在中國科學院軟件研究所智能軟件研究中心與如意 RISC-V 軟件生態(tài)的持續(xù)推動下，國際主流開源科學計算庫NumPy正式完成對RISC-V Vector（RVV）向量擴展的優(yōu)化適配，并在算能第二代服務器級RISC-V處理器SG2044平臺上完成了系統(tǒng)性性能驗證。在與同等向量寬度的 ARM NEON 平臺對比中，SG2044 在多數(shù)浮點算子場景下，實現(xiàn)最高23%性能領先。

該成果由標志著NumPy正式融入RISC-V高性能基礎軟件生態(tài)體系，為科學計算、數(shù)據(jù)分析、機器學習與工程仿真等關鍵應用場景提供了堅實的軟件基礎。

這一進展不僅是RISC-V基礎軟件生態(tài)的重要里程碑，也充分驗證了算能SG2044在服務器級高性能向量計算場景下的性能潛力。

打通NumPy到RVV的端到端優(yōu)化路徑

本次適配工作的核心在于，在NumPy中引入基于Highway庫的RVV向量化支持，打通了從高層NumPy算子到底層RISC-V向量指令的完整優(yōu)化鏈路。通過這一方式NumPy在保持跨平臺可移植性的同時，能夠充分利用RVV的并行計算能力，為數(shù)據(jù)分析、機器學習、工程仿真等典型科學計算負載提供穩(wěn)定且可持續(xù)的性能提升。這一實踐為RISC-V在高性能數(shù)值計算領域的規(guī)?；瘧玫於岁P鍵的軟件基礎。

適配思路：面向工程化的分層遞進

1. RVV CPU特性檢測先行突破

聚焦NumPy的底層架構支持，率先引入了RISC-V CPU特性檢測機制。通過擴展系統(tǒng)配置和構建框架，實現(xiàn)了對RISC-V Vector(RVV)擴展的原生識別與支持，為后續(xù)在RISC-V架構上進行SIMD指令級優(yōu)化奠定了基礎。

2. NumPy算子RVV優(yōu)化

通過深入研究Highway庫的函數(shù)接口與向量抽象機制，并嚴格遵循其編程規(guī)范，結(jié)合支持RVV的CPU硬件環(huán)境，成功實現(xiàn)了NumPy算子的向量化加速。該工作不僅驗證了Highway在可伸縮向量架構上的適配能力，也為后續(xù)在RISC-V平臺開展系統(tǒng)性性能優(yōu)化奠定了關鍵技術基礎。

3. NumPy RVV單元測試模塊

在完成NumPy算子的RVV優(yōu)化后，為確保功能正確性，新增了對CPU調(diào)度器工具和硬件特性檢測模塊的專項單元測試，推動NumPy對RISC-V架構的支持從"能跑"邁向"可靠、可測、可維護"的工程化階段。

圍繞NumPy的底層架構，項目團隊對構建系統(tǒng)與CPU特性檢測機制進行了系統(tǒng)性完善，使其在RISC-V架構下能夠原生識別并啟用RVV擴展能力。在算子實現(xiàn)層面，既保證了性能，又兼顧了代碼的可維護性與擴展性。同時，對部分底層實現(xiàn)進行了重構，為后續(xù)持續(xù)優(yōu)化提供了良好的工程基礎。

貢獻上游推動生態(tài)協(xié)同演進

目前，相關成果已向NumPy上游社區(qū)提交19個PR，累計代碼改動8689行，完成了邏輯判斷、基礎數(shù)學運算、數(shù)學函數(shù)、比較操作以及ArgMax / ArgMin等多類核心算子的RVV向量化優(yōu)化，并同步完善了針對RISC-V平臺的單元測試體系。這些工作推動NumPy對RISC-V的支持從“可運行”邁向“可驗證、可維護”的工程化階段，也為后續(xù)更多科學計算庫在RISC-V平臺上的適配提供了可參考的實踐路徑。

多平臺測試驗證RVV性能潛力

項目團隊在多款支持 RVV 1.0 的硬件平臺上對優(yōu)化效果進行了評估。測試結(jié)果顯示，RVV優(yōu)化在多類 NumPy 算子上均帶來了顯著性能提升，尤其是在ArgMax/ ArgMin等典型歸約算子中，不同數(shù)據(jù)類型均實現(xiàn)穩(wěn)定加速，且數(shù)據(jù)位寬越小，加速效果越明顯。

進一步的對比測試中，算能SG2044（RVV 1.0，128-bit 向量寬度）與 ARM（NEON，128-bit 向量寬度）在相同算子負載下進行了性能對比。結(jié)果顯示，SG2044在浮點算子場景中表現(xiàn)突出，float32與float64類型在多數(shù)測試條件下均實現(xiàn)性能領先，最高提升幅度達到23%，充分體現(xiàn)了RISC-V向量擴展在高精度科學計算和服務器級應用場景中的架構優(yōu)勢。

SG2044 RISC-V 服務器處理器

●64 核 RISC-V，最高主頻 2.6GHz，支持 RVV 1.0 向量擴展

●片內(nèi)集成自研 TPU，支持 FP8 / BF16 / FP16 / FP32 等多精度計算

●128GB LPDDR5X，最高 8533 MT/s，帶寬最高 546GB/s

●40 lane PCIe 5.0，支持高性能外設擴展

●支持 8K 視頻編解碼（最高 128 路 1080P 解碼 / 64 路編碼）

●支持 AES、SM 系列加密算法與硬件安全模塊

●支持 SV48 大地址空間，滿足大規(guī)模應用需求

SRA3-40 RISC-V 計算服務器

●基于算能第二代RISC-V服務器級處理器SG2044

●64核RISC-V核心，支持RVV1.0向量擴展

●片內(nèi)融合異構TPU，內(nèi)置原生FP8算力

●128GB LPDDR5X統(tǒng)一高速內(nèi)存

●支持 4U 8 卡配置，可搭載多張智算加速卡

●支持 12 塊 SAS / SATA 硬盤 + NVMe SSD

●支持 openEuler / Ubuntu / deepin 等主流操作系統(tǒng)

持續(xù)推進RISC-V高性能軟件生態(tài)建設

面向未來，中國科學院軟件研究所智能軟件研究中心團隊將繼續(xù)圍繞NumPy在RISC-V平臺上的性能演進開展工作，包括探索基于RISC-V Zfh擴展的16-bit半精度浮點支持，以及進一步挖掘RVV在矩陣運算等更復雜數(shù)值計算場景中的優(yōu)化空間。

算能也將持續(xù)攜手如意社區(qū)與生態(tài)伙伴，共同推動RISC-V高性能基礎軟件生態(tài)的完善與成熟，加速RISC-V在服務器與智能計算領域的規(guī)?；瘧谩?/span>