RISC-V: 國內(nèi)芯片開源指令集架構的希望之翼

正當國內(nèi)“芯片熱”達到鼎盛，RISC-V 象征自主、可控、創(chuàng)新的形象儼然成為中國芯的“新機遇”，對比另一個開源架構MIPS 命運多舛， RISC-V 是萬人擁戴，成為國內(nèi)芯片開源指令集架構的希望之翼，更巧妙避開英特爾（Intel）和ARM 盤踞的PC 和手機領域，鎖定AI 、物聯(lián)網(wǎng)企圖以此要拿下半壁江山。這次RISC-V 對上ARM ，國產(chǎn)芯片的自主可控之路，確實是突圍有望。正當英特爾滿足于 PC 和伺服器霸主市場，輕忽手機帶來的科技新革命， ARM 架構已經(jīng)默默在手機處理器 IP 領域一統(tǒng)江山，并且建立起龐大的生態(tài)系統(tǒng)供應鏈，等到英特爾覺悟想要回攻手機領域時，一切為時已晚。

甚至，一手推升 ARM 今日地位的蘋果（Apple），進一步計劃最快在 2020 年將 Mac系列產(chǎn)品從英特爾處理器改為 ARM 架構處理器，足見英特爾與 ARM 之間的戰(zhàn)火尚未平息。然而此時，另一個星星之火正悄悄被點燃，就是標榜開源架構的 RISC-V ，瞄準 AI 、物聯(lián)網(wǎng)兩大領域伺機而動，未來RISC-V是否憑借著“燎原之勢”突圍 ARM 的包圍，值得密切觀察。多年深耕推動中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的芯原董事長戴偉民，就認為這可能會是中國芯片產(chǎn)業(yè)的全新際遇。戴偉民認為，因為物聯(lián)網(wǎng)應用的碎片化特性適合打游擊戰(zhàn)，眼前中國芯片產(chǎn)業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)領域 RISC-V 確實有很好的機會，但選擇開源架構是很辛苦的事，成功需要群聚效應，也需要更多業(yè)者堅持長期投入。“碎片化”特性讓 RISC-V 和物聯(lián)網(wǎng)十分契合，擺脫生態(tài)系統(tǒng)的鉗制

目前物聯(lián)網(wǎng)領域的芯片尚無統(tǒng)一架構，但 ARM 架構仍是占大多數(shù)， RISC-V 選擇物聯(lián)網(wǎng)這個特性“碎片化”的市場來一一攻城掠地，不敢說是勝券在握，但勝算確實可提升幾分。首先，RISC-V 有個一體兩面的“優(yōu)勢”兼“劣勢”，就是“碎片化”特性。 “碎片化”也是物聯(lián)網(wǎng)領域的特性，該特性也使得 RISC-V 對于生態(tài)系統(tǒng)的依賴度大幅降低，讓 RISC-V 和十分擅長玩生態(tài)系統(tǒng)圈的 ARM 在競爭AI 、物聯(lián)網(wǎng)版圖時，立足點稍微公平些。

圖 | 最近的中國家電與電子消費品大會上，華為宣布要用AI、物聯(lián)網(wǎng)賦能家電業(yè)（來源：東方IC）

RISC-V 在物聯(lián)網(wǎng)領域確實有一定的優(yōu)勢，那 RISC-V 在 AI 芯片領域的機會呢？業(yè)內(nèi)資深人士認為，傳統(tǒng) ARM 架構擅長的 general purpose 不一定適合 AI 芯片，因為不同的 AI 芯片強調(diào)的功能不一樣，有些是語音，也有些是其他方面，像是 RISC-V 這種彈性的架構比較容易讓芯片客制化。除了物聯(lián)網(wǎng)、 AI 芯片外，未來在手機芯片上，也開始有一些手機芯片大廠考慮導入 RISC-V 架構。當然，主芯片方面一定仍是使用傳統(tǒng)的 ARM 架構，但周邊一些對于生態(tài)系統(tǒng)依賴度較低的芯片，舉例像是觸控芯片、語音芯片，確實可以轉(zhuǎn)到 RISC-V 架構，優(yōu)點是不需授權金、指令集可以客制化。面對 RISC-V 單挑，ARM也有對策一路因應

面對 RISC-V 浪潮的來勢洶洶， ARM 當然有祭出對策。 ARM 不斷升級 DesignStart 計畫，可以取得的免費 Cortex 系列處理器 IP 越來越多，或是針對一些客戶初期不收授權金，等到量產(chǎn)再收取權利金等策略，降低一些中小企業(yè)在AI 、物聯(lián)網(wǎng)領域?qū)?ARM 架構的成本疑慮。一講到 RISC-V 優(yōu)勢，很多人第一個會想到“免費”＋“開源”，在“免費”方面，業(yè)界或許有些不同的聲浪，然而，談到 RISC-V 架構，就不能不提 SiFive 。

圖 |SiFive 創(chuàng)始人（來源：東方IC）

RISC-V 基金會是力推此免費開源架構的非盈利組織，而 SiFive 則是一家營利為導向的商業(yè)公司。簡單而言， SiFive 就像是 RISC-V 的設計服務公司（Design Service），彼此關系就像是創(chuàng)意電子是臺積電的芯片設計服務公司，協(xié)助一些資源不足的中小公司進行芯片設計、流片、后段等服務。因此，一些中小公司會委托 SiFive 來采用 RISC-V 架構設計量產(chǎn)芯片，是要付錢給 SiFive ，從這個觀點來看， RISC-V 架構就不是免費的。然而，如果是一些龍頭型的芯片設計公司，有足夠的資源協(xié)助，就可以自己去下載 RISC-V 的開源指令集，再自行修改后，獨立進行客制化芯片，這樣的 RISC-V 架構芯片就是屬于既開源又免費。自主可控、開源、免費，各方想擺脫英特爾和 ARM 的鉗制力

RISC-V 做為被萬人簇擁的芯片開源新架構，關鍵在于過往英特爾的 x86 和 ARM 的專利掌握在少數(shù)公司手上， ARM 在手機市場雖然極度成功，但授權費高昂，英特爾的 x86 甚至不對外授權，在“萬物聯(lián)網(wǎng)”時代來臨后，大家開始思考一個不被高額授權金綁住的CPU指令集架構（ISA），因此 RISC-V 成為眾望所歸，又搭上這一波國內(nèi)對于芯片產(chǎn)業(yè)自主可控的熱潮，商機欲乘風波浪而起。2018 年 10 月，中國 RISC-V 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟正式成立，主要是著眼于國內(nèi)半導體企業(yè)的 SoC 設計能力強，但相對而言， IP 環(huán)節(jié)較為弱勢。第一個表態(tài)支持 RISC-V 架構的是上海，在《上海市經(jīng)濟信息化委關于開展 2018 年度第二批上海市軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金（集成電路和電子信息制造領域）項目申報工作的通知》中，明確支持 RISC-V 相關設計和開發(fā)的企業(yè)，這對于國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)推動 RISC-V 是非常大的突破和助力。***地區(qū)也在 2019 年 3 月正式成立*** RISC-V 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，由***物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)技術協(xié)會（ TwIoTA ）理事長黃崇仁主力推動，串聯(lián)海內(nèi)外 RISC-V 生態(tài)系資源，推進 AI 、物聯(lián)網(wǎng)領域，進一步邁入 5G 通訊趨勢與商機，中國 RISC-V 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長兼芯原董事長戴偉民也親自到***參加成立大會。

圖 | ***RISC-V聯(lián)盟啟動儀式暨研討會，左至右為力晶總經(jīng)理王其國、執(zhí)行長黃崇仁、芯原董事長戴偉民（來源：DeepTech）

戴偉民表示， RISC-V 架構鎖定物聯(lián)網(wǎng)領域，其碎片化特性適合打游擊戰(zhàn)，但成功需要群聚效應，當初如果英特爾把所有資源放在手機市場，也不會有今天的 ARM ，后來 ARM 想要攻打英特爾固守的伺服器市場也不容易，眼前在物聯(lián)網(wǎng)領域 RISC-V 有很好的機會，但開源是很辛苦的事，前方路長且需要努力。RISC-V 是 1979 年加州大學伯克利分校 David Patterson 教授所提出，主張硬件就該專攻加速常用的指令，優(yōu)點是架構設計簡單，且功耗面積低。并在 2015 年成立一個非營利性組織機構進行推廣。目前RISC-V基金會在全球范圍已經(jīng)有 150 多家會員，包括 Google、三星、英偉達（Nvidia）、Tesla、IBM、高通、NXP、西部數(shù)據(jù)（WD）等國際大廠，國內(nèi)推廣者還有芯原、杭州中天微、晶心、芯來、君正等。2018 年底，西部數(shù)據(jù)也發(fā)表創(chuàng)新技術，以推動開源介面標準與 RISC-V 處理器發(fā)展，同時計劃開放全新 RISC-V SweRV Core 原始碼，以加速核心至邊緣專用化架構發(fā)展，目標是將 10 億個核心處理器移轉(zhuǎn)至 RISC-V 架構，作為力挺 RISC-V 的重要一步。國內(nèi)芯片公司紛紛加入 RISC-V 陣營，看好未來商機無限

2018 年下半年起，有華米、中天微、樂鑫等代表性企業(yè)表示支持 RISC-V 。首先，華米科技也發(fā)布黃山一號芯片，沒有采用傳統(tǒng)的 ARM 架構處理器，而成為全球第一款采用 RISC-V 開源指令架構的穿戴式處理器，相比 ARM Cortex-M4 處理器的運算效率高出 38% ，凸顯 RISC-V 對于低功耗市場的調(diào)性符合。阿里巴巴旗下的中天微也宣布推出支持 RISC-V 第三代指令系統(tǒng)架構處理器 CK902 。再者，上海樂鑫也基于 RISC-V 指令集架構開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)芯片。

另外，***晶心科技也表示 RISC-V 架構的授權合約已經(jīng)占總授權合約的三分之一，一般從研發(fā)導入到量產(chǎn)出貨約需要一年左右的時間，因此 2019 年晶心科受惠于 RISC-V 架構量產(chǎn)出貨帶來的權利金將更為明顯。國內(nèi)半導體產(chǎn)業(yè)走到處處是機會，但也面臨處處有鉗制的局面，過去不少自主芯片開發(fā)受挫的案例，這次 RISC-V 架構的崛起，不少人抱持高度期待，但也有些質(zhì)疑聲浪，畢竟主力競爭對手 ARM 并非等閑之輩，很多人擔心 RISC-V 的簇擁之勢只是曇花一現(xiàn)，很快曲終人散。但多數(shù)業(yè)者認為，時機很重要，如果仍是手機時代當?shù)溃瑒e說是 RISC-V 架構，英特爾也拿 ARM 沒轍，但現(xiàn)在物聯(lián)網(wǎng)、 AI 的產(chǎn)業(yè)特性與 RISC-V 特性吻合，加上兩岸半導體產(chǎn)業(yè)都陸續(xù)有許多芯片廠商站出來登高一呼， RISC-V 挾著開源、免費、自主、創(chuàng)新等優(yōu)勢，確實很有機會在 AI 、物聯(lián)網(wǎng)市場與 ARM 一博天下。