RISC-V主要發(fā)明人：垂直半導(dǎo)體商業(yè)模式時代，RISC-V將勢不可擋

（文/程文智）RISC-V架構(gòu)自2010年正式推出，很多企業(yè)從最開始的觀望，到開始真金白銀投入，再到2022年底基于RISC-V架構(gòu)處理器實現(xiàn)100億顆出貨量，時間不過12年。其實，產(chǎn)品真正大批量推向市場只是最近幾年的事情而已。

RISC-V主要發(fā)明人Krste Asanovic教授更是在不久前SiFive舉辦的上海、北京、深圳三城巡講－ “2023 SiFive RISC-V中國技術(shù)論壇”上宣稱，未來五年RISC-V將迎來迅猛增長，到2025年RISC-V處理器核的出貨量將達到800億顆。他認為RISC-V將勢不可擋，會應(yīng)用到各個領(lǐng)域。

RISC-V主要發(fā)明人、SiFive共同創(chuàng)辦人兼首席架構(gòu)師Krste Asanovic教授

RISC-V為何會無處不在

指令集架構(gòu)高度符合馬太效應(yīng)，同時指令集架構(gòu)的競爭不只是技術(shù)層面的競爭，更多的是商業(yè)模式的競爭。為什么說RISC-V勢不可擋，會無處不在，正是因為產(chǎn)業(yè)界對新商業(yè)模式，對一個可用于所有領(lǐng)域的穩(wěn)定、開源、開放的指令集架構(gòu)的渴求。

Krste Asanovic教授認為每個時代都會有對應(yīng)主導(dǎo)的指令集，例如微處理器時代的x86架構(gòu)，移動互聯(lián)時代的Arm架構(gòu)，在當下更垂直縱深的半導(dǎo)體商業(yè)模式下，以蘋果、特斯拉為代表的行業(yè)領(lǐng)軍公司都在自定義硅系統(tǒng)的產(chǎn)品設(shè)計，靈活開放的RISC-V架構(gòu)正是為順應(yīng)“Vertical Semiconductor”（垂直半導(dǎo)體）時代而生。

更何況，RISC-V內(nèi)生的指令集架構(gòu)優(yōu)勢正在日趨明顯，優(yōu)異的PPA（Power/ Performance/Area）性能，基于開源架構(gòu)的更多競爭也在激發(fā)更多的創(chuàng)新……比如說針對垂直應(yīng)用的RISC-V內(nèi)核供應(yīng)商就有阿里巴巴平頭哥、Andes、Cortus、Esperanto、Imagination、MIPS、NSITEXE、Rivos、Semidynamics、SiFive、TensTorrent、Ventana、芯來科技等等，選擇非常多。

在Krste Asanovic教授看來，RISC-V與Arm最大的不同是，Arm的IP供應(yīng)商只有一個選擇，而RISC-V有更多的供應(yīng)商可供選擇，即便客戶換了IP供應(yīng)商，之前所做的軟件驅(qū)動、系統(tǒng)和應(yīng)用都可以沿用，無需從頭開始開發(fā)。這樣更便于客戶選擇市面上更優(yōu)秀的產(chǎn)品。

更為重要的是，RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過這幾年的發(fā)展，已經(jīng)準備就緒。據(jù)SiFive企業(yè)營銷與業(yè)務(wù)開發(fā)資深副總裁剛至堅先生介紹，截至目前RISC-V國際基金會的會員數(shù)已經(jīng)超過了3664個（相比2019年之時的435個，3年半時間增長了超過742%），相比去年底的數(shù)據(jù)，則是增長了超過15%。其中包括110家芯片廠商、54家軟件廠商、146家研究機構(gòu)、3家系統(tǒng)集成商、18家服務(wù)商（Fab、設(shè)計服務(wù)）。

對于RISC-V這樣一個新興的處理器架構(gòu)來說，軟件生態(tài)至關(guān)重要，這也是RISC-V進入更廣闊的應(yīng)用市場的前提。在論壇的專題討論環(huán)節(jié)，有觀眾現(xiàn)場詢問Asanovic教授RISC-V未來發(fā)展最關(guān)鍵的3個要素是什么，Asanovic教授回答：“Software！Software！Software！”

確實，對RISC-V來說，僅僅指令集的開源還遠遠不夠，整個行業(yè)要實現(xiàn)敏捷開發(fā)、快速迭代，需要包括開源處理器、開源工具鏈、開源IP、開源SoC、操作系統(tǒng)、編譯支持等全方位的生態(tài)。特別是面向高性能芯片領(lǐng)域，RISC-V尚需統(tǒng)一操作系統(tǒng)、算法庫等軟件生態(tài)的支持。

目前RISC-V已經(jīng)實現(xiàn)了對于LiteOS、FreeRTOS、Linux、安卓AOSP（2022年，平頭哥RISC-V移植安卓的代碼被安卓AOSP社區(qū)收錄進系統(tǒng)源代碼，這是安卓官方首次對RISC-V架構(gòu)的原生支持）等眾多等操作系統(tǒng)的支持。這意味著RISC-V完全有能力通過云、桌面、終端等不同操作系統(tǒng)承接各類軟件應(yīng)用。

SiFive首席現(xiàn)場應(yīng)用工程師張巖先生在介紹RISC-V從嵌入式到應(yīng)用處理器及開發(fā)工具時首先強調(diào)了，“RISC-V有著增長最快的軟件生態(tài)系統(tǒng)?！盨iFive可以說是RISC-V軟件工具和操作系統(tǒng)的最有力貢獻者，提供從編譯器（GCC, LLVM, PoCL）到調(diào)試工具、實用程序庫（GDB, binutils, newlib, glibc）到Linux內(nèi)核端口、ISS模型（QEMU）等?！岸裉?，所有SiFive的軟件工具都將免費提供給客戶，沒有任何許可證秘鑰控制?！?br />
當然，RISC-V的生態(tài)構(gòu)建需要行業(yè)參與者的合力，SiFive也深知此事不易，從一開始便注重生態(tài)體系的構(gòu)建，目前已在軟件工具、操作系統(tǒng)等維度構(gòu)建了自己的生態(tài)圈。

在這次論壇上，眾多生態(tài)合作伙伴，例如Synopsys、Imperas、思爾芯、芯帶科技、 IAR、LAUTERBACH、Green Hills Software一同亮相，或通過專題演講、或通過Demo展示，紛紛從自身視角闡述了對RISC-V生態(tài)構(gòu)建的助力，以及如何與SiFive展開合作。Synopsys作為業(yè)界領(lǐng)先的從驗證到實現(xiàn)IP技術(shù)的提供商，在針對RISC-V這一新興的CPU生態(tài)體系，將加強和RISC-V生態(tài)中的領(lǐng)軍企業(yè)比如SiFive展開全方位合作，通過系列合作共同幫助客戶快速解決SoC設(shè)計當中使用RISC-V CPU面臨的驗證和實現(xiàn)流程當中的各種挑戰(zhàn)。Imperas致力于開發(fā)RISC-V模擬技術(shù)和處理器驗證，和SiFive合作也為開發(fā)出軟硬件開發(fā)人員適用的系列仿真模型，進一步幫助客戶降低開發(fā)風(fēng)險，加速產(chǎn)品上市流程。

可以看到，RISC-V生態(tài)大軍正以想象不到的加速度席卷而來，如今的RISC-V生態(tài)已經(jīng)跟幾年前大不一樣。值得一提的是，今年6月，谷歌、SiFive、平頭哥、英特爾等13家企業(yè)發(fā)起的全球RISC-V軟件生態(tài)計劃“RISE Project”，在比利時布魯塞爾正式啟動。RISE旨在加速RISC-V的軟件生態(tài)建設(shè)及應(yīng)用商業(yè)化進程，成員將聯(lián)合推動RISC-V處理器在移動通信、數(shù)據(jù)中心、邊緣計算及自動駕駛等領(lǐng)域的市場化落地。

SiFive針對AI、高性能，及車用垂直市場的布局

成立于2015年的SiFive，是Asanovic教授和他的學(xué)生共同創(chuàng)辦的，也是全球首家基于 RISC-V 定制化的半導(dǎo)體企業(yè)，同時還是商用RISC-V處理器核心IP、設(shè)計平臺和芯片解決方案的供應(yīng)商之一。經(jīng)過多年的發(fā)展，目前SiFive的團隊規(guī)模已經(jīng)擴大到了600多人，累計贏得了超過350個設(shè)計項目，出貨了超過10億顆芯片。總體的客戶量超過了100家，其中全球排名前十的半導(dǎo)體廠商，有8家采用了SiFive的RISC-V內(nèi)核。目前，SiFive估值已超過25億美元，英特爾、高通、SK海力士、西部數(shù)據(jù)等都是其投資人。

在談?wù)撃男┦袌鰧⒊蒖ISC-V未來發(fā)力的重點時，剛至堅先生在研討會現(xiàn)場梳理了4點：
一，對功率效率有較高要求的領(lǐng)域，比如移動市場，目前RISC-V的功率效率相比arm會有30%~40%的提升，同時，谷歌已經(jīng)正式宣布RISC-V 成為 Android 支持的 Tier-1 架構(gòu)平臺；
二，汽車領(lǐng)域，電動化和自動駕駛已經(jīng)徹底顛覆汽車業(yè)，從硬件到軟件的徹底煥新將催生一個全新的生態(tài)；
三，AI領(lǐng)域，特別是生成式AI和大語言模型提升了對可編程性的需求；
四，特定的關(guān)鍵領(lǐng)域，例如NASA已在大型航天和工業(yè)項目中采用了RISC-V。

這4個領(lǐng)域不僅將成RISC-V未來破局的關(guān)鍵，更是SiFive率先布局以期搶占市場的重要支點。為此，SiFive提供了四大系列的處理器產(chǎn)品供客戶選擇：

SiFive Essential：提供涵蓋廣泛的處理器方案，用戶可選用貨架上的各系列標準處理器IP，也可以通過使用專屬的SiFive Core Designer工具來進行對處理器的各種配置與構(gòu)建，實現(xiàn)各種定制化的處理器核。

SiFive Performance：該系列是針對提供較高性能、又具備面積優(yōu)化的應(yīng)用級別的高性能處理器IP。此系列RISC-V應(yīng)用處理器適用于穿戴裝置、智能家庭、移動設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等各種應(yīng)用。

值得一提的是，SiFive最新的P400-Series和P600-Series就是這個系列的產(chǎn)品，這兩款產(chǎn)品是率先符合RVA22規(guī)范的。眾所周知，RVA22規(guī)范的重要性在于解決RISC-V碎片化的問題，這也要求未來的各項應(yīng)用都需要符合該規(guī)范。同時，谷歌在6月初的RISC-V歐洲峰會上也揭示了未來第一版Android 15需要支持的RISC-V硬件規(guī)格，據(jù)悉，SiFive的P400-Series和P600-Series是目前市面上唯一完全合規(guī)的RISC-V CPU IP。

SiFive Inteligence：該系列在處理器設(shè)計上，采用最新的軟件優(yōu)先設(shè)計方法，具備高性能的矢量運算，滿足人工智能與深度學(xué)習(xí)等領(lǐng)域各種應(yīng)用的需求。X280是該系列中最新的產(chǎn)品，該產(chǎn)品已被包含谷歌在內(nèi)的全球眾多一線客戶采用，后期這些客戶也將把相關(guān)的工具、軟件包、框架以及代碼庫開源出來惠及產(chǎn)業(yè)界。

在論壇同期的展位上，SiFive也展示了其基于X280產(chǎn)品的人像/物品識別AI/ML解決方案Demo。Google已于2023年2月公開推出MLIR框架下完整的AI/ML解決方案OpenXLA，SiFive已將OpenXLA/IREE軟件棧成功整合，SiFive Intelligence系列也是目前市面上唯一支持OpenXLA RISC-V的軟件與硬件解決方案。該Demo也是向業(yè)界宣布SiFive具備讓客戶快速進入AI各應(yīng)用市場的能力。

SiFive Automotive：該系列處理器IP是為高性能、高能效、與系統(tǒng)安全等電子產(chǎn)品架構(gòu)的需求而設(shè)計。該設(shè)計可涵蓋車用信息娛樂、電子座艙、網(wǎng)絡(luò)通連、ADAS先進駕駛輔助系統(tǒng)與電子產(chǎn)品等各種應(yīng)用場景。

P870-A是SiFive面向自動駕駛，中央網(wǎng)關(guān)等需要高性能計算的應(yīng)用場景推出的新產(chǎn)品，而該產(chǎn)品也是SiFive的客戶，一家全球一線車用芯片大廠主動向SiFive提出的硬件規(guī)格要求?？梢哉f，在車用處理器方面P870-A是目前市面上可授權(quán)的車用處理器IP中性能最高的。

結(jié)語

這幾年RISC-V的火熱其實不僅僅是在中國，美國也有很多企業(yè)在關(guān)注，不論是谷歌、Meta、亞馬遜，還是其他初創(chuàng)企業(yè)都已在RISC-V方面加大投入，加上RISC-V軟硬件生態(tài)正不斷地完善，未來幾年或許真的會如Krste Asanovic教授所言：RISC-V將無處不在。