在半導體的歷史上,X86、ARM作為主流架構一直都占有著很大的市場。隨著物聯網時代的來臨。

而RISC-V作為新興架構,以其精簡的體量,或許在未來的IoT領域中能取得絕對的優勢,其他的應用場景還包括手機、服務器、存儲等市場。

完全開源是RISC-V的初衷也是關鍵特性

2020年,芯片產業對自主可控的迫切需求,對壟斷危機的擔憂,讓中國半導體從業者孜孜以求。

開源精神是 RISC-V 初衷,RISC-V的開發團隊希望這是一個完全開放的指令架構,可以為任何組織機構和商業組織所使用。

越來越多的中國創業公司將目光投向RISC-V芯片的設計和開發,以期在物聯網、AI等新興市場取得突破性發展。

開源的特性讓RISC-V的使用并不會受到單一公司的綁定,因此也一度被認為是我國實現芯片自主的希望。

如今,在芯片設計的核心環節就出現了這樣的機會,即利用完全開源開放,可被自由使用的指令集架構RISC-V來設計處理器。

這一關鍵領域,長期以來都被x86架構和ARM架構主導,而RISC-V卻因其在物聯網、AI等新興市場的巨大發展潛力被視為ARM的最強競爭對手。

RISC-V的核心特點

①完全開源:RISC-V是開源指令集架構(ISA),與大多數指令集相比,RISC-V指令集可以自由地用于任何目的,允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。

②架構簡單:RISC-V的規范文檔僅有145頁,這意味著使用RISC-V進行軟硬件研發的工程師們能更容易上手,更快進行開發驗證,可以縮短芯片和軟件的研發周期、降低成本。

而在處理器領域的主流架構的x86與ARM指令數目多、冗余嚴重、文檔數量龐大使得開發人員在x86與ARM在這些架構上開發新的操作系統或者直接開發應用門檻很高。

③模塊化設計:RISC-V還采用模塊化設計將其不同部分組織在一起,從而使得通過統一架構滿足各種不同的應用成為可能。

但ARM卻難以做到的模塊化兼容,其架構中應用操作系統、實時和嵌入式三個領域,彼此之間并不兼容。

RISC-V擁有的四大優勢

①設計優勢:它降低了芯片研發門檻;

②技術上大家都是從零開始,沒有任何歷史包袱;

③市場優勢,新的市場可以支持RISC-V發展;

④管理優勢:現在沒有第二家企業能打敗RISC-V,同時也有利于規避其他發達國家的政策管制。

RISC-V受到中國廠商的大力擁抱

有能力購買Arm架構授權的高端客戶,全球也不過十數家。

但基于RISC-V指令集的開源生態,企業可以根據應用場景或是客戶的定制化需求,進行指令集級別的深度優化,實現技術上不斷迭代。

RISC-V架構下,企業無需支付高額的架構授權費用,就可以進行定制優化,實現完全自主可控。

RISC-V在中國的成功,與我國芯片研發受制于人的現狀不無關系。

基于開源的RISC-V,做出具有自主知識產權的芯片,培養相應的產業生態,對于中國半導體來說無疑是沙漠中的一股清泉。

尤其是在政治環境不明朗的情況下,全球90%以上的服務器芯片市場都建立在英特爾的x86架構上。

而ARM已經被日本軟銀收購,雖然可以買到IP授權,但缺少了設計CPU的核心能力,授權基礎上的產業能否長期穩固,也是一道未解之謎。

而RISC-V指令集本身不是商品,自然也就更少爭議。

除了政策上的風險之外,中國如火如荼的AI建設,也進一步驅使國內廠商擁抱RISC-V。

比如智能音箱、智能家居等更需要邊緣計算能力支撐的AI硬件,對架構的靈活性要求也更高,需要不斷根據市場和技術的變化來進行調整。

全球/國內RISC-V產業的發展情況

Semico Research 預計到 2025 年,采用 RISC-V 架構的芯片數量將增至 624 億顆,2018 年至 2025 年復合增長率高達 146%。

根據Tractica的預測,基于RISC-V的IP和軟件工具的全球收入將在2025年增加到11億美元,高于2018年的5200萬美元。

比如西部數據還宣布計劃將高達每年20億顆的芯片轉向RISC-V架構;

英偉達也公開了其在RISC-V方面的研究,指出了在深度神經網絡(DNN)中應用RISC-V指令集的可能性;

三星也披露了將推出多款采用RISC-V內核架構的芯片;

另外,Google、三星和高通在內的約 80 家公司將聯合為自動駕駛汽車等應用開發新的 RISC-V 芯片設計;

GreenWaves推出了基于RISC-V開源處理器架構的低功率AI物聯網(IoT)應用處理器。

2014年,芯啟科技開始涉足了RISC-V領域,并在接下來的幾年中,陸續推出了SAR-T6系列、SAR-D9系列和TNA-300系列產品。

2018年4月,晶心科技推出了第一代基于RISC-V架構的AndeStar V5,成為了第一個采用 RISC-V的主流CPU IP公司。

2018年9月,華米公司發布了號稱全球智能穿戴領域第一顆基于RISC-V的人工智能芯片——黃山1號。

2018年9月,飛利信以RISV-V指令集為核心的自主可控MCU芯片研發完成基礎測試工作。

2018年10月,中國 RISC-V產業聯盟在上海正式成立,芯原微電子擔任聯盟首任理事長單位,君正、晶心、芯來、致象爾微擔任副理事長單位,截止 2019 年底,聯盟已有 130 余家會員單位。

2018年11月,睿思芯科發布了一款基于64位RISC-V指令集的AI芯片——Pygmy。據悉,Pygmy可應用于各種物聯網終端AI inference場景。

2019年7月,平頭哥正式發布玄鐵910(XuanTie910),稱玄鐵910目前業界性能最強的一款RISC-V處理器。

2019年兆易創新發布了GD32VF103系列RISC-V,采用了全新的基于開源指令集架構RISC-V的Bumblebee處理器內核,由兆易創新與中國RISC-V處理器內核IP和解決方案商芯來科技聯合開發。

晶心科技又于2020年1月推出了AndesCore? 27系列處理器核心,該系列成為RISC-V指令集架構中領先支持向量擴展架構(RISC-V V-extension)的處理器。

2020年9月28日,賽昉科技發布了一款基于RISC-V的人工智能視覺處理平臺驚鴻7100;隨后的12月,發布了基于RISC-V的處理器內核天樞系列處理器。

開源架構≠商業成功

開源還是閉源,并不是改變競爭格局的關鍵性因素,只有商業上的成功,才是改變競爭格局的關鍵。

商業化發展最為重要的關鍵,還是終端應用是否有意愿大量使用RISC-V架構的主流產品,例如智慧電表、智慧穿戴或是智能馬達控制。

RISC-V在關鍵的生態系統問題上,有人認為相比Arm、x86這類生態已經十分成熟的商業架構,RISC-V的生態系統仍顯脆弱;

但也有人認為在RISC-V最擅長的AIoT領域,生態鏈比較短,搭建起來其實容易的多。

生態的成熟并不是一蹴而就的,需要一個漫長的生態鏈培育過程。

RISC-V相對于其他老牌的處理器架構來說,從規范正式發布至今盡管只有5-6年的歷史。

軟件層面支持力度的繼續加大,被普遍視作RISC-V生態系統搭建過程中的重大利好消息。

比如實時操作系統FreeRTOS/RT-Thread、Linux操作系統Fedora/Debian、編譯器IAR/卡姆派樂、調試器Lauterbach/SEGGER等都開始全面兼容并支持RISC-V。

然而需要正視的是,在手機、桌面、平板、工控等領域,RISC-V獲得的軟件支持力度仍然較為欠缺。

只是,RISC-V是指令集開源,各個公司想要設計結構的話還是要自己出錢,而選擇RISC-V最大的優勢就是能夠讓過去那些無效的提高性能的方法得以實現。

而開源指令集方面,有MIPS與RISC-V較為相似,但也存在難以彌補的不足。

此外,成本優勢很難成為其與ARM競爭的優勢,因為雖然RISC-V核心指令集是免費的,但從設計工具、周邊IP到制造服務等,沒有一項是免費的。

如果說x86時代WinTel拼殺的是PC和服務器,ARM+安卓爭奪的是智能手機的江山,那么RISC-V與中國產業的擁抱將以AIoT為粘合劑。

RISC-V是本土集成電路產業振興的最后一個時間窗口,是處理器產業最后也是最好的機會。

在目前的國際形勢下,發力RISC-V更有其特殊意義。盡管在中美貿易話題下,國產替代的話題日益突出,但RISC-V究其根本只是指令集,從指令集到完整設計,仍有一條長路要走。