RISC-V即将迎来爆发式增长……

2022-03-17 314

最近，半导体行业最热门的新闻是：首届 RISC-V 中国峰会（RISC-V 世界大会中国）本次大会将于2021年6月21日至27日在上海科技大学举行。预计将有超过1,000名现场参会者、超过10,000名线上参会者以及超过100家参展厂商。这将成为迄今为止中国规模最大的RISC-V主题峰会！关于RISC-V，我们需要了解以下几点：

一种 什么是RISC-V

RISC-V 是一种基于“精简指令集（RISC）”原则的开源指令集架构。它不是处理器或芯片，而是一种指令集规范。

指令集是软件和硬件之间的接口，它是一套标准规范。指令集以文档的形式发布，本身并不属于任何实体。我们可以基于这套规范设计处理器芯片和相应的软件系统，最终形成产品。

指令集可分为复杂指令集（CISC：Complex Instruction Set Computing）和精简指令集（RISC：Reduced Instruction Set Computing）。目前市场上主流的芯片架构主要包括x86、ARM和RISC-V。其中，x86基于CISC，而ARM和RISC-V均基于RISC。

来源：网络

二 RISC-V的诞生

2010年，加州大学伯克利分校的一个研究团队需要设计一款中央处理器。然而，在比较了市面上现有的ARM、MIPS、SPARC和x86指令集架构后，他们发现这些指令集不仅会涉及专利问题，而且成本高昂。为了解决这个问题，他们必须找到其他方法。最终，他们设计了一种新的指令集，即著名的RISC-V。RISC-V并非旨在成为一项令人瞩目的新技术，而是希望能够让整个行业达成共识，简化芯片制造流程并推动行业发展。然而，在通往全球芯片标准的道路上，却发生了一件有趣的事情：就像伯克利的努力一样，RISC-V已经开始在芯片设计领域取得一些技术突破。

三 RISC-V 的优势

资源：网络

1.完全开源：这就是它发展的主要原因。RISC-V 基金会不会收取指令集的使用许可费，并允许公司添加免费的指令集扩展；

2.该建筑结构很简单：RISC-V 秉承简洁的设计美学。为了保持向后兼容性，ARM 和 x86 都保留了许多过时的定义，而 RISC-V 可以说是站在巨人的肩膀上，利用成熟的技术轻装上阵；

3.易于移植：RISC-V 提供特权指令和用户指令，可以轻松地将 Linux 和 Unix 移植到 RISC-V 平台；

4. 模块化设计：开发人员可以根据需要灵活选择不同的组合，以满足定制化需求；

5.包含完整的工具链：RISC-V 社区提供了一套完整的工具链，RISC-V 基金会将继续维护它，以避免繁重的工具链开发工作。

四 RISC-V 群落生态学创建信息图

随着RISC-V指令集技术的日趋成熟，加州大学伯克利分校于2015年成立了RISC-V基金会，旨在构建RISC-V生态系统。该基金会的成员数量年增长率超过100%，包括谷歌、高通、IBM、英伟达、恩智浦、西部数据、美光半导体、中国科学院计算技术研究所、麻省理工学院、华盛顿大学、BAE系统公司、华为、特斯拉、三星、日立、希捷、阿里巴巴、联发科等众多知名企业和科研机构。RISC-V汇聚了半导体设计公司、系统集成商、设备制造商、军工企业、科研机构等众多产业力量，在工具链构建和应用拓展方面自然也迎来了利好消息。例如，2019年，特斯拉考虑在新芯片中使用开源RISC-V设计；英伟达也计划在GPU内部控制器中使用RISC-V；三星还透露，将在用于5G旗舰手机的多款芯片上采用SiFive的RISC-V内核。RISC-V生态链正在日益壮大和完善。

来源：RISC-V基础

2018年10月，中国RISC-V产业联盟（CRVIC）在上海成立。同年11月，中国开放指令生态联盟（中国RISC-V联盟，简称CRVA）宣布成立。次年，基于RISC-V架构的处理器相继发布，例如华米黄山一号和阿里巴巴玄铁910。中国科技企业在RISC-V的研发道路上逐渐摸索出自己的发展路径。

五 RISC-V 的未来

RISC-V最大的特点是“开放性”，它允许任何人自由地将其用于任何用途，并设计、制造和销售基于RISC-V的芯片或软件。这种开放性在处理器领域尚属首例。与此同时，物联网(IoT)的兴起将为包括指令集架构在内的上游产业链提供新的增长空间。

从市场规模来看，2019年全球物联网连接总数达到12亿。预计到2025年，全球物联网连接总数将达到24.6亿，复合年增长率约为16%。全球物联网收入预计将从2019年的343亿美元增长到2025年的1.1万亿美元，复合年增长率约为27%。（数据来自GSM协会）

资料来源：Scale Partners 和 Lightcone Intelligence 行业报告

相比之下，ARM芯片过去三年的年出货量超过20亿颗，但增速已经放缓。RISC-V芯片的单价预计将低于ARM和x86芯片，而其产量将远远超过ARM芯片。

来源：ScalePartners&光锥智能行业报告

从技术特性角度来看，与现有架构的通用性要求相比，物联网强调灵活性和多样性，这与RISC-V的开源、模块化和可扩展特性高度契合。RISC-V可以凭借其特性，使物联网产业更加灵活，并以低功耗降低成本。这也为物联网的快速发展创造了有利条件。在物联网场景中，许多智能分析任务正在向边缘迁移。根据具体需求，使用RISC-V架构定制物联网芯片更加灵活和有针对性。RISC-V架构的当前设计，除了提供基本指令集以确保系统软件和开发环境的兼容性外，还允许根据新的、不同的开发应用进行扩展，从而能够满足物联网应用的特定需求。

来源：ScalePartners&光锥智能行业报告

从产业链上下游情况来看，中国厂商已在芯片IP开发、芯片设计、终端品牌和平台等环节做好了布局。主要上下游厂商的布局体现了自下而上构建RISC-V生态系统的产业链发展思路。从物联网、人工智能的兴起以及我国对芯片设计的自主需求来看，RISC-V具有广阔的发展空间和成为世界主流架构的基础。

据彭博社报道，RISC-V初创公司SiFive近日收到英特尔提出的2亿美元收购要约，但最终能否达成尚不得而知。英特尔收购SiFive的动机是对英伟达收购ARM的一种被动回应。英伟达收购ARM的交易已进入最后阶段。只要中国政府监管机构批准，ARM最终被英伟达收购几乎是板上钉钉的事。英特尔自然希望通过收购SiFive来支持RISC-V与ARM和英伟达展开竞争。

然而，编辑认为此次收购可能无法实现，原因如下：首先，SiFive是一家微处理器内核IP开发商，由加州大学伯克利分校的教授和学生研究团队创立，基于开源指令集架构RISC-V。该公司最近一次融资是在2020年8月，由SK海力士和沙特阿美领投的6000万美元投资。SiFive的估值约为5亿美元。迄今为止，SiFive已累计融资186亿美元。即使业务和人员快速扩张，SiFive也不用担心资金问题，因为其主要支出集中在研发和云服务平台，无需投入大量资金购买半导体设备和进行生产制造；其次，从资本和运营角度来看，SiFive不宜过早被大型公司收购。英特尔资本和高通资本都是SiFive的早期战略投资者（SiFive在2018年获得5060万美元C轮融资，主要来自英特尔；2019年获得6540万美元D轮融资，由高通创投领投）。支持SiFive的逻辑也是为了防止ARM占据主导地位，从而为这些芯片巨头提供更多选择。即使是英伟达也是RISC-V的积极推动者。收购ARM之后，我不知道它是否会继续支持RISC-V。尽管RISC-V基金会以及中国许多研究机构和厂商都给予了支持，但如果RISC-V的开源蛋糕想要做得更大，SiFive仍然需要走在前列。如果SiFive与英特尔合并，势必会削弱RISC-V的开放性和竞争精神，开源社区和生态发展中的许多创新也会受到商业利益的制约和阻碍。然而，英特尔高价收购SiFive似乎释放了一个积极信号，至少表明全球芯片巨头对RISC-V高度重视。即便RISC-V最终成为与ARM竞争的武器之一，其价值也将被凸显和提升。像兴来科技、安德斯科技等众多积极推广RISC-V的科研机构和组织，应该更有信心继续秉持开放精神，为RISC-V的生态建设贡献力量！

六 中国的RISC-V
01 产业一体化

包括中国科学院计算技术研究所、华为和阿里巴巴集团在内的20多家国内企业和机构已加入RISC-V基金会。加州大学伯克利分校和清华大学也在深圳建立了RIOS实验室，以支持RISC-V软件生态系统的发展。2018年7月，上海市经济和信息化委员会发布了国内首部支持RISC-V的政策。

数据显示，国内有超过300家企业关注或正在开发基于RISC-V指令集的产品。目前，许多企业已经基于RISC-V构建了关键的开源芯片技术并推出了相关产品。大量国内芯片企业涌现，许多企业都希望在RISC-V这条新道路上脱颖而出。毕竟，ARM内核早已是一片红海，而RISC-V仍是一片蓝海。鉴于此，笔者也整理了目前国内RISC-V内核MCU厂商的情况。

02 国际舆论趋势

在贸易战期间，RISC-V处理器是否受美国出口管制条例约束曾引发激烈争议，但RISC-V基金会决定将总部迁至瑞士。这一举措显然与其他美国科技公司存在分歧。如果说几年前还有人质疑诞生于2010年加州大学伯克利分校的RISC-V指令集是否受美国技术管制，那么RISC-V基金会的迁址应该能更好地消除大家的疑虑。事实上，中国厂商在RISC-V基金会中也十分活跃。在基金会的13家最高级别成员公司中，11家来自中国大陆，其中10家为中国大陆公司，1家来自台湾地区。这些公司包括华为、平头阁、中国信息通信技术软件研究院、中兴通讯、成都资本、赛方科技、紫光展锐、恒智计算、京信科技等。另外两家是西部数据和思飞科技。

来源：RISC-V基金会2019年度成员

03 我国芯片研发现状

RISC-V在我国非常流行，这与我国芯片研发目前被其他国家控制的现状不无关系。目前，芯片国产化的难点在于工艺和制造环节，包括所需的材料和设备，这些都被国外公司高度垄断。国内厂商还有很长的路要追赶。再加上行业尚未出现明显的转折点，这一领域仍然需要长期、循序渐进的投资和积累。

基于开源 RISC-V 架构，制造具有自主知识产权的芯片并培育相应的产业生态，无疑是中国半导体行业的沙漠之泉。

在政治环境不明朗的情况下，全球超过90%的服务器芯片市场基于英特尔的x86架构，而ARM已被日本软银收购。尽管可以通过购买IP授权获得ARM的芯片设计许可，但ARM缺乏核心CPU设计能力。此外，ARM自身也处于动荡之中，并饱受收购消息的困扰。这种基于授权的产业模式能否长期稳定发展，仍是一个悬而未决的谜。相比之下，RISC-V指令集本身并非商品，因此争议自然较少。

04 人工智能建设

例如，智能音箱、智能家居和其他需要更多边缘计算能力支持的人工智能硬件，也需要架构具备更高的灵活性，并需要根据市场和技术的变化不断调整。RISC-V 可以满足不断添加新指令的需求，而 ARM 等架构则难以做到这一点。同时，RISC-V 的指令集非常小巧紧凑。选择 RISC-V 可以制造出比其他任何产品都更小的芯片，并最大限度地降低功耗。

因此，未来我们很可能会看到更多采用 RISC-V 架构的定制硬件。它们可能会出现在你的硬盘、显卡或汽车中，甚至有一天可能成为家用电脑的主流架构。中国工程院院士倪光南此前曾预测，RISC-V 未来有望发展成为世界主流 CPU 之一，从而在 CPU 领域形成 x86、ARM 和 RISC-V 三者并存的格局。

XNUMX所 RISC-V对中国半导体产业的划时代意义
从长远来看，RISC-V 对中国半导体产业的重要性主要体现在以下几个方面：

通过RISC-V架构打破外国垄断，实现处理器内核的国产化。这种处理器内核并非闭门造车，而是拥有全球认可的主流架构和主流生态系统。
通过 RISC-V，我国的处理器 IP 语音能力可以得到极大提升。IP 产业处于行业领先地位，与其他产业相比差距悬殊，却一直未得到业界和国家的足够重视。RISC-V 为中国 IP 产业带来了新的机遇。虽然我国在 RISC-V 方面仍处于落后状态，但与其他 IP 技术相比，差距并不大。
RISC-V能够推动创新和差异化。由于RISC-V具有开放、简单、可扩展和低成本的特点，它可以为终端应用市场带来巨大的创新。
RISC-V 可以显著降低芯片开发成本。RISC-V 产业链日趋完善，从处理器内核到硬件设计、操作系统、开发工具、基准测试和解决方案，整个产业链已基本覆盖，使业界能够公平分摊所有成本。
RISC-V 的逐渐普及在一定程度上促进了产业本土化的发展，创造了更多的产业机遇，并为产业界和学术界积累了大量的 CPU 人才。

鉴于RISC-V有望成为全球主流技术，中国企业必须迎头赶上！RISC-V以及我国半导体产业如何更好地迈向未来，对中国产业发展具有重大意义。因此，我们必须认真思考以下问题：

01 RISC-V 生态系统尚未完全建成。
目前，RISC-V主要应用于中低端产品，在高性能服务器CPU和GPU等应用领域尚无广泛案例。造成这种情况的原因在于，基于RISC-V芯片的相应软件和工具链仍有待完善。开源代码并非即刻可用，开源指令集并不意味着CPU内核也同时获得授权。这给芯片厂商带来了巨大的设计和研发压力。 02 RISC-V的碎片化问题

每种架构的工业应用都需要产业链创新的支持，就像百花齐放一样。RISC-V 架构虽然赋予了各厂商一定的硬件设计自由度，但也面临着类似 Android 系统那样，由于设备种类繁多和向下兼容性问题，导致标准不统一、开发生态系统支离破碎等问题。这很可能导致不同芯片厂商的 RISC-V 架构处理器在实际应用中无法兼容同一款软件。举个简单的例子，如果 A 公司采用了一种芯片改进方案，B 公司又进行了另一种改进，但双方的改进方案都没有被整合。试想一下，如果市场上所有厂商的改进方案都没有被整合，缺乏沟通，无法达成共识，那么未来市场上可能会出现 RISC-V 的 ABC 版本，彼此互不兼容。这就是所谓的碎片化局面。

一家实力雄厚的领先制造商，以垂直生态的方式孵化开发者，利用标准化来规范大多数程序代码，为不干扰核心的应用扩展留出空间，并建立相关的应用市场和其他基础平台，或许能够推动业界更快地形成 RISC-V 创新生态系统。

03 RISC-V 的安全问题

RISC-V核心应用场景物联网的安全问题也必须开始提供完整的工业解决方案。

众所周知，SoC芯片的安全机制由以下几个方面组成，以确保系统安全：

硬件强制隔离程序；
建立可信执行环境所需的数据和存储；
唯一证书和密钥是信任的根基；
安全启动和一系列工具等。

RISC-V 的系统指令和特权指令中没有安全指令。它利用软件定义域 MultiZone 通过硬件增强来确保稳定运行。在这种情况下，如果 RISC-V 想要在 AIoT 和 5G 浪潮中蓬勃发展，并与 ARM 和 x86 竞争，就必须在安全性方面有所提升，才能赢得芯片制造商和普通用户的信任。

RISC-V 基金会成立了 RISC-V 安全常设委员会，讨论基于 RISC-V 指令集的物联网设备、嵌入式系统和机器学习的安全改进计划。

结合我国特殊的国情和当前的世界格局，在当今国内替代浪潮和“ENCO”联盟的推动下，通用处理器和专用处理器的研发得到了极大的重视和推进。国内各大指令集（ISA）的代表厂商纷纷推出了各自的“ENCO”产品，例如兆信采用x86架构，飞腾和海思采用ARM架构……目前唯一缺少的是能够代表RISC-V指令集的CPU产品。谁能率先推出高性能RISC-V处理器并加入“ENCO”联盟，必将在中国市场掀起波澜。

04 传统商业模式的创新

传统硬件的商业模式一直是销售产品。由于芯片流片成本高昂，芯片公司面临着巨大的资金挑战。因为芯片是知识和技术诀窍沉淀与固化的载体，所以代码是其核心竞争力。

开放且活跃的指令集生态系统是促进芯片研发和创新的必要条件，RISC-V的开源带动了开源硬件的发展。目前，RISC-V指令集的商业模式主要基于IP核授权和定制芯片。随着应用领域的日益细分，垂直领域的芯片定制被视为未来的发展趋势。在指令定制方面，RISC-V处于领先地位。但实际上，定制芯片既是RISC-V的优势，也是其面临的挑战。

芯片定制的关键在于参数的适应性以及RISC-V IP、第三方 IP 和 EDA 工具之间的协作。对应用理解得越深入，定制效果就越好。

指令定制是 RISC-V 的原生功能。用户只需在 RISC-V 基本内核上设置参数，然后选择相应的模块即可。而 ARM 则需要额外的补丁才能实现。指令定制需要算法、代码库和编译器等配套工具的支持。同时，除了指令集架构之外，芯片开发还需要关注芯片接口外设、安全性、可靠性和成本等一系列问题。这也是指令定制面临的一项客观挑战。

05 物联网作为 RISC-V 的切入点

事实上，RISC-V架构可以应用于所有计算设备，包括5G通信设备、服务器、超级计算等应用，在技术和生态方面均不存在问题。尤其是在当前的智能移动时代，AIoT是RISC-V的理想切入点，未来市场潜力巨大。基于RISC-V的微处理器内核和AI计算协处理器IP将在AIoT的各个细分领域获得广阔的发展前景。

来源：网络

分析机构Semico Research在一份题为《RISC-V市场分析：新兴市场》的报告中指出，到2025年，市场预计将消耗62.4亿个RISC-V CPU内核。2018年至2025年，RISC-V CPU内核的年均复合增长率将高达146.2%。其中，5G移动通信、通信、工业等市场领域将为部署RISC-V的厂商带来新的机遇。

资料来源：Semico ResearchCorp

RISC-V在中国市场的普及也证明，中国半导体企业已经发展到一个新的水平，并有信心和潜力冲击更高的行业上限！然而，尽管经济、技术和国家推广带来了信心，我们仍然需要认识到，RISC-V生态系统是一个长期的建设过程，需要培育代工厂（在集成电路领域，指负责芯片生产制造的制造商）、系统支持，以及在细分领域进行多轮量产。这既是挑战，也是机遇！

值此重要时刻，在RISC-V国际基金会的鼎力支持下，RISC-V中国峰会召开，旨在为中国产学研交流合作提供平台；全面推动RISC-V在中国乃至全球的发展；推广RISC-V产业创新技术产品；并促进RISC-V的科研与教学。本次峰会具有重要的历史意义！RISC-V在中国可谓天时地利人和，找到了发展的沃土和机遇！

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