功。有同学可能会争辩举例Chromebook和MacBook，但那是定制市场，完全由谷歌和苹果说了算，不具有广泛借鉴意义。究其原因，在于消费品领域，生态极其分散。从底到上，从硬件到软件，说有几十万家厂商并不为过，如此大的生态圈，需要慢慢去磨才行。 ARM为了解决生态问题，推出ARM System Ready（脱胎于Server Ready），部分解决了操作系统的定制化碎片化问题。在PC领域的APP部分，还使用虚拟机来兼容x86 app，目前来看效果并不太好。 RISC-V服务器这边，目前已有些服务器芯片产品问世，小批量部署。可以说，在这个市场中，已经解决了有没有的问题，后面要解决的是好不好用的问题。说到底，还是生态要跟上。 RISC-V笔电这边差距就更大了，目前还在解决有没有的问题。这里的有，不能是出一个样品机，而是一个真正有使用价值，用户常用的应用都要可以运行才行。如意BOOK在这方面做了可贵的尝试，它可能现在只是一个引子，一个行业引领者。 作为管窥RISC-V生态缺陷的一个切片，拿我比较熟悉的固件来讲。大会召集了很多生态小伙伴，包括操作系统（OSV）厂商。各个OS厂商纷纷宣布自己已经支持RISC-V云云，却暴露出一个短板：操作系统定制化问题严重。厂家需要为不但是某单个RISC-V CPU，甚至是某个特定主板进行改动，进行了定制，给出不同的OS Image。这在x86世界是不可想象的，你什么时候看到Windows或者Linux对每个CPU，甚至是每个板子都有不同的安装包？从来都是一个镜像，适用于所有主板和CPU。ARM也从需要定制走过来，现在已经不需要定制操作系统了，和x86使用体验类似。这是ARM接受了UEFI/ACPI的功劳，而RISC-V在UEFI/ACPI还有严重短板，甚至Linux内核的支持还有问题。这才造成现在的局面。操作系统都适配不好，遑论上面的中间件和应用程序了。 如何解决RISC-V生态问题呢？面对如此巨大和分散的生态伙伴，单靠各自发力是不现实的。个人感觉，还是需要带头大哥：国家出面，加上一两个财大气粗的厂商，砸钱砸政策来加速推动整个生态向前走。也许是我太心急，野蛮生长等待的时间太长，一倍速快进也嫌慢，希望能够5倍速、十倍速，这才是中国速度！ 结论 多样性带来活力、竞争和无穷的创新。RISC-V的不断进取，终于在x86和ARM之外，开启了另一扇大门。一扇通往更多可能性和多样性的，更加生机勃勃的，新世界的神秘之门。也许，这扇门徐徐开启花费的气力让业者汗流浃背，但大家都知道，这扇门终将打开。而那时，他们将是第一个冲入这个崭新世界的幸运儿。 尽管RISC-V生态目前存在各种各样的问题和困难，我前面提了不少，但我仍然确信，RISC-V终将成功。这是一个不断克服苦难，解决问题，打怪升级的过程。有选择的人是幸福的，可以确定，未来将会有更多像“如意BOOK”这样的RISC-V产品不断问世，为我们带来更多、更好的，尤其是，更便宜的选择。让我们一起期待，美好的事情即将发生。 参考资料 [1] RISC-V Foundation: https://riscv.org/ |
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意义十分重大，如意BOOK的出现使得RISC-V指令集生态第一次以PC的形态走向终端消费者，填补了RISC-V版图中的重要一块。也随着第二届玄铁RISC-V生态大会在深圳召开，宣告着RISC-V PC生态正式起航，下面请允许我稍微硬核的讲解一下“如意BOOK”和其背后的技术。 |
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玄铁生态大会合作伙伴为什么是RISC-V？ 指令集本身并不是“特别高端的技术”，这东西和哇哈哈矿泉水一样，技术上不难实现，难的是遍布全国的销售生态体系。相比于高性能微架构，指令集更像是“商业模式的附庸”。脱离商业模式谈指令集是毫无意义的，只有一个强大的商业模式，才能支撑起芯片天文数字一般的投资。 那么我们可以看到目前主流的三个指令集的基本商业模式： X86——依附于PC、Server的“客户组装机”商业模式ARM——依附于手机、平板、Mac的“企业集成设计”商业模式RISC-V——依附于科研、AIoT的“自由科研、长尾物联网”商业模式 但是随着技术的进步，指令集之间的性能壁垒逐渐被打破——X86也能做低功耗的Atom，ARM也能做高性能的Neoverse系列。国内的平头哥以及中科院香山计划为代表的RISC-V两大实力派选手，也各自给出了高性能的设计。 指令集本身其实只是一个“设计纲要”，和“5G标准”是类似的，各大公司掌控指令集生态的主要部分就是专利，这点和5G也是类似的。我们说“intel/amd掌握了x86指令集生态”，是因为intel/amd大量掌握了“x86指令集的具体电路实现方案”，这点和我们说“华为/高通主导了5G标准”是类似的情况。 而因为中国公司大量参与RISC-V生态，很有3G、4G时代中国通信公司大量注册专利那种风格，所以我国在RISC-V生态是具备相当的话语权的，因此可以实现类似于5G领域那样的“自主可控”。 换一个角度，从历史经验来看，每个成功的指令集都有两个以上的强力参与者： X86——主要参与者intel/AMD+次要参与者海光/兆芯ARM——主要参与者ARM/Apple/Nuvia/海思RISC-V——主要参与者SiFive、Starfive、阿里、香山 尤为可贵的是，RISC-V高性能处理器设计这边，国内就有两个较为有实力的参与者——阿里和香山，商业和学术都有强有力的推动者。 了解到这里，我们就会明白，RISC-V有几大无可替代的优势： X86ARMRISC-V其他指令集开源xxo-开放xoo-生态ooox 同时具备开源、开放、生态丰富，RISC-V是目前的唯一解。而阿里的玄铁C910就是这样一个开放、开源的CPU设计，其开源地址为： https://github.com/T-head-Semi/openc910?github.com/T-head-Semi/openc910 如意BOOK的推出，将会把RISC-V生态推上一个全新的高度，补足RISC-V生态的最后一块拼图。 为什么是玄铁910 Core？ 今天已经不是上世纪70年代的草莽时代，想要把RISC-V生态拓展到高性能领域，是需要一个软硬件都有强大影响力的公司才有可能做得起来的。而阿里作为中国互联网企业的标杆，与中科院软件所联手，拥有强大的软硬件研发能力，因此如意BOOK的推出就是顺理成章的事情。 我们都知道计算机最重要的元件莫过于CPU，如意BOOK使用的这颗CPU就采用阿里自研的玄铁910处理器。玄铁910处理器全量兼容RV64GC指令集，并融入了玄铁架构扩展技术引入玄铁扩展指令集，包含多种扩展指令——算数、位操作、访存、缓存、半精度浮点等百条指令。 |
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玄铁C910架构图，已获得授权，作图：66 玄铁C910采用了3解码、9-12级流水线和Bi-mode分支预测器[1] [2]。这个规模的处理器我们可以参考Cortex A75，具备3解码、11-13级流水线、同样使用Bi-mode分支预测器，A75的规模要大一点。为了了解性能对比我们找到了一篇论文[3]，论文中给出的Coremark跑分也是在Cortex A75附近： |
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当然，Coremark跑分更接近于“后端单元算力对比”，几乎不考察分支预测能力。而真实的性能其实更考验前端分支预测能力，各家的设计能力差距也更多的体现在前端模块的能力，所以这个跑分更接近“理想情况下的性能上限”。 考虑到C910使用了A75同款的Bi-mode预测器，实际情况下性能预计会略低于Cortex A75，这点从另一个NBench的成绩也可以看出更接近Cortex A73： |
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如果我们深入到架构的细节，也能看到很多有趣的地方： C910的L0 BTB会额外储存RAS状态位，这提高了返回分支的预测能力，虽然稍稍降低了L0 BTB的容量，但算是一个鲜见而大胆的尝试，也可以降低功耗。在BTB做了一个跳转路预测，路预测信息会提示跳转目标应该从指令缓存哪一路取数据，如果预测跳转目标命中指令缓存中的某一路，使得一路能读另一路不能读，少读一路因此降低功耗。路预测信息是根据指令缓存的命中信息更新的，不需要一整个替换。C910使用了一个loop buffer，降低了未命中时指令空泡的损失。loop buffer存储循环的指令，在重新命中的时候，由loop buffer输出，此时关闭指令缓存模块，因此降低功耗。C910使用了类似于VPC预测器的结构，把间接分支拆解为数个条件分支，复用了Bi-mode分支预测器，降低了硬件开销、节约了晶体管数量、降低了功耗，代价就是V-BTB容量溢出后性能会暴跌，在极端场景下性能损失较大。考虑到其更多用于低功耗场景，这种取舍是合理的。 从这些特性来看，C910是一个有追求的架构，并不是那么循规蹈矩。其中有多处为了降低功耗而做出的大胆、新鲜的设计，可以看出C910是一个以低功耗、高PPA为目标的架构。同时C910也具备指令缓冲区等现代CPU都具备的基本模块，提高性能期望值，各方面的设计均有靠拢现代主流架构——换言之，这个架构是个“很扎实但也追求创新”的优秀架构。 为什么是如意BOOK？ 玩过小众指令集机器或者开发板的朋友都知道，一个小众的硬件体系，最缺乏的就是三个： 缺乏硬件周边，例如缺乏适配的显卡、声卡、网卡等芯片或者摄像头等设备缺乏操作系统，例如缺乏一个稳定好用的OS缺乏软件生态，例如除了浏览器什么都没有 我们不妨先从硬件说起，如意BOOK的硬件配置为： TH1520 SoC8GB/16GB LPDDR DRAM128GB/256GB eMMC NAND14.1寸1080P屏幕 |
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这样的硬件配置可以说是完全可以满足RISC-V开发等工作。对于RISC-V PC这样刚起步的生态来说，这样的配置堪称豪华——该有的东西都有，可以做各种各样的开发。 硬件中最重要的部分就是CPU，但是对于如意BOOK来说还稍微有点特殊——如意BOOK的主芯片更接近于手机SoC，TH1520芯片包含CPU和GPU、NPU等都集成在一片SoC上。 前文介绍的玄铁C910其实只是CPU Core，单独的一个CPU Core是没法用的，起码要加一个内存控制器吧？把多个IP集成起来，一般称作为平台，所以就有了无剑600平台： |
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一个平台只是定义了一系列的IP，无剑600平台具体实现为芯片，就是曳影1520芯片（TH1520）： |
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图源：https://riscv.org/blog/2023/07/the-release-of-the-first-two-mass-produced-development-boards-aosp-powered-by-th1520-soc/ 这颗TH1520 SoC主要包含： CPU——4颗玄铁C910核心、主频1.85GHz、可以超频到2GHzGPU——Imagination BXM 4-64显示核心NPU——主频1GHz、4Tops@INT8算力ISP——支持两路独立ISP处理、最高13MP像素输入DSP——支持两路独立DSP核、主频1GHzCodec——玄铁C906核心音频处理单元Security——TEE+REE两层安全体系架构 TH1520是一颗Die size约为55mm2的12nm工艺SoC，可以说在面积上是十分节省的，PPA并不低。配备Imagination的BXM 4-64显示核心，显示性能也有保障。Imagination是苹果在自研GPU之前的GPU供应商，具备很强的技术实力。NPU的存在可以让TH1520胜任一些边缘AI计算任务，不必借助云端算力。而ISP、DSP、Codec等模块也覆盖了摄像、视频、音频等常见多媒体任务，不必再外接或者另寻他法。对于面向金融等行业的开发，TH1520还具备安全引擎，支持TEE+REE两层安全体系架构。 |
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硬件规格介绍了，接下来就要关注一下软件。这款笔记本支持两个操作系统： PolyOS 2.0 for RISC-V（基于OpenHarmony）傲来OS 2.0 for RISC-V（基于openEuler） |
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现场展出的如意BOOK预装的是傲来OS，可以运行LibreOffice系列、钉钉等软件。傲来OS基于的openEuler是国内一个生态较为丰富的Linux发行版，社区的活跃度非常高。在应用层，除了支持openEuler已有的开源软件，能够实现网页浏览、音视频播放等常见能力。正在进行商业软件的适配，目前已经完成钉钉。不要小看了钉钉，这其实是一个复杂的商业软件，为其他商业软件的适配打了一个样。 基于OpenHarmony的PolyOS也在适配之中，待适配完成后如意BOOK将具备两款原生操作系统，届时的生态也会大大丰富。现场展出了基于OpenHarmony的平板，这也体现了OpenHarmony的适配进度也是很快的。 |
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展望 作为国产芯片的爱好者，我对如意BOOK的出现是非常期待的，后续也会考虑联合几位同样关注国产芯片的朋友一起为大家带来进一步的技术分析和测评。 说回如意BOOK，作为RISC-V生态首款PC产品，是RISC-V生态发展的一个重大里程碑，也是开源届的一个重大里程碑。如意BOOK带来的是一个几乎完全由开源产品构建的笔记本电脑：开源的RISC-V指令集、开源的玄铁C910 CPU、开源的openEuler、开源的各类软件——从底层到顶层、方方面面的开源，这种开源程度放在整个开源届也是前所未有的。 自从上代玄铁C910发布后，我一直在关注下一代玄铁——这次终于看到新一代玄铁的消息了： |
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C920是C910的“小升级”，C930则是全新的大升级：15分/GHz，这大概是Cortex X1大核心的水平。这个性能提升幅度是比较高的，从A73到X1，也不负大家这几年的等待，届时的如意BOOK性能还能再上一个新台阶。 我现在已经开始期待了，后续我还会持续的关注如意BOOK的表现，届时我也会继续和大家分享进一步的内容～ 参考^https://zhuanlan.zhihu.com/p/460942331^https://zhuanlan.zhihu.com/p/463283040^Chen C , Xiang X , Liu C ,et al.Xuantie-910: A Commercial Multi-Core 12-Stage Pipeline Out-of-Order 64-bit High Performance RISC-V Processor with Vector Extension : Industrial Product[C]//2020 ACM/IEEE 47th Annual International Symposium on Computer Architecture (ISCA).ACM, 2020.DOI:10.1109/ISCA45697.2020.00016. |
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结论先行： 如意BOOK的最大的意义，便是真正打通了软硬件全链路，突破芯片架构与操作系统因缺少生态建设而消亡的“魔咒”。其次，以RISC-V架构和如意BOOK作为起点，消费电子产业链得以实现多样化，打破以往Intel x86和ARM主导芯片架构的局面，进一步推动整个芯片产业链的生态建设。 |
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长期以来，x86和ARM架构两分天下，几乎形成了垄断的态势。不授权的x86主导了PC端长达数十年，而ARM低功耗、开放授权的优势为谷歌安卓操作系统构建了庞大的软硬件生态，深刻影响了移动互联网时代。高富帅如英伟达，去年想要通过直接收购ARM提高自己在GPU和CUDA业务的技术壁垒，虽然收购没成功，但这也从侧面说面整个芯片产业对生态建设的重视程度。 |
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架构与上层操作系统和应用的协同发展，即生态建设，是芯片技术、应用和产业真正实现发展的核心因素。无论是曾经风光一时的PowerPC、MIPS，还是被寄以厚望的Symbian，这些备受瞩目的芯片架构/操作系统，最后都因为生态无法成长而被边缘化，甚至消亡。相比主导消费电子市场的x86和ARM芯片，RISC-V指令集具有两大无可比拟的特点。 一是它的开放性： 设计者无需支付授权费即可采用RISC-V ISA来设计和生产处理器芯片，这极大地降低了进入壁垒，促进了创新和市场竞争。 二是灵活性： RISC-V采用模块化的设计理念，可以通过不同的扩展模块来增加对应的特定功能，比如浮点运算、向量运算、压缩指令等。 RISC-V的特性使得RISC-V处理器设计相对简单，有助于降低整个产业链的技术门槛及成本、提高未来RISC-V笔记本的性价比及能效比。RISC-V的开放性和灵活性也意味着它可以轻松适应不断变化的技术环境和市场需求，有利于促进技术创新，减少依赖闭源和专有解决方案带来的潜在风险，并在学术界和工业界之间建立起更紧密的合作桥梁。 |
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作为国内最早涉足RISC-V的技术团队之一，阿里巴巴陆续推出玄铁RISC-V系列处理器产品家族。这次玄铁RISC-V生态大会上，达摩院还宣布玄铁处理器家族全新迭代升级，这意味着相关技术的商业落地的规模会不断加大。 事实上，国内近几年的科技聚焦点全部在芯片上，芯片行业的每一次的突破性消息都在挑逗着人们的神经。但最近和一些芯片同行聊起来时，看到某某公司的芯片成功流片、成功点亮，不可否认，这是一件值得庆祝的事儿，但在芯片应用的每一个领域，只有芯片，却没有软件生态的支撑，那么芯片还不如砖头。 所以只有配套的软件驱动及相应的工具链完善之后，芯片才可以在系统中发挥它的作用，而软件及工具链的研发难度，甚至不低于芯片。 |
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中科院软件所联手阿里达摩院发布如意BOOK，对业界来说并不意外。阿里是公认的对RISC-V投入力度最大的中国企业，凭借其强劲的软件实力，深度参与了RISC-V社区的生态建设。从底层的RISC-V芯片架构到上层的openEuler操作系统，再到各类商业软件的构建与应用，整个过程涵盖了极为关键且复杂的软硬件协同适配及兼容工作。为了推动RISC-V与安卓的兼容，阿里的团队写了超过12万行代码，做了大量工作，从而推动了安卓官方（谷歌）正式接受RISC-V。 如前文所说，RISC-V具有很好的灵活性及扩展性，但这给在不同层级的硬件平台上实现标准化和一致性带来了严峻的挑战。底层芯片需要针对RISC-V指令集进行深度优化和定制，确保高效执行的同时满足系统稳定性要求。 回到这款笔记本，除了开源的芯片架构，操作系统也是开源，是openEuler这样较新的开源操作系统，从研发的角度讲，需要工程师团队充分理解并利用RISC-V架构的特点，进行内核级的适配与优化，包括但不限于内存管理、中断处理、任务调度等方面，以保证操作系统能够在RISC-V芯片上稳定运行，并充分发挥出硬件性能优势。 对于上层的商业软件而言，良好的跨平台兼容性是必不可少的。这就需要对各种编程语言、库函数、API接口乃至应用程序进行全面的移植与验证，确保它们在基于RISC-V架构和openEuler操作系统的环境中能够准确无误地编译、链接和运行，同时保持与原生环境下的性能表现相媲美。事实上，在写这一段的时候，我就开始叹气了，因为其中不仅面对的是一个个技术难题，更是在挑战x86和ARM构筑的软硬件生态壁垒。 因此，从底层芯片到操作系统，再到上层商业软件的层层适配与兼容工作，实际上是搭建起一个完整、健壮且富有竞争力的RISC-V技术生态体系的基石。只有当各个环节都能顺畅协作，形成良好的联动效应，才能真正推动RISC-V在消费电子领域的广泛应用，让RISC-V走进每个人的生活。 |
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随着研发的深入和技术的成熟，业界和学界都在积极推动RISC-V的开放性和标准化。因此，搭载了升级了的的玄铁C910处理器、拥有中科院软件技术背书的如意BOOK无疑是RISC-V技术标准化过程中的一个很好的实例。 如意BOOK具有低功耗、续航长、启动迅速的特点，基础的商用办公的功能都能正常运行，是真正意义上跑通了的RISC-V生态。它的出现，可以提振整个行业对RISC-V消费电子产品的信心，促进RISC-V处理器公司、OEM和操作系统三方实现合作及创新，共同完善工具链的建设，从而创造一个全新而庞大的生态系统。 长期来看，RISC-V架构的笔记本也可以帮助国内实现整个产业链的稳定性，提高在消费电子领域的自主可控性。当然，如意BOOK此类RISC-V笔记本不会完全替代传统的x86笔记本，它发布的目的也不是为了单纯的售卖，它更多是作为一个引子，呼吁业界和学界积极探索和验证RISC-V技术的性能和全场景适应性。 从底层RISC-V芯片到openEuler操作系统，再到钉钉等大型商业软件的适配运行，我们可以看到，越来越多的工具软件陆续加入，以如意BOOK为代表的全新生态已见雏形，基于芯片新架构的应用开发图景也愈发令人期待。 |
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还是很牛逼的，这套架构是开源且免费的，参与研发的会员单位有一大半是国内的互联网巨头和一些著名高校，而且目前用途已经很广泛，国内的不少芯片用的都是RISC架构。 看了一下这次发布会，有几个感触。 第一是关于这个桌面端的架构依旧不够高端，对于高端芯片生产目前还是乏力。 第二是价格没有公开，估计成本不菲，感觉站在前面的主力们都没少氪金。 第三是相比去年，真的是进步不少，应用场景已经算翻天覆地，对未来的人工智能领域、物联网领域都有强大支持，这条路也必须继续走下去。 第四是目前参与的企业非常多，也近乎全链条，连国内的EDA供应商都在，展示了芯片设计软件方面的支持。 有种众志成城、筚路蓝缕的感觉，对此我还真的挺期待的。 |
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常言道 栽一棵树的最好时间是二十年前，其次是现在。 前几天我们讨论当下的笔记本市场，以及操作系统，很多人都说PC市场正在消亡。 主要就是因为操作系统像个庞大的屎山，需要太多的学习成本，以及需要一定的专业性。相较于移动互联网的手机，使用门槛压根不是一个强度。 而PC用户使用的场景也开始变得纯粹，更多的时间还是在手机上面。 那RISC-V的开源架构笔记本的出现，可以说是一下子解决了好几个问题。 一个是从软件到硬件的跑通，可以说是中国的研发力量开始集体作战，这个笔记本承载的是中国企业这么多年向外学习最终消化自主成功研发的结果。 其次是，面相未来，中国这么庞大的市场，可以根据自己的需求开始设计符合我们使用习惯，我们需求的软硬件产品。 最后，虽然现在还远谈不上成功，但是有突破就是好样的。 |
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引言 感谢阿里达摩院邀请，有幸以媒体人的方式参加了由阿里达摩院举办的 2024 年 RISC-V 生态大会。 人在现场，见到了好多大佬和媒体同行（假装自己是个媒体人）。 倪光南院士,第一次这么近距离看见新闻上的大人物。倪院士在大会致辞环节简单树立了 RISC-V 的发展和前景，深入浅出，娓娓道来。 |
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倪光南院士硅仙人：Jim Keller。简单科普一下，这个大哥是芯片界的传说，他基本上在硅谷各大芯片厂商都待过，并且在每个公司都创下了不可磨灭的功绩。比如，在 AMD 期间先后参与和领导设计了 K7,K8 处理器，开启了 AMD 对英特尔的反击。后面又去了苹果，带领团队开拓了苹果A系列处理器中的开山之作A4和下一代的A5。老哥曾经放言：“我这个人没什么太大成就，你们用过最好的CPU，都是我设计的。”狂的有底气，大佬就是大佬。这次没能亲临现场，但是录制的 VCR 很大篇幅在介绍 RISC-V 在 AI 领域的应用前景，我只能说相信大佬的眼光准没错，all in 就完事了！ |
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Jim Keller 回到「如意BOOK」的发布，还是挺激动的，因为它不仅仅是一款新的笔记本电脑，它标志着全球首台RISC-V架构的开源笔记本电脑的诞生，其意义非凡。要深入理解这个意义，我们首先得探讨一下RISC-V本身。 |
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RISC-V是什么？ 在介绍RISC-V 之前，我们首先得了解 ISA（Instruction Set Architecture，指令集架构）是什么。 简单理解，ISA 就像是一本规则书，而这本书并不直接涉及编程代码的编写，也不介入电子电路的具体设计。它在计算机的世界中起着指挥棒的作用，告诉CPU它能理解和执行哪些指令。这不仅涉及CPU内部的“小盒子”（寄存器），还包括如何寻址、处理的数据类型等一系列基本规则。 举个例子，当我们谈论数据类型时，我们可以根据需求选择使用整型、fp16、bf16、fp8等特定的格式规范。确定了这些基础规则后，我们就能根据它们来设计电路、编写相应的软件代码。 那么，RISC-V究竟是什么？ 简单来说，RISC-V 是一个具体的 ISA 实例，代表着“精简指令集计算 （Reduced Instruction Computer）”的第五代，这里的“V”就是罗马数字5的意思。这个“精简”意味着它采用的是一种尽可能简化指令的方式来设计指令集，以优化性能、降低实现复杂性。这与以 X86 为代表的复杂指令集计算（Complex Reduced Instruction Computer, CISC）形成对比，CISC是另一种设计哲学，强调通过复杂的指令来减少程序执行的指令数量，以试图直接提高执行效率。 下图简单总结了RISC 和 CISC衍生出的不同计算机体系结构和操作系统等，我们可以看到目前主流的架构还是那两个老朋友 X86 和 ARM，而RISC-V 异军突起，占据一席之地。 |
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RISC vs. CISCRISC-V 商用化挑战和机遇 要聊聊RISC-V商用化的挑战，我们首先回顾一下处理器的发展历程和现状。借用倪院士的几张PPT。 首先随着处理器不断发展，摩尔定律和登纳德定律逐渐失效，换言之，硬件工艺制造已经接近物理瓶颈，虽然可以通过堆叠更多晶体管数量来弥补，但是同时也带来了更大功耗。 |
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根据倪光南院士的演讲，我们可以看到早期的 CISC 处理器每年的计算速度增速为 22%，随后 RISC 将年增速提高到了52%。但是到了近几年，处理器年增速却维持在了 3% 左右而已。因此，处理器的发展急需更大的创新。 |
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除了处理器存在挑战外，在商用化的路上， RISC-V 还面临着其他不小的挑战。 l 工具和软件，还得再磨磨：先说开发环境。想让开发者拥抱RISC-V，就得给他们好用的工具。但现状是，跟ARM和x86这俩老江湖比，RISC-V的软件生态还需要时间长大。没那些成熟的编译器、调试器，开发起来能顺畅吗？ l 硬件，这块拼图游戏不好玩：RISC-V给设计师很大自由，听着不错，实则这意味着不同的实现之间可能互不兼容，软件得为各种硬件配置特别优化，增加了开发难度。 l 市场，不是说“我来了”就有人买账： RISC-V虽然吸引了不少大公司的目光，但让整个行业都跟着你转，还得需要时间。不仅是硬件厂商，软件开发者、消费者都得接受，才能真正说构建了一个生态系统。 l IP和法律，不是谁都能随便玩的沙盘：虽然RISC-V自己是开源的，但实际商用可能涉及到的一些专利技术，那就是另一回事了。避免侵权，处理好知识产权的问题，也是走向商用化必须要过的一关。 如意BOOK的产品亮点 RISC-V商用化的道路荆棘密布。但正是因为有这些挑战，才更凸显这个开源项目的价值和潜力。毕竟，没有哪个技术是一帆风顺就能成功的，不是吗？ RISC-V的旅程，才刚刚开始。在这个旅途中，出现了一个让人眼前一亮的新星——「如意BOOK」，这可以说是全球首款打通软硬一体全链路的RISC-V开源笔记本。这个笔记本的发布，标志着上面提到的问题得到极大改善，RISC-V 的商业化道路迈出了坚实一步。 设计与外观 我们首先看看一个产品给人最直观的东西，那就是外观。 先看看官方渲染图 |
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再看看实拍图 |
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如意 Book 实拍图 看看黑白键盘、银色机身,是不是很像一位故人啊？弄一个刘海可能就更像了，只能说优秀的设计是相通的（逃。 电脑的其他配置可以看看下图的总结。总的来说，这款笔记本整体的风格设计属于轻薄便携，适合商务办公场景。 |
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如意 Book 参数配置 听展台的工作人员介绍，在应用生态方面，「如意BOOK」搭载的OpenEuler操作系统，不仅能够流畅运行钉钉、Libre Office、福昕PDF、搜狗输入法等办公软件，还具备长达12小时的综合续航能力，快速启动系统，一键休眠功能，以及网页浏览、4K高清视频播放等强大功能。在会上，达摩院院长张建峰特别提到基于 RISC-V 实现的玄铁架构和多个 Linux 系统平台也有了不同程度的合作和尝试。 |
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性能 性能方面，如意BOOK搭载玄铁C910处理器，具备GPU、VPU加速单元，片上拥有4TOPS@INT8通用AI算力，融入TEE等可信计算特性，实现了低功耗、高安全、AI本地算力支持等特点。展台工作人员表示正在适配将大模型部署在笔记本本地，也就是说可以在没有网络的情况下也能够借助大模型的手提高办公、代码等工作的效率。 RISC-V 披荆斩棘之路 「如意BOOK」这款备受瞩目的新品的发布得益于阿里巴巴和中科院已经在RISC-V的赛道上默默耕耘。 自2018年起，阿里巴巴就开始了对RISC-V架构的深入探索，从最初的IoT小溪流，逐渐汇成了涵盖高性能应用的宽广河流。2019年，玄铁C910的问世，不仅标志着RISC-V在高性能计算领域的突破，也为后续的技术创新奠定了坚实的基础。六年磨一剑，阿里巴巴达摩院不仅推出了多款覆盖低功耗到高性能的RISC-V处理器，更是将这些处理器的应用领域扩展到了30多个，包括边缘计算、无线通信等，出货量更是达到了惊人的40亿颗，让玄铁成为了国内RISC-V领域的佼佼者。 |
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在全栈技术能力方面，达摩院的探索从未停歇。XT-Link的推出，无剑芯片设计平台的高性能异构特性，以及剑池编译及开发工具的全面优化，这些技术的进步不仅降低了开发门槛，缩短了产品研发周期，更是大幅提升了开发效率，为RISC-V生态的蓬勃发展注入了新的活力。在大会上还正式成立了 RISC-V 无剑联盟，首批成员包括达摩院、中国电信研究员、新思、芯昇科技、Imagination 和 ARTERIS等。 |
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RISC-V 无剑联盟 另外，今年的玄铁RISC-V生态大会上，玄铁处理器家族的全面升级成为了焦点。玄铁C907的矩阵运算扩展为AI加速计算带来了新的可能，而且张建峰院长表示旗舰处理器C930的即将在 2024 年下半年发布，性能将得到更进一步的提升，这让人们对RISC-V的未来充满了期待。 |
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阿里巴巴通过玄铁系列处理器的持续创新和全栈技术的深度融合，不仅在国内RISC-V领域占据了领先地位，更为RISC-V生态的未来发展打下了坚实的基础。目前，国内外很多厂商也都基于 RISC-V 推出了不同程度的产品和应用。比如： 中科蓝讯为耳机专门制作了基于 RISC-V 的耳机芯片，每年出货量超过 8 亿颗，成功在科创板上市。 |
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著名的 GPU IP公司 Imagination 基于 RISC-V 迭代出了多款性能出色的 GPU。 |
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随着技术的不断进步，我们有理由相信，RISC-V的应用前景将更加广阔，其影响力将更加深远。 |
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看看后续吧。 这种造成出来的笔记本刚开始肯定是贵的，就跟当年人类第一台计算机很笨重是一个道理。 但你得往好处想。 中国超大规模市场优势是有可能支撑RISC-V生态，把价格降下来的。 迄今为止，在 CPU 领域 x86 和 Arm 架构在这一市场一直处于垄断地位，未来有可能参加角逐的是开源 RISC-V 架构。 RISC-V 架构采用开源模式，其架构精简、易于移植、可扩展、模块化等特点，特别适合新一代信息技术领域「需求定义软件，软件定义硬件」的「定制化」趋势，如果后续我们有新的市场需求，那我们利用自身的超大规模市场优势，为 RISC-V 生态建设提供强大的支撑。 RISC-V 不一定是中国 CPU 领域最好的架构，但它一定是最能弯道超车的架构。 我们也有理由相信，中国芯片产业和整个芯片生态将会越来越多地聚焦于 RISC-V 架构，中国的巨大市场将成为支撑 RISC-V 的重要基地。 |
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RISC-V作为开源指令集，已经火了挺久了，国内阿里，华为海思等一众厂商都在开发对应的芯片产品，但一直以来都缺乏相应的终端产品落地。 而这次生态大会上，中科院软件所与阿里达摩院合作发布的如意Book，是首个基于RISC-V 开源架构的笔记本，这算是RISC-V终端产品开始落地的标志。 如意Book在具体配置上有几个特点： 玄铁C910。 这款处理器发布于2019年，最高主频2.5GHz，4T int8的算力相比于很多专用算力芯片算不上高，例如很多集成了计算单元的NPU、DSP，但优势在于功耗比较低，有利于笔记本主打轻薄化和长续航。 OpenEuler操作系统：可流畅运行钉钉、Libre Office等大型办公软件。 RISC-V产品最大的问题就是生态，X86和ARM经过长期发展，分别在桌面和移动端市场占据了主导地位，对于主流消费级应用支持性良好，而且有庞大的开源社区和第三方开发者，生态十分完善。 而RISC-V之前主要应用在边缘测终端上，在主流的消费级市场没什么存在感，这次达摩院和软件所合作发布的如意Book，算是首次在RISC-V上实现了从芯片底层到操作系统的全链路打通，并开始支持钉钉等主流商业软件，网页浏览、视频播放、AI功能等也包括其中。 虽然玄铁C910平台应用的支持度还不丰富，但软件所和达摩院还在继续合作推进更多应用的适配。如意Book提供了一个平台，让第三方开发者可以进行原生应用开发，这对于生态起步十分重要。 这方面的成功案例就是安卓系统：当年智能手机刚兴起的年代，塞班操作系统占据主流，Google发布的安卓系统非常原始、功能简陋，也没什么生态应用，几乎没有厂商采用。 后来Google开始自己做手机，虽然公司缺乏硬件基因，特意找了不同第三方OEM来代工，产品销量表现也十分一般。但Google提供了硬件平台，每年在Google IO大会上都以Nexus手机为平台，演示新版本的安卓系统特性改进，逐渐吸引了大量第三方开发者。 随着第三方开发者的涌入，业内开始兴起定制UI的风潮，例如MIUI，EMUI等等，安卓系统很快就占据了智能手机系统的主导地位，并迅速拉近了和iOS的差距，这与最近几年华为推进鸿蒙生态的建设十分类似。 因此如意Book的推出会成为RISC-V生态推进的起点，这方面也需要阿里或其他相关生态合作方提供更多的支持，比如技术社区的搭建，第三方开发者的奖励机制等。 回顾指令集和集成电路的发展历史，可以说消费市场的需求是技术进步的原动力。在20世纪七八十年代，计算机发展刚起步，强大的存储、计算资源很稀缺，因此用户需要的是更高的性能，X86为代表的CISC指令集应运而生。多年发展后成为了个人PC的代名词，英特尔和AMD辉煌的IDM商业模式和成熟的生态筑起了高高的壁垒。 进入移动互联网后，用户开始像移动上网转变，CISC指令数量多，功能繁杂，历史包袱太重。此时，ARM开始展露头脚，基于ARM精简指令集RISC授权，高通、苹果等开始自己设计手机芯片，配合iOS和安卓系统成为市场主流。 但如今随着时间推移，ARM授权的模式也开始出现问题，IP或核心授权给下游厂商，芯片厂商在商业市场攫取了大量利润，但ARM得到的分成却十分有限。此外，半开放的模式定制化和灵活度不足，这直接限制了物联网和AIOT等小型设备的发展。 而RISC-V作为开源和免费的指令集，精简的设计、固定的指令长度和模块化的设计在指令存取，分支预测等功能上拥有更高的效率，受到很多厂商的青睐。RISC-V只用了10年就实现了100亿颗芯片出货量，RISC-V阵营已有高通、NVIDIA和Google等超4000名成员，中国国内也有数百家公司针对RISC-V指令集进行产品开发，业界公认投入力度最大的是阿里巴巴。 |
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但伴随着开放的生态，RISC-V碎片化也越来越严重，RISC-V现有很多应用领域相对封闭，局域化的场景配合不同的协议，各个厂商产品线兼容性很差，这对于RISC-V生态发展是一个很大的隐患。 这方面有很多负面案例，比如同样基于安卓生态，谷歌对穿戴市场却不够重视，WearOS没有像安卓手机一样发展出成熟的生态，安卓厂商大多采用LiteOS等简易系统，这直接导致安卓穿戴事实上的凋亡，苹果一家独大的局面。 类似的例子还有ARM桌面市场和MIPS。 AMR桌面产品除了一时兴起的ChromeBook，大部分都不温不火，主要原因就是就是X86产品先发优势很大，而ARM笔记本在桌面端生态缺乏，场景受限。大部分ARM产品设计以轻量化为主，需求人群狭窄，这跟其他自主指令集架构的笔记本发展空间受限于信创市场容量类似。 而MIPS作为RISC的先驱架构，诞生比ARM更早，并一主攻高性能市场，被应用在游戏机、网络通信产品及各种嵌入式设备中。这其中最著名的例子之一就是索尼PS2所用的基于MIPS IV架构的Emotion Engine CPU。但MIPS CPU虽有很强的性能，但没有发展出成熟的生态，这直接导致MIPS架构从底层处理器到系统层、应用层的断档。 这也是为什么RISC-V International一直要推动RISC-V的标准制定，减少碎片化的原因。 总之，这次生态大会发布的如意Book是一个生态推动的讯号。虽然笔记本电脑是一个稳定成熟的市场，如意Book作为初代产品，性能和生态并不足够完善，在消费级市场面对X86的竞争，开拓市场的难度也很大，但迈出第一步是最重要的，RISC-V生态发展意义重大，未来市场表现如何值得持续观察。 |
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换个角度看这个问题，在我看来最大的意义或许是真正打通软硬件一体链路后，产品落地后可以帮助国产RISC-V生态迎来新阶段。 什么意思呢？举个简单例子，马斯克和SpaceX很多人都知晓，在马斯克和SpaceX推出卫星互联网业务之前，主要是发射航天载荷，在全球有很多马斯克与SpaceX的粉丝，他们对于马斯克的支持只能局限于观点表达......因为航天载荷即使有支撑民用的场景，但是和广大的个人消费者、用户并没有什么直接关联，因此大家只能进行言语支持、精神鼓励。 马斯克推出卫星互联网业务后，终端销量还不错，甚至有些人就是纯粹的想支持一下马斯克，于是我们看到了现如今自成一体且服务规模领先的卫星宽带生态。 同样，RISC-V相比较ARM缺点有，但是优点也很多，尤其是其开放性的优势，让其很适合成为我国芯片领域解决一些难点、痛点的基石，其实过去关于RISC-V的优点不少关注这个领域的人都知晓，可是一旦人们想要支持一下国内RISC-V的发展后现似乎并没有更多的途径。 现在搭载玄铁C910处理器的开源笔记本，从软件到硬件全部的技术栈都为我国企业所自主拥有，那么这意味着这样的产品每销售一份，都是对我国自主软硬件生态的支持。 每个成功的生态都是从不起眼或者普通开始的，希望可以逐步繁荣起来，加油！ |
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基于玄铁RISC-V处理器的笔记本电脑“如意BOOK”首次亮相，对于行业来说是划时代的一件事，在中国的芯片及半导体技术的历史上也是一座里程牌。 很多人觉得这个东西很陌生。不知道厉害在哪里。其实这个笔记本的发布，意味着国产芯片和半导体技术上取得了巨大的突破的，打破了技术壁垒，让中国的半导体技术水平不断接近世界先进水平。 这个如意BOOK是由中国科学院软件研究所研制，搭载玄铁C910处理器，在openEuler操作系统上流畅运行钉钉、Libre Office等大型办公软件，首次打通了从底层芯片到操作系统到商用软件的RISC-V全链路。 这些搭载C910处理器的新品不论是在加速计算能力，还是安全性、实时性等方面都有很大的提升，会让 RISC-V 架构在自动驾驶、电力传输、人工智能、企业级 SSD、金融、网络通信这些领域大规模商用落地呢。 我们有理由相信，在未来，会有越来越多新技术的出现，让我们得生活变得更加便利、美好。 |
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