RISC-Vがブレイク寸前…

2022-03-17 314

最近、半導体業界で最も話題になっているのは、第1回RISC-V中国サミット（RISC-V世界会議中国）2021年6月21日から27日まで上海科技大学で開催されます。1,000人以上の会場参加者、10,000人以上のオンライン参加者、100社以上の出展メーカーが見込まれています。これは、中国でこれまでで最大規模のRISC-Vテーマのサミットとなるでしょう！RISC-Vについて知っておくべきこと：

XNUMXつ RISC-Vとは

RISC-Vは、「縮小命令セット（RISC）」の原理に基づいたオープンソースの命令セットアーキテクチャです。プロセッサやチップではなく、命令セットの仕様です。

命令セットは、ソフトウェアとハードウェア間のインターフェースです。これは標準仕様の集合であり、文書の形で公開され、実体を持つものではありません。この仕様に基づいてプロセッサチップとそれに対応するソフトウェアシステムを設計し、最終的に製品を形成することができます。

命令セットは、複雑命令セット（CISC：Complex Instruction Set Computing）と縮小命令セット（RISC：Reduced Instruction Set Computing RISC）に分類できます。現在、市場で主流となっているチップアーキテクチャは、主にx86、ARM、RISC-Vです。このうち、x86はCISCベース、ARMとRISC-VはどちらもRISCベースです。

出典：ネットワーク

2 RISC-Vの誕生

2010年、カリフォルニア大学バークレー校の研究チームは中央処理装置を設計する必要がありました。しかし、市場に出回っているARM、MIPS、SPARC、x86の命令セットアーキテクチャを比較した結果、これらの命令セットは特許問題だけでなく、コストもかかることがわかりました。この問題を解決するには、別の方法を見つける必要がありました。最終的に、彼らは有名なRISC-Vという新しい命令セットを設計しました。これは、目覚ましい新技術を目指したものではなく、業界全体が同じ方向を向いてチップ製造を簡素化し、前進することを期待したものでした。しかし、グローバルなチップ標準への道のりで面白いことが起こりました。バークレー校の取り組みと同様に、RISC-Vはチップ設計においていくつかの技術的ブレークスルーを生み出し始めたのです。

三 RISC-Vの利点

ソース：ネットワーク

1.完全オープンソース：これが開発の主な理由です。RISC-V Foundationは命令セットの使用に対してライセンス料を請求せず、企業が無料の命令セット拡張機能を追加することを許可します。

2.構造はシンプルです。RISC-Vは、シンプルさを重視した設計思想を堅持しています。後方互換性を維持するために、ARMとx86は多くの古い定義を保持していますが、RISC-Vは巨人の肩の上に立ち、成熟した技術を活用して軽快に進化していると言えます。

3.持ち運びが簡単：RISC-Vは特権命令とユーザー命令を提供しており、LinuxやUnixをRISC-Vプラットフォームに容易に移植できる。

4. モジュール設計：開発者はニーズに応じてさまざまな組み合わせを柔軟に選択し、カスタマイズされたニーズを実現できます。

5.完全なツールチェーン付き：RISC-Vコミュニティは完全なツールチェーンを提供しており、RISC-V財団はツールチェーン開発の手間を省くために、その維持管理を継続していく。

四 RISC-Vコミュニティ生態学作ります

RISC-V命令セットが技術的に成熟するにつれて、カリフォルニア大学バークレー校は2015年にRISC-Vエコシステムを構築するためにRISC-V Foundationを設立しました。その会員数の年間成長率は100%を超え、Google、Qualcomm、IBM、NVIDIA、NXP、Western Digital、Microsemi、中国科学院計算技術研究所、MIT、ワシントン大学、BAE Systems、Huawei、Tesla、Samsung、Hitachi、Seagate、Alibaba、MediaTek...有名企業や研究機関が参加しています。半導体設計会社、システムインテグレーター、機器メーカー、軍事企業、科学研究機関などの産業界の力が集まるRISC-Vは、ツールチェーンの構築とアプリケーションの拡大に関して当然ながら良いニュースを受けています。たとえば、2019年にTeslaは新しいチップで無料のRISC-V設計を使用することを検討しました。NvidiaもGPU内のコントローラーにRISC-Vを使用する予定です。サムスンはまた、5G対応のフラッグシップスマートフォン向けに、SiFiveのRISC-Vコアを様々なチップに採用することも明らかにした。RISC-Vのエコシステムは日々成長し、進化を続けている。

出典: RISC-V基礎

2018年10月、上海で中国RISC-V産業連盟（CRVIC）が設立された。同年11月には、中国オープン命令エコシステム連盟（中国RISC-V連盟、略称：CRVA）が発表された。翌年には、Huami Huangshan No. 1やAlibaba Xuantie 910など、RISC-Vをベースに開発されたプロセッサが次々と発表された。中国のテクノロジー企業は、RISC-Vの開発において徐々に独自の道を切り開いていった。

五 RISC-Vの未来

RISC-Vの最大の特徴は「オープン性」であり、これによりあらゆる用途に自由に利用でき、誰でもRISC-Vベースのチップやソフトウェアを設計、製造、販売することが可能になります。このオープン性はプロセッサ分野において全く新しいものです。こうした状況下で、モノのインターネット（IoT）の台頭は、命令セットアーキテクチャを含む上流産業チェーンに新たな成長の場をもたらすでしょう。

市場規模の観点から見ると、2019年の世界のIoT接続総数は120億件に達しました。2025年までに、世界のIoT接続総数は24.6億件に達し、年平均成長率は約16%になると予測されています。世界のIoT収益は、2019年の3,430億米ドルから2025年には1兆1,000億米ドルに成長し、年平均成長率は約27%になると予測されています。（データはGSM Associationより）

出典：Scale Partners & Lightcone Intelligence 業界レポート

一方、ARMチップの出荷台数は過去3年間で年間200億個を超えているものの、成長率は鈍化している。RISC-Vチップの単価はARMチップやx86チップよりも低くなると予想される一方、出荷台数はARMチップをはるかに上回ると見込まれている。

出典: ScalePartners&光円錐インテリジェンス業界レポート

技術的特性の観点から見ると、既存のアーキテクチャの普遍的な要件と比較して、モノのインターネットは柔軟性と多様性を重視しており、これはRISC-Vのオープンソース、モジュール性、スケーラブルな特徴と非常に一致しています。RISC-Vはその特性を利用して、モノのインターネット業界をより柔軟にし、低消費電力でコストを削減することができます。これはまた、モノのインターネットの急速な成長に好ましい条件を作り出しました。IoTシナリオでは、多くのインテリジェントな分析タスクがエッジに移行しています。特定のニーズに応じて、RISC-Vアーキテクチャを使用してIoTチップをカスタマイズすることは、より柔軟で的を絞ったものになります。RISC-Vアーキテクチャの現在の設計は、システムソフトウェアと開発環境の互換性を保証する基本命令セットに加えて、新しい異なる開発アプリケーションに応じて拡張できるため、IoTアプリケーションの特定のニーズを保証できます。

出典: ScalePartners&光円錐インテリジェンス業界レポート

産業チェーンの上流と下流の状況から判断すると、中国のメーカーはチップIP開発、チップ設計、端末ブランドおよびプラットフォームの各段階で体制を整えている。主要な上流・下流メーカーの配置は、RISC-Vエコシステムを底辺から末端まで構築するという産業チェーンの発展理念を反映している。IoT、AIの台頭、そして中国独自のチップ設計需要という観点から見ると、RISC-Vは幅広い発展の余地と、世界の主流アーキテクチャの一つとなるための基盤を備えている。

ブルームバーグによると、最近、RISC-Vスタートアップ企業のSiFiveがインテルから2億ドルの買収提案を受けたが、最終的に実現するかどうかは不明だ。インテルがSiFiveを買収する動機は、NVIDIAによるARM買収への受動的な対応策だった。NVIDIAとARMの合併は最終段階に入っており、中国政府の規制当局が承認すれば、ARMが最終的にNVIDIA傘下になることはほぼ確実だ。インテルは当然、SiFiveの買収を通じてRISC-Vを支援し、ARMやNVIDIAに対抗したいと考えている。

しかし、編集者は、以下の理由から、この買収は実現しない可能性があると考えている。第一に、カリフォルニア大学バークレー校の教授陣と学生研究チームによって設立され、オープンソースの命令セットアーキテクチャRISC-VをベースとするマイクロプロセッサコアIP開発企業であるSiFiveは、2020年8月にSKハイニックスとサウジアラムコ主導で6,000万米ドルの資金調達を行ったのが最後である。SiFiveの企業価値は約5億米ドルと評価されている。現在までに、SiFiveは合計1億8,600万米ドルの資金を調達している。事業と人員が急速に拡大しても、SiFiveは資金繰りに困ることはないだろう。なぜなら、主な支出は研究開発とクラウドサービスプラットフォームであり、資本集約型の半導体製造装置や製造には関わっていないからである。第二に、資本と運営の観点から、SiFiveは時期尚早に大企業に買収されるべきではない。 Intel CapitalとQualcomm CapitalはどちらもSiFiveの初期戦略的投資家です（SiFiveは2018年にシリーズCで5,060万米ドルの資金調達を受け、その大部分はIntelから、2019年にはシリーズDで6,540万米ドルの資金調達を受け、Qualcomm Venturesが主導しました）。SiFiveを支援する論理は、ARMが支配的になるのを防ぎ、これらのチップ大手に複数の選択肢を与えることにもあります。NVIDIAでさえRISC-Vの積極的な推進者です。ARMを買収した後、NVIDIAがRISC-Vのサポートを継続するかどうかはわかりません。RISC-V Foundationや中国の多くの研究機関やメーカーからの支援はありますが、RISC-Vのオープンソースのパイを大きくするには、SiFiveが先駆者である必要があります。SiFiveがIntelと合併すると、RISC-Vの開放性と闘志は必然的に弱まり、オープンソースコミュニティやエコシステムの発展における多くのイノベーションは商業的利益によって制約され、阻害されるでしょう。しかし、インテルによるSiFiveの高額買収は、少なくとも世界の半導体大手企業がRISC-Vを非常に重視していることを示しており、前向きなシグナルを発したと言えるでしょう。たとえ最終的にARMに対抗する武器の一つとなったとしても、RISC-Vの価値はより一層高まり、際立つことになるでしょう。星来科技やアンデス科技をはじめとするRISC-Vを積極的に推進する多くの研究機関や組織は、今後もオープンな精神を堅持し、RISC-Vのエコシステム構築に貢献していくことに、より大きな自信を持つべきです。

6 中国におけるRISC-V
01 産業統合

中国科学院計算技術研究所、ファーウェイ、アリババグループなど、20以上の国内企業や機関がRISC-V Foundationに参加しています。カリフォルニア大学バークレー校と清華大学も、RISC-Vソフトウェアエコシステムを支援するため、深圳にRIOS研究所を設立しました。2018年7月には、上海市経済情報技術委員会がRISC-Vを支援する初の国内政策を発表しました。

データによると、中国では300社以上の企業がRISC-V命令セットに注目し、あるいはRISC-Vをベースに開発を進めている。これまでに多くの企業がRISC-Vをベースとした重要なオープンソースチップ技術を構築し、関連製品を発売している。国内のチップメーカーも多数出現しており、多くの企業が新たなRISC-V分野で差別化を図ろうとしている。結局のところ、ARMコアは長らくレッドオーシャン状態にある一方、RISC-Vはまだブルーオーシャン状態にある。そこで、筆者は現在の国内RISC-VコアMCUメーカーを整理した。

02 国際世論の動向

米中貿易戦争中、RISC-Vプロセッサが米国の輸出管理規制の対象となるかどうかについてかなりの論争があったが、RISC-V Foundationは本部をスイスに移転することを決定した。この姿勢は、他のアメリカのテクノロジー企業とは明らかに一線を画していた。2010年にカリフォルニア大学バークレー校で誕生したRISC-V命令セットが数年前に米国の技術管理の対象となったかどうかを疑問視する人がまだいたとしても、RISC-V Foundationの移転は、そうした懸念を払拭するのに十分だったはずだ。実際、中国のメーカーもRISC-V Foundationで非常に活発に活動している。同財団の最高レベルのメンバーである13社のうち、11社が中国企業であり、そのうち10社は中国本土の企業、1社は台湾の企業である。ファーウェイ、平頭格、中国情報通信技術研究所、ZTE、成都資本、賽方科技、ユニソック、ヒムコンピューティング、ジンシンテクノロジーなどが含まれる。残りの2社はウェスタンデジタルとSiFiveである。

出典：RISC-V Foundation Y2019メンバー

03 私の国におけるチップ開発の現状

RISC-Vは我が国で非常に人気がありますが、これは我が国の半導体研究開発が他国に支配されている現状と無関係ではありません。現状、半導体の国産化における課題は、必要な材料や設備を含む製造工程にあり、これらは外国企業によって高度に独占されています。国内メーカーは追いつくのに長い道のりがあります。さらに、業界に明確な転換点が見られないという事実も相まって、この分野は依然として長期的かつ段階的な投資と蓄積を必要としています。

オープンソースのRISC-Vをベースに、独自の知的財産権を持つチップを製造し、それに対応する産業エコシステムを育成することは、中国の半導体産業にとって間違いなく砂漠の中の泉となるだろう。

政治情勢が不安定な中、世界のサーバーチップ市場の90%以上がインテルのx86アーキテクチャに基づいており、ARMは日本のソフトバンクに買収された。IPライセンスは購入できるものの、CPUを設計するコア能力が欠けている。さらに、ARMは不安定な状況にあり、買収のニュースが絶えない。ライセンスに基づく業界が長期的に安定できるかどうかも未解決の謎である。RISC-V命令セット自体はコモディティではないため、当然ながら論争は少ない。

04 人工知能構築

例えば、スマートスピーカー、スマートホーム、その他エッジコンピューティング機能によるサポートをより多く必要とするAIハードウェアは、アーキテクチャの柔軟性も高く、市場や技術の変化に応じて継続的に調整していく必要があります。RISC-Vは、新しい命令を絶えず追加していくという要求を満たすことができますが、ARMなどのアーキテクチャでは困難です。同時に、RISC-Vの命令セットは非常に小さくコンパクトです。RISC-Vを選択することで、他のどの製品よりも小型のチップを実現し、消費電力を最小限に抑えることができます。

そのため、今後RISC-Vを使用したカスタムハードウェアがさらに増える可能性が高いでしょう。それらはハードディスク、グラフィックカード、自動車などに搭載される可能性があり、いつの日か家庭用コンピュータの主要アーキテクチャになるかもしれません。中国工程院院士の倪光南氏は以前、RISC-Vが将来的に世界の主流CPUの一つに発展し、CPU分野でx86、ARM、RISC-Vの3分の2のパターンが形成される可能性が高いと予測していました。

セブン RISC-Vが中国の半導体産業にもたらす画期的な意義
長期的に見て、RISC-Vが中国の半導体産業にとって持つ意義は、主に以下の点に表れている。

RISC-Vアーキテクチャを通じて外国の独占を排除し、プロセッサコアの国内独立を実現する。この種のプロセッサコアは密室で開発されるのではなく、世界的に認められた主流アーキテクチャと主流エコシステムを備えている。
RISC-Vによって、我が国のプロセッサIPの存在感は大きく向上するでしょう。IP産業は業界の最先端に位置し、他の産業とは大きくかけ離れており、業界や国からの注目を十分に集めていません。RISC-Vは中国のIP産業に新たな機会をもたらしました。我が国はRISC-Vにおいて依然として遅れをとっていますが、他のIP技術と比較すると、それほど大きな差はありません。
RISC-Vはイノベーションと差別化を推進する力を持っています。RISC-Vはオープンでシンプル、スケーラブルかつ低コストであるため、端末アプリケーション市場に大きな革新をもたらす可能性を秘めています。
RISC-Vはチップ開発コストを大幅に削減できます。RISC-Vの産業チェーンはますます完全化しており、プロセッサコアからハードウェア設計、オペレーティングシステム、開発ツール、ベンチマーク、ソリューションに至るまで、産業チェーン全体が完成しているため、業界全体でコストを公平に分担することが可能です。
RISC-Vの普及は、ある程度産業の国産化を促進し、より多くの産業機会を生み出し、産業界と学術界に多数のCPU人材を蓄積させてきた。

RISC-Vが世界の主流になると予想される今、中国企業は前進しなければなりません！RISC-Vと中国の半導体産業が将来に向けてどのように前進できるかは、中国産業の発展にとって非常に重要な意味を持ちます。したがって、私たちは以下の問題を真剣に検討する必要があります。

01 RISC-Vエコシステムはまだ完成していない
現在、RISC-Vは主に中低価格帯製品で使用されていますが、高性能サーバーCPUやGPUで幅広い用途に使用されている事例はありません。その理由は、RISC-Vチップをベースとしたソフトウェアやツールチェーンがまだ十分に開発されていないためです。オープンソースコードはすぐに使えるものではありません。命令セットがオープンソースだからといって、CPUコアも同時にオープンソース化されるわけではありません。そのため、チップメーカーには設計と研究開発において大きな負担がかかっています。 02 RISC-Vの断片化問題

各アーキテクチャの産業利用性には、百花斉放の産業チェーンイノベーションのサポートが不可欠です。RISC-Vは各メーカーにハードウェア設計の自由度を与える一方で、Androidシステムのように規格が異なり、多様なデバイスや後方互換性のために開発エコシステムが分断されているといった問題にも直面しています。これは、異なるチップメーカーのRISC-Vアーキテクチャプロセッサが実際のアプリケーションで同じソフトウェアに対応できない状況につながる可能性があります。簡単な例を挙げると、A社がチップの改良を行い、B社が別の改良を行ったとしても、どちらの改良も導入されない場合を考えてみましょう。このような市場で、誰もが改良を導入せず、コミュニケーションも合意形成も行わないと、将来的に互換性のないABCバージョンのRISC-Vが市場に出回る可能性があり、これは断片化されたシナリオと言えます。

垂直統合型のエコシステムで開発者を育成し、標準化によってほとんどのプログラムコードを標準化し、コア機能に干渉しないアプリケーション拡張の余地を残し、関連するアプリケーション市場やその他の基本プラットフォームを確立する強力なリーディングメーカーは、RISC-Vイノベーションエコシステムの形成を業界全体でより迅速に推進できる可能性がある。

03 RISC-Vのセキュリティ上の問題点

IoTにおけるRISC-Vコアアプリケーションシナリオのセキュリティ問題も、完全な産業ソリューションの提供を開始する必要がある。

周知のとおり、SoCチップのセキュリティメカニズムは、システムセキュリティを確保するために以下の要素で構成されています。

ハードウェアの隔離に関する必須手順。
信頼できる実行環境を構築するためのデータとストレージ。
固有の証明書と鍵は信頼の基盤となる。
セキュアブート機能や各種ツールなど。

RISC-Vのシステム命令と特権命令には、セキュリティに関する命令は含まれていません。ハードウェアの強化を通じて安定した動作を確保するために、ソフトウェア定義ドメインであるMultiZoneを使用しています。このような状況下で、RISC-VがAIoTや5Gの波に乗ってARMやx86と競争していくためには、チップメーカーや一般ユーザーの信頼を得るために、セキュリティ面でより優れたものになる必要があります。

RISC-V財団は、RISC-V命令セットに基づくIoTデバイス、組み込みシステム、機械学習に関するセキュリティ改善計画について議論するため、RISC-Vセキュリティ常設委員会を設立しました。

我が国の特殊な国情と現在の世界情勢を鑑みると、今日の国内代替の波と「ENCO」アライアンスに牽引され、汎用プロセッサと専用プロセッサの研究開発は大きく推進され、高く評価されている。主要な命令セット（ISA）の国内代表メーカーは、x86を採用したZhaoxin、ARMを採用したFeitengやHiSiliconなど、独自の「ENCO」製品を発売している。RISC-V命令セットを代表できるCPU製品だけが不足している。高性能RISC-Vプロセッサで「Encore」アライアンスに参画できる企業は、間違いなく中国市場で大きな注目を集めるだろう。

04 伝統的なビジネスモデルの革新

従来のハードウェア企業のビジネスモデルは、常に製品販売に基づいていた。チップのテープアウトコストが高いため、チップ企業は大きな資金難に直面している。チップは知識や技術ノウハウの蓄積と定着の媒体となるため、コードこそがその中核的な競争力となる。

オープンで活発な命令セットのエコシステムは、チップの研究開発とイノベーションを促進するための必要条件であるため、RISC-Vのオープンソース化はオープンソースハードウェアの開発を促しました。現在、RISC-V命令セットのビジネスモデルは、主にIPコアライセンスとカスタムチップに基づいています。アプリケーション分野がますます高度化するにつれて、垂直分野におけるチップのカスタマイズが将来のトレンドになると考えられています。命令のカスタマイズという点では、RISC-Vがリーダーです。しかし実際には、カスタムチップはRISC-Vにとって利点であると同時に課題でもあります。

チップをカスタマイズする上で重要なのは、パラメータの適応性と、RISC-V IP、サードパーティ製IP、およびEDAツール間の連携です。アプリケーションへの理解が深まるほど、カスタマイズの精度は向上します。

RISC-Vでは、命令のカスタマイズがネイティブに可能です。ユーザーはRISC-Vの基本コアでパラメータを設定し、適切なモジュールを選択するだけで済みます。ARMでは、これを実装するために追加のパッチが必要です。命令のカスタマイズには、アルゴリズム、コードライブラリ、コンパイラなどのサポートツールが必要です。同時に、命令セットアーキテクチャに加えて、チップ開発では、チップのインターフェース周辺機器、セキュリティ、信頼性、コストなど、一連の問題にも注意を払う必要があります。これもまた、カスタマイズにおける客観的な課題です。

05 RISC-VのエントリーポイントとしてのAloT

実際、RISC-Vアーキテクチャは、5G通信機器、サーバー、スーパーコンピューティングなどのあらゆるコンピューティング機器に適用可能であり、技術面やエコシステム面での問題はありません。特に現在のスマートモバイル時代において、AIoTはRISC-Vにとって絶好の参入ポイントであり、将来の市場規模は非常に大きくなるでしょう。RISC-VベースのマイクロプロセッサコアとAIコンピューティングコプロセッサIPは、AIoTの様々な分野で大きな可能性を秘めています。

出典：ネットワーク

アナリストのSemico Researchは、「RISC-V市場分析：新興市場」と題したレポートの中で、2025年までにRISC-V CPUコアの総消費量が62.4億個に達すると予測している。2018年から2025年までのRISC-V CPUコアの平均年平均成長率は146.2%にも達する見込みだ。中でも、5Gモバイルフォン、通信、産業機器などの市場セグメントは、RISC-Vを採用するメーカーに新たなビジネスチャンスをもたらすだろう。

出典: Semico ResearchCorp

中国市場におけるRISC-Vの人気は、中国の半導体企業が新たなレベルに到達し、より高い業界水準に影響を与える自信と潜在力を持っていることを証明しています。しかし、経済、技術、そして国家的な推進力によってもたらされる自信にもかかわらず、RISC-Vエコシステムは長期的な構築プロセスであり、ファウンドリ（集積回路分野では、チップの生産と製造を担当するメーカーを指します）、システムサポート、そして細分化されたトラックでの複数回の量産といった育成が必要であることを認識する必要があります。これは挑戦であると同時にチャンスでもあります。

この重要な時期に、RISC-V国際財団の強力な支援のもと、RISC-V中国サミットが開催されます。このサミットは、中国の産業界と学術界の交流と協力の機会を提供し、中国および世界におけるRISC-Vの発展を包括的に促進し、RISC-V業界における革新的な技術製品を推進し、RISC-Vの科学研究と教育を促進することを目的としています。これは歴史的に重要な意義を持っています。適切な時期、適切な場所、適切な人材によって、RISC-Vは中国で発展のための肥沃な土壌と機会を見出したのです。

免責事項：この記事は「クリエーションコアワークショップ」からの転載です。この記事は著者の個人的な見解を示すものであり、サッコマイクロおよび業界の見解を示すものではありません。転載・共有のみを目的としており、知的財産権の保護を支持します。転載の際は、出典と著者を明記してください。著作権侵害が疑われる場合は、削除いたしますのでご連絡ください。

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