RISC-V計(jì)劃的自由開源之路還有多遠(yuǎn)

一則新聞把?RISC-V?再次推上了輿論的風(fēng)口浪尖，那就是，為了不受到美國禁令的影響，RISC-V 計(jì)劃將總部遷到中立國家瑞士，從而更自由地繼續(xù)走開源之路。自美國發(fā)出貿(mào)易禁令以來，產(chǎn)業(yè)界就一直擔(dān)心美國會(huì)限制中國用戶使用 RISC-V，從而讓其開源性大打折扣，RISC-V 的這一決策也證實(shí)這一點(diǎn)。

RISC-V 在冥冥之中似乎注定會(huì)走開源路線。2010 年，美國加州大學(xué)伯克利分校的 EECS?部門要設(shè)計(jì)一款 CPU，然而他們放眼望去，全球 CPU 主流架構(gòu)只有英特爾的?X86?和軟銀的 Arm，更讓他們絕望的是，X86 架構(gòu)的授權(quán)卡得很死，除了 AMD 和威盛，幾乎沒有誰還能打動(dòng)英特爾的心；再看?ARM?的指令集授權(quán)非常之貴，貴到他們購買無望，最后他們決心從零開始設(shè)計(jì)一套全新的指令集，隨后他們 4 個(gè)人用 3 個(gè)月完成了 RISC-V 指令集的開發(fā)。

其實(shí)定義一套指令集并不難，最難的是如何圍繞這一指令集構(gòu)建一套成熟的軟硬件生態(tài)系統(tǒng)。我們能夠看到，不管是數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)，還是汽車、AI 應(yīng)用，英特爾每次推出一款新產(chǎn)品都會(huì)拉上合作伙伴一起建設(shè)生態(tài)系統(tǒng)，參考英特爾 CPU 產(chǎn)品的成功經(jīng)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn)，生態(tài)系統(tǒng)直接決定著一款芯片的命運(yùn)，只有搭建好生態(tài)系統(tǒng)，芯片才會(huì)用起來，出貨量才能上去。

為了讓 RISC-V 指令集快速得到完善，初始團(tuán)隊(duì)選擇了將其開源，希望通過全球工程師的力量快速 RISC-V 的發(fā)展。

搭載上中國發(fā)展集成電路的快車道

有人認(rèn)為是開源的決策讓 RISC-V 名聲大噪，筆者覺得這不是主要原因，其實(shí)除了 Linux，英特爾還打造了多種開源軟件，尤其是在移動(dòng)市場，甚至物聯(lián)網(wǎng)市場，取得一席之地，然而以后的產(chǎn)品再也沒能創(chuàng)造 Linux 的輝煌。從前幾年半導(dǎo)體市場的多起收購和合并案能夠看出來，芯片在美國已經(jīng)不是一個(gè)賺錢的朝陽產(chǎn)業(yè)，相反已經(jīng)走向下行期。而芯片的主要應(yīng)用市場是在中國，2018 年中國的集成電路產(chǎn)品進(jìn)口金額超過了 3000 億美金。

中國政府也早就看到了這一進(jìn)口量背后的隱患，所以幾年前政府就開始大力推進(jìn)集成電路產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，給政策、給錢，希望別在關(guān)鍵時(shí)刻被卡住了。這一推進(jìn)總體來看還是非常有效的，近幾年國內(nèi)公司研發(fā)芯片的熱情高漲，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018 年國內(nèi)芯片設(shè)計(jì)公司數(shù)量達(dá)到 1600 多家，今年這一數(shù)字增長到 1700 多家，而這些創(chuàng)業(yè)公司才是 RISC-V 的主體用戶。尤其是 RISC-V 是開源架構(gòu)，創(chuàng)業(yè)公司可以用很少的成本研發(fā)芯片，研發(fā)成功以后，如果順利拿到投資，企業(yè)存活的幾率會(huì)就大大提高。

在去年 10 月，中國 RISC-V 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，目的是集聚和整合國內(nèi) RISC-V 創(chuàng)新力量，助推 RISC-V 產(chǎn)業(yè)生態(tài)的建設(shè)，提升中國企業(yè)在 RISC-V 指令集創(chuàng)新、標(biāo)準(zhǔn)制定中的影響力。從 RISC-V 發(fā)展的時(shí)間節(jié)點(diǎn)來看，和中國的集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展步調(diào)保持了一致，也是中國的集成電路熱將 RISC-V 推上了發(fā)展的快車道。

再看 ARM 的授權(quán)模式，客戶如果要采用 ARM 的芯片設(shè)計(jì)方案，需要先支付一筆可能高達(dá)上百萬美金的許可費(fèi)才可以開始研發(fā)，芯片投產(chǎn)后再按照芯片出貨量繳納授權(quán)費(fèi)。對于高通、ST、海思這樣的大公司來說這筆許可費(fèi)或許不算什么，但是對于中小創(chuàng)業(yè)公司來說這是一個(gè)很高的門檻，很多人都會(huì)止步于這筆許可費(fèi)?？赡苁瞧扔?RISC-V 帶來的壓力，現(xiàn)在 ARM 已經(jīng)降低了許可費(fèi)，但是不少用戶還是更愿意選擇 RISC-V，其開源免費(fèi)策略吸引了不少用戶的加入，這對 RISC-V 的生態(tài)建設(shè)起到了推動(dòng)作用。

RISC-V or Arm？用戶在兩大陣營間徘徊

從架構(gòu)本身來看，ARM 和 RISC-V 都是基于 RISC 原理開發(fā)的，兩者的區(qū)別在于，ARM 的標(biāo)準(zhǔn)授權(quán)方式是，用戶只能根據(jù)自身需求調(diào)整產(chǎn)品頻率和功耗，不可以更改原有設(shè)計(jì)，以至于 ARM 架構(gòu)文檔冗長，指令數(shù)目非常復(fù)雜；而 RISC-V 的指令數(shù)目少，自由定制，操作方便，架構(gòu)文檔頁數(shù)僅有 200 多頁。因此，業(yè)界更看好 RISC-V 在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用。

如今，華為、高通、谷歌、三星、英偉達(dá)、NXP 等 100 多家科技公司已經(jīng)加入 RISC-V 陣營，再加上國內(nèi)的芯片設(shè)計(jì)公司，這一陣營更加龐大，到目前為止，國內(nèi)已經(jīng)有多家公司推出了基于 RISC-V 架構(gòu)的芯片，我們可以先看一下：

2018 年 9 月，華米科技發(fā)布了人工智能芯片“黃山 1 號”，主要用于可穿戴領(lǐng)域，該芯片采用了 RISC-V 開源指令集，集成了 AI 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊。通過內(nèi)置 HeartRate、ECGEngine、ECGEnginePro、Arrhythmias 四大驅(qū)動(dòng)引擎，可實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析身體各項(xiàng)指標(biāo)。

2018 年 11 月，睿思芯科推出基于 RISC-V 的 64 位可編程終端 AI 芯片 Pygmy，主頻高達(dá) 600 MHz，基于 RV64G 指令集，支持雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算，主控 CPU 動(dòng)態(tài)功耗僅為 10mW；對比 ARM 的同級別芯片，能耗下降 85%，面積減少 80%，相當(dāng)于用一般的 32 位處理器的面積和功耗就實(shí)現(xiàn)了 64 位處理器的性能；

2019 年 8 月，兆易創(chuàng)新基于 RISC-V 的 Bumblebee 內(nèi)核推出了 GD32V 系列通用 MCU GD32VF103，相比兆易創(chuàng)新 GD32 的 Arm 內(nèi)核產(chǎn)品，性能提升 15%；

2019 年 9 月，阿里平頭哥基于 RISC-V 架構(gòu)發(fā)布了玄鐵 910，采用 12nm 工藝，16 核，主頻能跑到 2.5GHZ，單位性能 7.1 Coremark/MHz；

但是很多公司也在左右為難，采用 RISC-V 怕得罪 ARM，后面在授權(quán)上被限制；如果只基于 ARM 開發(fā)產(chǎn)品，RISC-V 發(fā)展勢頭很猛，一旦 RISC-V 成為主流，公司就錯(cuò)失了市場機(jī)會(huì)，所以很多公司選擇了“兩條腿走路”，一邊觀察一邊研發(fā)基于 RISC-V 的產(chǎn)品。

IP供應(yīng)商來了，RISC-V是否還真的開源？

雖然 RISC-V 是開源架構(gòu)，但是已經(jīng)有 IP 供應(yīng)商開始加入進(jìn)來，比如，晶心科技、芯來科技。其中，晶心科技成立于 2005 年，目前主要圍繞低功耗高性能的 CPU 進(jìn)行開發(fā)，除了 CPU IP 之外，還提供平臺(tái)外圍 IP、軟硬件開發(fā)工具、生態(tài)系統(tǒng)等一整套方案。去年 4 月，晶心科技推出了第一代基于 RISC-V 架構(gòu)的 AndeStar V5，這是晶心第五代指令集架構(gòu)，支持 64 位處理器以及 RISC-V 指令集架構(gòu)。

芯來科技成立于 2018 年，致力于研發(fā)基于 RISC-V 指令架構(gòu)的處理器內(nèi)核 IP，現(xiàn)在已經(jīng)推出 Nuclei N200 系列商用低功耗處理器內(nèi)核 IP，以及二級管線超低功耗處理器核等產(chǎn)品。兆易創(chuàng)新 GD32 系列 MCU 的 IP 就是與芯來科技一起打造的。

雖然 RISC-V 以開源免費(fèi)著稱，但是現(xiàn)在 IP 供應(yīng)商也陸續(xù)加入進(jìn)來，所提供的 IP 產(chǎn)品必然是部分開源，是否會(huì)給開發(fā)者設(shè)計(jì)帶來局限性？晶心科技總經(jīng)理林正明表示，“RISC-V 指令集是完全開源的，內(nèi)核部分由各家公司決定，開源分成三類協(xié)議：免費(fèi)、可授權(quán)、封閉。這三種都可以稱為開源，但是每一種都必須遵循 BSD 協(xié)議。軟件本身有自己的游戲規(guī)則，在商業(yè)上需要有價(jià)值，需要獲利。但是 RISC-V 作為一個(gè)風(fēng)潮，在學(xué)術(shù)界支持力度很大，而且 RISC-V 對學(xué)術(shù)和研究的支持是免費(fèi)?！?/p>

很多公司在 RISC-V 架構(gòu)上持嘗試的態(tài)度，晶心科技是把 90%的資源投入到 RISC-V 的研發(fā)上。林正明對與非網(wǎng)記者表示，我們在 CPU、IP 領(lǐng)域有十四年的研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并對 RISC-V 做了深入分析，從長期來看，它帶給我們的好處大于沖擊。晶心科技現(xiàn)在已經(jīng)有 100 家授權(quán)客戶，一半涉及 AI 應(yīng)用。

他也坦言，IP 行業(yè)大家都可以做，但是 IP 開發(fā)很難，客戶會(huì)擇優(yōu)選擇，所以很多 IP 公司準(zhǔn)備轉(zhuǎn)向芯片設(shè)計(jì)。其實(shí)國內(nèi)的芯片設(shè)計(jì)市場競爭也非常激烈，現(xiàn)有的 1700 多家芯片設(shè)計(jì)公司未來一定面臨淘汰，類比美國的芯片產(chǎn)業(yè)格局不難預(yù)測，能夠勝出的也不過幾十家，甚至十幾家。但是筆者認(rèn)為，只要市場的需求總量足夠大，有多少家公司來做芯片對 RISC-V 的影響并不大。

當(dāng)前，RISC-V 指令集逐步完善，生態(tài)系統(tǒng)在慢慢搭建，芯片種類不斷增加，中國市場對開源的強(qiáng)烈需求助推 RISC-V 陣營越來越龐大。ARM 是在成立 4-5 年時(shí)出貨量才快速增加，預(yù)計(jì) RISC-V 從第 3-4 年才會(huì)上量，RISC-V 的開源之路仍需堅(jiān)持，爆發(fā)式增長期就在不遠(yuǎn)的未來。