RISC-V即將迎來突破…

2022-03-17 314

最近，半導體產業最熱門的新聞是：首屆 RISC-V 中國峰會（RISC-V 世界大會中國）本次大會將於2021年6月21日至27日在上海科技大學舉行。預計將有超過1,000名現場與會者、超過10,000名線上參會者以及超過100家參展廠商。這將成為迄今為止中國規模最大的RISC-V主題峰會！關於RISC-V，我們需要了解以下幾點：

為前線醫護人員打氣，送上由衷的敬意。讓你在送禮的同時，也為香港盡一分力。 什麼是 RISC-V

RISC-V 是一種基於「精簡指令集（RISC）」原則的開源指令集架構。它不是處理器或晶片，而是一種指令集規範。

指令集是軟體和硬體之間的接口，它是一套標準規範。指令集以文件的形式發布，本身並不屬於任何實體。我們可以基於這套規範設計處理器晶片和對應的軟體系統，最終形成產品。

指令集可分為複雜指令集（CISC：Complex Instruction Set Computing）和精簡指令集（RISC：Reduced Instruction Set Computing）。目前市場上主流的晶片架構主要包括x86、ARM和RISC-V。其中，x86基於CISC，而ARM和RISC-V均基於RISC。

來源：網絡

二 RISC-V的誕生

2010年，加州大學柏克萊分校的研究團隊需要設計一款中央處理器。然而，在比較了市面上現有的ARM、MIPS、SPARC和x86指令集架構後，他們發現這些指令集不僅會涉及專利問題，而且成本高昂。為了解決這個問題，他們必須找到其他方法。最終，他們設計了一個新的指令集，即著名的RISC-V。 RISC-V並非旨在成為一項令人矚目的新技術，而是希望能夠讓整個產業達成共識，簡化晶片製造流程並推動產業發展。然而，在通往全球晶片標準的道路上，卻發生了一件有趣的事情：就像柏克萊的努力一樣，RISC-V已經開始在晶片設計領域取得一些技術突破。

三 RISC-V 的優勢

資源：網絡

1.完全開源：這就是它發展的主要原因。 RISC-V 基金會不會收取指令集的使用許可費，並允許公司添加免費的指令集擴充；

2.建築結構很簡單：RISC-V 秉持簡潔的設計美學。為了保持向後相容性，ARM 和 x86 都保留了許多過時的定義，而 RISC-V 可以說是站在巨人的肩膀上，利用成熟的技術輕裝上陣；

3.易於移植：RISC-V 提供特權指令和使用者指令，可以輕鬆地將 Linux 和 Unix 移植到 RISC-V 平台；

4. 模組化設計：開發人員可依需求靈活選擇不同的組合，以滿足客製化需求；

5.包含完整的工具鏈：RISC-V 社群提供了一套完整的工具鏈，RISC-V 基金會將繼續維護它，以避免繁重的工具鏈開發工作。

四 RISC-V 群落生態學創建信息圖

隨著RISC-V指令集技術的日益成熟，加州大學柏克萊分校於2015年成立了RISC-V基金會，旨在建構RISC-V生態系統。基金會的成員數量年增長率超過100%，包括Google、高通、IBM、英偉達、恩智浦、西部數據、美光半導體、中國科學院計算技術研究所、麻省理工學院、華盛頓大學、BAE系統公司、華為、特斯拉、三星、日立、希捷、阿里巴巴、聯發科等眾多知名企業和科研機構。 RISC-V匯聚了半導體設計公司、系統整合商、設備製造商、軍工企業、科學研究機構等眾多產業力量，在工具鏈建構和應用拓展方面自然也迎來了利好消息。例如，2019年，特斯拉考慮在新晶片中使用開源RISC-V設計；英偉達也計劃在GPU內部控制器中使用RISC-V；三星也透露，將在用於5G旗艦手機的多款晶片上採用SiFive的RISC-V核心。 RISC-V生態鏈正日益壯大與完善。

來源：RISC-V基礎

2018年10月，中國RISC-V產業聯盟（CRVIC）在上海成立。同年11月，中國開放指令生態聯盟（中國RISC-V聯盟，簡稱CRVA）宣布成立。隔年，基於RISC-V架構的處理器相繼發布，例如華米黃山一號和阿里巴巴玄鐵910。中國科技企業在RISC-V的研發道路上逐漸摸索自己的發展路徑。

五 RISC-V 的未來

RISC-V最大的特點是“開放性”，它允許任何人自由地將其用於任何用途，並設計、製造和銷售基於RISC-V的晶片或軟體。這種開放性在處理器領域尚屬首例。同時，物聯網(IoT)的興起將為包括指令集架構在內的上游產業鏈提供新的成長空間。

從市場規模來看，2019年全球物聯網連接總數達到12億。預計2025年，全球物聯網連接總數將達24.6億，複合年增長率約為16%。全球物聯網收入預計將從2019年的343億美元成長到2025年的1.1兆美元，複合年增長率約為27%。（數據來自GSM協會）

資料來源：Scale Partners 和 Lightcone Intelligence 產業報告

相較之下，ARM晶片過去三年的年出貨量超過20億顆，但成長速度已放緩。 RISC-V晶片的單價預計將低於ARM和x86晶片，而其產量將遠超過ARM晶片。

資料來源：ScalePartners&光錐智慧產業報告

從技術特性角度來看，與現有架構的通用性要求相比，物聯網強調靈活性和多樣性，這與RISC-V的開源、模組化和可擴展特性高度契合。 RISC-V可憑藉其特性，使物聯網產業更加靈活，並以低功耗降低成本。這也為物聯網的快速發展創造了有利條件。在物聯網場景中，許多智慧分析任務正在向邊緣遷移。根據具體需求，使用RISC-V架構客製化物聯網晶片更加靈活且有針對性。 RISC-V架構的當前設計，除了提供基本指令集以確保系統軟體和開發環境的兼容性外，還允許根據新的、不同的開發應用進行擴展，從而能夠滿足物聯網應用的特定需求。

資料來源：ScalePartners&光錐智慧產業報告

從產業鏈上下游情況來看，中國廠商已在晶片IP開發、晶片設計、終端品牌和平台等環節做好了佈局。主要上下游廠商的佈局體現了自下而上建構RISC-V生態系的產業鏈發展思維。從物聯網、人工智慧的興起以及我國對晶片設計的自主需求來看，RISC-V具有廣闊的發展空間和成為世界主流架構的基礎。

根據彭博社報道，RISC-V新創公司SiFive近日收到英特爾提出的2億美元收購要約，但最終能否達成尚不得而知。英特爾收購SiFive的動機是對英偉達收購ARM的被動回應。英偉達收購ARM的交易已進入最後階段。只要中國政府監管機構批准，ARM最終被英偉達收購幾乎是板上釘釘的事。英特爾自然希望透過收購SiFive來支持RISC-V與ARM和英偉達展開競爭。

然而，編輯認為此次收購可能無法實現，原因如下：首先，SiFive是一家微處理器核心IP開發商，由加州大學柏克萊分校的教授和學生研究團隊創立，基於開源指令集架構RISC-V。該公司最近一次融資是在2020年8月，由SK海力士和沙烏地阿美領投的6,000萬美元投資。 SiFive的估值約為5億美元。迄今為止，SiFive已累計融資186億美元。即使業務和人員快速擴張，SiFive也不用擔心資金問題，因為其主要支出集中在研發和雲端服務平台，無需投入大量資金購買半導體設備和進行生產製造；其次，從資本和營運角度來看，SiFive不宜過早被大型公司收購。英特爾資本與高通資本都是SiFive的早期策略投資者（SiFive在2018年獲得5,060萬美元C輪融資，主要來自英特爾；2019年獲得6,540萬美元D輪融資，由高通創投領投）。支援SiFive的邏輯也是為了防止ARM佔據主導地位，從而為這些晶片巨頭提供更多選擇。即使是英偉達也是RISC-V的積極推動者。收購ARM之後，我不知道它是否會繼續支援RISC-V。儘管RISC-V基金會以及中國許多研究機構和廠商都給予了支持，但如果RISC-V的開源蛋糕想要做得更大，SiFive仍然需要走在前面。如果SiFive與英特爾合併，勢必會削弱RISC-V的開放性和競爭精神，開源社群和生態發展中的許多創新也會受到商業利益的限制和阻礙。然而，英特爾高價收購SiFive似乎釋放了一個正面訊號，至少顯示全球晶片巨頭對RISC-V高度重視。即便RISC-V最終成為與ARM競爭的武器之一，其價值也將被凸顯和提升。像興來科技、安德斯科技等眾多積極推廣RISC-V的科研機構和組織，應該更有信心繼續秉持開放精神，為RISC-V的生態建設貢獻力量！

六 中國的RISC-V
01 產業一體化

包括中國科學院計算技術研究所、華為和阿里巴巴集團在內的20多家國內企業和機構已加入RISC-V基金會。加州大學柏克萊分校和清華大學也在深圳建立了RIOS實驗室，以支持RISC-V軟體生態系統的發展。 2018年7月，上海市經濟與資訊化委員會發布了國內首部支持RISC-V的政策。

數據顯示，國內有超過300家企業關注或正在開發基於RISC-V指令集的產品。目前，許多企業已經基於RISC-V建構了關鍵的開源晶片技術並推出了相關產品。大量國內晶片企業湧現，許多企業都希望在RISC-V這條新道路上脫穎而出。畢竟，ARM核心早已是紅海，而RISC-V仍是一片藍海。有鑑於此，筆者也整理了目前國內RISC-V內核MCU廠商的情況。

02 國際輿論趨勢

在貿易戰期間，RISC-V處理器是否受美國出口管制條例約束曾引發激烈爭議，但RISC-V基金會決定將總部遷至瑞士。這項舉措顯然與其他美國科技公司存在分歧。如果說幾年前還有人質疑誕生於2010年加州大學柏克萊分校的RISC-V指令集是否受美國技術管制，那麼RISC-V基金會的遷址應該能更好地消除大家的疑慮。事實上，中國廠商在RISC-V基金會中也十分活躍。在基金會的13家最高階成員公司中，11家來自中國大陸，其中10家為中國大陸公司，1家來自台灣地區。這些公司包括華為、平頭閣、中國資訊通信技術軟體研究院、中興通訊、成都資本、賽方科技、紫光展銳、恆智計算、京信科技等。另外兩家是西部數據和思飛科技。

資料來源：RISC-V基金會2019年度會員

03 我國晶片研發現狀

RISC-V在我國非常流行，這與我國晶片研發目前被其他國家控制的現況不無關係。目前，晶片國產化的困難在於製程和製造環節，包括所需的材料和設備，這些都被國外公司高度壟斷。國內廠商還有很長的路要追趕。再加上產業尚未出現明顯的轉折點，這一領域仍需要長期、循序漸進的投資和累積。

基於開源 RISC-V 架構，製造具有自主智慧財產權的晶片並培育相應的產業生態，無疑是中國半導體產業的沙漠之泉。

在政治環境不明朗的情況下，全球超過90%的伺服器晶片市場是基於英特爾的x86架構，而ARM已被日本軟銀收購。儘管可以透過購買IP授權來獲得ARM的晶片設計許可，但ARM缺乏核心CPU設計能力。此外，ARM本身也處於動盪之中，並飽受收購消息的困擾。這種基於授權的產業模式能否長期穩定發展，仍是個懸而未決的謎。相較之下，RISC-V指令集本身並非商品，因此爭議自然較少。

04 人工智慧建設

例如，智慧音箱、智慧家庭和其他需要更多邊緣運算能力支援的人工智慧硬件，也需要架構具備更高的靈活性，並需要根據市場和技術的變化不斷調整。 RISC-V 可以滿足不斷添加新指令的需求，而 ARM 等架構則難以做到這一點。同時，RISC-V 的指令集非常小巧緊湊。選擇 RISC-V 可以製造出比其他任何產品都更小的晶片，並最大限度地降低功耗。

因此，未來我們很可能會看到更多採用 RISC-V 架構的客製化硬體。它們可能會出現在你的硬碟、顯示卡或汽車中，甚至有一天可能成為家用電腦的主流架構。中國工程院院士倪光南先前曾預測，RISC-V 未來可望發展成為世界主流 CPU 之一，進而在 CPU 領域形成 x86、ARM 和 RISC-V 三者並存的格局。

七 RISC-V對中國半導體產業的劃時代意義
從長遠來看，RISC-V 對中國半導體產業的重要性主要體現在以下幾個面向：

透過RISC-V架構打破外國壟斷，實現處理器核心的國產化。這種處理器核心並非閉門造車，而是擁有全球認可的主流架構和主流生態系統。
透過 RISC-V，我國的處理器 IP 語音能力可以大幅提升。 IP 產業處於行業領先地位，與其他產業相比差距懸殊，卻一直未得到業界和國家的足夠重視。 RISC-V 為中國 IP 產業帶來了新的機會。雖然我國在 RISC-V 方面仍處於落後狀態，但與其他 IP 技術相比，差距並不大。
RISC-V能夠推動創新和差異化。由於RISC-V具有開放、簡單、可擴展和低成本的特點，它可以為終端應用市場帶來巨大的創新。
RISC-V 可以顯著降低晶片開發成本。 RISC-V 產業鏈日益完善，從處理器核心到硬體設計、作業系統、開發工具、基準測試和解決方案，整個產業鏈已基本覆蓋，使業界能夠公平分攤所有成本。
RISC-V 的逐漸普及在一定程度上促進了產業本土化的發展，創造了更多的產業機遇，並為產業界和學術界積累了大量的 CPU 人才。

鑑於RISC-V有望成為全球主流技術，中國企業必須迎頭趕上！ RISC-V以及我國半導體產業如何更好地邁向未來，對中國產業發展有重大意義。因此，我們必須認真思考以下問題：

01 RISC-V 生態系尚未完全建成。
目前，RISC-V主要應用於中低階產品，在高效能伺服器CPU和GPU等應用領域尚無廣泛案例。造成這種情況的原因在於，基於RISC-V晶片的相應軟體和工具鏈仍有待完善。開源程式碼並非即刻可用，開源指令集並不代表CPU核心也同時獲得授權。這給晶片廠商帶來了巨大的設計和研發壓力。 02 RISC-V的碎片化問題

每種架構的工業應用都需要產業鏈創新的支持，就像百花齊放一樣。 RISC-V 架構雖然賦予了各廠商一定的硬體設計自由度，但也面臨著類似 Android 系統那樣，由於設備種類繁多和向下兼容性問題，導致標準不統一、開發生態系統支離破碎等問題。這很可能導致不同晶片廠商的 RISC-V 架構處理器在實際應用中無法相容於同一款軟體。舉個簡單的例子，如果 A 公司採用了一種晶片改進方案，B 公司又進行了另一種改進，但雙方的改進方案都沒有被整合。試想一下，如果市場上所有廠商的改進方案都沒有被整合，缺乏溝通，無法達成共識，那麼未來市場上可能會出現 RISC-V 的 ABC 版本，彼此互不相容。這就是所謂的碎片化局面。

一家實力雄厚的領先製造商，以垂直生態的方式孵化開發者，利用標準化來規範大多數程序代碼，為不干擾核心的應用擴展留出空間，並建立相關的應用市場和其他基礎平台，或許能夠推動業界更快地形成 RISC-V 創新生態系統。

03 RISC-V 的安全問題

RISC-V核心應用情境物聯網的安全問題也必須開始提供完整的工業解決方案。

眾所周知，SoC晶片的安全機制由以下幾個方面組成，以確保系統安全：

硬體強制隔離程序；
建立可信任執行環境所需的資料和儲存；
唯一憑證和金鑰是信任的根基；
安全啟動和一系列工具等。

RISC-V 的系統指令和特權指令中沒有安全指令。它利用軟體定義域 MultiZone 透過硬體增強來確保穩定運作。在這種情況下，如果 RISC-V 想要在 AIoT 和 5G 浪潮中蓬勃發展，並與 ARM 和 x86 競爭，就必須在安全性方面有所提升，才能贏得晶片製造商和普通用戶的信任。

RISC-V 基金會成立了 RISC-V 安全常設委員會，討論基於 RISC-V 指令集的物聯網設備、嵌入式系統和機器學習的安全改進計劃。

結合我國特殊的國情和當前的世界格局，在當今國內替代浪潮和「ENCO」聯盟的推動下，通用處理器和專用處理器的研發得到了極大的重視和推進。國內各大指令集（ISA）的代表廠商紛紛推出了各自的「ENCO」產品，例如兆信採用x86架構，飛騰和海思採用ARM架構…目前唯一缺少的是能夠代表RISC-V指令集的CPU產品。誰能率先推出高性能RISC-V處理器並加入「ENCO」聯盟，必將在中國市場掀起波瀾。

04 傳統商業模式的創新

傳統硬體的商業模式一直是銷售產品。由於晶片流片成本高昂，晶片公司面臨巨大的資金挑戰。因為晶片是知識與技術訣竅沉澱與固化的載體，所以程式碼是其核心競爭力。

開放且活躍的指令集生態系統是促進晶片研發和創新的必要條件，RISC-V的開源帶動了開源硬體的發展。目前，RISC-V指令集的商業模式主要基於IP核授權和客製化晶片。隨著應用領域的日益細分，垂直領域的晶片客製化被視為未來的發展趨勢。在指令定制方面，RISC-V處於領先地位。但實際上，客製化晶片既是RISC-V的優勢，也是其面臨的挑戰。

晶片客製化的關鍵在於參數的適應性以及RISC-V IP、第三方 IP 和 EDA 工具之間的協作。對應用理解得越深入，客製化效果就越好。

指令定制是 RISC-V 的原生功能。使用者只需在 RISC-V 基本核心上設定參數，然後選擇相應的模組即可。而 ARM 則需要額外的補丁才能實現。指令自訂需要演算法、程式碼庫和編譯器等配套工具的支援。同時，除了指令集架構之外，晶片開發還需要關注晶片介面週邊、安全性、可靠性和成本等一系列問題。這也是指令客製化面臨的客觀挑戰。

05 物聯網作為 RISC-V 的切入點

事實上，RISC-V架構可以應用於所有運算設備，包括5G通訊設備、伺服器、超級運算等應用，在技術和生態方面均不存在問題。尤其是在當前的智慧行動時代，AIoT是RISC-V的理想切入點，未來市場潛力巨大。基於RISC-V的微處理器核心和AI運算協處理器IP將在AIoT的各個細分領域獲得廣闊的發展前景。

來源：網絡

分析機構Semico Research在一份題為《RISC-V市場分析：新興市場》的報告中指出，到2025年，市場預計將消耗62.4億個RISC-V CPU核心。 2018年至2025年，RISC-V CPU核心的年均複合成長率將高達146.2%。其中，5G行動通訊、通訊、工業等市場領域將為部署RISC-V的廠商帶來新的機會。

資料來源：Semico ResearchCorp

RISC-V在中國市場的普及也證明，中國半導體企業已經發展到一個新的水平，並有信心和潛力衝擊更高的行業上限！然而，儘管經濟、技術和國家推廣帶來了信心，我們仍然需要認識到，RISC-V生態系統是一個長期的建設過程，需要培育代工廠（在集成電路領域，指負責晶片生產製造的製造商）、系統支持，以及在細分領域進行多輪量產。這既是挑戰，也是機會！

值此重要時刻，在RISC-V國際基金會的鼎力支持下，RISC-V中國峰會召開，旨在為中國產學研交流合作提供平台；全面推動RISC-V在中國乃至全球的發展；推廣RISC-V產業創新技術產品；並促進RISC-V的科研與教學。本次峰會具有重要的歷史意義！ RISC-V在中國可謂天時地利人和，找到了發展的沃土和機會！

免責聲明：本文轉載自「Creation Core Workshop」。本文僅代表作者個人觀點，不代表Sacco Micro及業界立場。僅供轉載分享，支持智慧財產權保護。轉載請註明原出處及作者。如有侵權，請聯絡我們刪除。

公司電話號碼：+86-0755-83044319
傳真：+86-0755-83975897
郵箱：1615456225@qq.com
QQ：3518641314 李經理

QQ：332496225 邱經理

地址：深圳市龍華新區民治大道1079號展濤科技大樓C座809室

這家12吋CMP設備製造商由清華大學真正掌控，是中國唯一通過了科技創新委員會會議的機構。

碳化矽究竟是什麼？它有哪些用途？