什么是RISC-V？RISC-V在汽車行業(yè)的應用

最近汽車行業(yè)內電子巨頭們?博世、英飛凌、Nordic Semiconductor、NXP?和 高通. 攜手共同投資一家公司，提供支持基于 RISC-V 的兼容產品、參考架構并幫助建立行業(yè)廣泛使用的解決方案。新公司首先的應用重點將是汽車，但最終將擴展到移動和物聯網。? ?

另一方面，芯片研究機構Semico Research Corp 的數據顯示，到 2025 年，RISC-V 內核的出貨量將達到 800 億個，到 2025 年將占據 CPU 內核的 14%。Semico 預測，從 2020 年到 2027 年，采用 RISC-V 內核的 SoC 出貨量總體年增長率為 74% ，汽車領域每年增長70%。Counterpoint Research 表示，到 2025 年，RISC-V 將滲透到汽車市場的 10%。

通過這些新聞和數據，可以看到新的技術RISC-V將會深刻影響汽車電子產業(yè)。RISC-V 研究和開發(fā)始于 2015 年，主要在學術和初創(chuàng)企業(yè)層面，但現在正在迅速成熟。RISC-V 被認為是一種開放技術，就像 Linux 一樣?；A架構可以免費獲得許可，然后可以由任何公司進行修改以滿足他們的需求。他可以替代目前被使用廣泛使用的 x86 架構（只能以制造形式購買），和ARM 架構（主要是許可設計）。因此，RISC-V有潛力滲透到ARM主導的汽車行業(yè)，加速汽車電子發(fā)展。

所以本文將圍繞RISC-V進行以下方面進行分享：

什么是RISC-V？

RISC-V有什么優(yōu)點？

為什么RISC-V崛起？

RISC-V能在汽車行業(yè)產生什么應用？

RISC-V在國內的發(fā)展？

希望能給大家?guī)硪恍╆P于RISC-V的基礎產業(yè)知識。

什么是RISC-V RISC-V是一種處理器架構，發(fā)音為“Risk- Five”，或者可以理解芯片IP或者內核架構，熟悉芯片的朋友都聽過x86 和 ARM的架構，例如《詳解特斯拉最新域控電腦硬件》特斯拉娛樂系統(tǒng)主芯片采用的AMD Ryzen就是使用x86 架構，然后目前國內汽車座艙使用的8155其CPU都采用ARM架構，另外智駕里面的CPU的IP基本來自Arm。而RISC-V也和他們一樣是一種芯片處理器架構。 其中指令集架構（Instruction?Set?Architecture,縮寫ISA）是芯片處理器架構的抽象模型，它定義了寄存器模型和機器代碼指令等內容。通俗一點講，這些指令集可讓軟件與 CPU 對話并告訴它要做什么。

RISC-V前面的RISC(Reduced Instruction Set Computer)是一個廣泛的術語，用于談論精簡指令集計算機，該術語涵蓋了各種具有更簡單設計和功能的 CPU 架構,當前火熱的高通芯片的CPU中采用的ARM，Mobileye的Q系列芯片，Infineon 用的非常多的Tricore系列MCU都是采用RISC設計。 RISC-V中V故名思意是羅馬字5的意思，?他是加州大學伯克利分校的Krste Asanovi?在加州大學進行的一系列基于 RISC 的合作研究項目的同名第五代項目，所以叫RISC-V，當時的主要目的就是開發(fā)并發(fā)布一個開源芯片系統(tǒng)，幫助學術和工業(yè)。 RISC-V的重要發(fā)展里程有如下三個里程碑：

2010 年，在加州大學伯克利分校構思啟動，是一個用于開發(fā)芯片處理器的免費、非專有平臺。RISC的發(fā)源也是在伯克利，但RISC不是開源的。

2015年，RISC-V基金會成立，旨在建立一個基于RISC-V ISA的開放、協作的軟硬件創(chuàng)新者社區(qū)。該基金會是一家由其成員控制的非營利公司，負責指導開發(fā)以推動 RISC-V ISA 的初步采用。

2020年3月，RISC-V基金會遷往瑞士，解決了受地緣政治干擾的風險。

所以作為芯片計算指令集架構，RISC-V是開源的，這意味著 RISC-V 是免許可和免版稅的。RISC-V允許用戶免費使用新指令擴展ISA并創(chuàng)新RISC-V處理器的微架構，當前主流的Arm架構，要求用戶支付版稅。這使得RISC-V迅速受到眾多廠商的歡迎。 從復雜度來看，Arm被認為比RISC-V更復雜。另一個原因是，與筆記本電腦、臺式機和服務器相比，ARM 對移動手機的優(yōu)化更為過度。RISC-V 并未針對某一特定實現進行過度優(yōu)化。它適用于從微控制器到超級計算機的所有計算系統(tǒng)。

x86、ARM 和 RISC-V 微處理器之間的差異多種多樣。這些差異推動了一般應用的適用性。AMD 和 Intel 的 x86 處理器在計算機和服務器領域占據主導地位。在平板電腦和智能手機上，蘋果和高通的 ARM 處理器占據主導地位。ARM 處理器在嵌入式應用方面也表現強勁，但隨著 RISC-V 越來越多地用于嵌入式系統(tǒng)、汽車系統(tǒng)、存儲、人工智能和機器學習應用，這種優(yōu)勢正在受到挑戰(zhàn)。

RISC-V有什么優(yōu)點

從歷史上看，芯片一直由專有處理器架構主導，例如臺式機的電腦時代講究通用性能的X86 架構指令集，他屬于復雜指令集CISC (Complex Instruction Set Computers)是英特爾芯片帝國一手構建強大生態(tài)和通用的芯片指令，但總體來講高性能，生態(tài)好但是如果對于專用芯片來講是運行更慢。 到了移動互聯時代，以Arm為代表講究能耗與性能均衡的架構指令集。他屬于精簡指令集RISC(Reduced Instruction Set Computer)更加專用和講究能耗。 所以芯片架構的跟隨時代的發(fā)展，基于原有設計初衷的芯片架構，在新時代的發(fā)展時，極大的影響設計自由度。 但 RISC-V 是簡化ISA是自下而上構建的，可以處理最新的計算工作負載。而RISC-V與擁有數十年歷史且背負著遺留的指令的專有架構（X86和Arm）有很大不同。 RISC-V I它的創(chuàng)建考慮了靈活性、可擴展性和可伸縮性。通過將組織從單一供應商的產品路線圖中解放出來，RISC-V 使定制芯片變得更加容易獲得。

RISC-V 提供的簡單性、安全性和軟件靈活性。在所有區(qū)域架構中使用單個 ISA 可以提高代碼可移植性，并可以大大降低成本和財務數據。此外，RISC-V生態(tài)開發(fā)的矢量擴展還為汽車制造商帶來了增強的人工智能等ML和數字信號處理DSP功能。 目前基于RISC-V的全球強大的生態(tài)系統(tǒng)，確保支持工具和解決方案有多種選擇。在沒有專有鎖定的情況下，汽車制造商可以從多個供應商獲得許可，并可以更靈活地根據需要設計自己的 IP，同時保持 ISA 兼容性。 RISC-V 之所以受到歡迎，是因為該架構為處理器提供了簡化的指令來完成各種任務。它還使設計人員能夠創(chuàng)建數千個潛在的定制處理器，從而加快上市時間。處理器IP的通用性還節(jié)省了軟件開發(fā)時間。RISC-V 的其他優(yōu)勢包括：

其開放標準性質，允許整個行業(yè)的協作和創(chuàng)新。

通用 ISA，有助于簡化軟件開發(fā)，因為所有處理器都可能使用相同的架構。設計人員可以使用相同的基礎 ISA，從簡單的嵌入式設備到最大的超級計算機，根據市場需求定制設備。與之前的 ISA 相比，RISC-V ISA 具有獨特的功能，并且可以根據需求進行定制。

提供更小、節(jié)能和模塊化的選項。

安全功能，可通過開源參考設計、軟件組合分析工具和安全擴展來獲得。此外，其開源性質意味著整個 RISC-V 架構可以在公共領域受到密切審查，消除后門和隱藏通道。

為什么RISC-V崛起

如上文講到RISC-V的優(yōu)點，RISC-V 開源不需要開發(fā)許可、使用費或其他費用。此外，RISC-V 內核可以根據不同的需求進行定制。 所以任何 CPU，無論是否定制，現在都可以輕松制造。 而當前主流的ARM 需要 IP 核許可批準，費用為100萬美元到1000萬美元之間。此外，如果您想更改設計中的任何內容，您將需要付費。另外每生產一塊芯片，ARM都要收取1-2%芯片價格的費用。 ARM的母公司軟銀在2016年以243 億英鎊收購了ARM，現在軟銀對于ARM當前的商業(yè)模式不滿意，所以他一直在尋找套現的方法。英國《金融時報》報道ARM可能在其IPO之后，改變收費方式，未來可能根據設備價格比例向終端收費，例如向用了Arm架構的手機制造商收取智能手機總價的一定比例，而不是按銷售的每個芯片組的一定比例收取費用。 所以基于Arm芯片IP的開發(fā)從成本價格和可控性管理都有非常大的隱患。

ARM是專有的實體公司，它還面臨著被政府禁止出口的風險，如果美國試圖阻止 ARM 知識產權向中國出售，那么可想而知供應鏈中斷風險巨大。而RISC-V基金會于2020年遷往瑞士，一年后更名為“ RISC-V國際”，表明其不會受到美國政治影響。 所以使用RISC-V可以規(guī)避地緣政治風險，可以看到ARM最大市場中國的科技公司紛紛圍繞RISC-V團結起來。 當然，芯片行業(yè)都明白，芯片最大的問題是生態(tài)鏈的構建，他需要硬件、操作系統(tǒng)、編譯器、開發(fā)者工具、應用程序生態(tài)系統(tǒng)以及制造移動設備所需的一切協同合作共生。大家使用X86和Arm一大原因擁有非常好的芯片生態(tài)。 這是 RISC-V 必須迎頭趕上的最重要領域，但它正在取得進展，可以看到國內國外基于RISC-V?生態(tài)構建正在蓬勃發(fā)展。 RISC-V能在汽車行業(yè)產生什么應用 芯片在原本機電時代的汽車就異常重要，分布式的ECU架構對于芯片渴求度較高，但比較原始低性能。隨著智能汽車時代的到來性能相對較高，功能集中的芯片以及AI類高性能芯片渴求更高了。

芯片廣泛用于各種汽車系統(tǒng)，例如包括 ASIL-D 安全等級MCU和安全芯片、人工智能 (AI) 加速器、基于氮化鎵 (GaN) 功率半導體的車輛 (EV) 電池充電器，甚至高壓IGBT,碳化硅等等。

其中用量非常大和廣泛的MCU（或更普遍的低端處理器），他的指令集架構IP 空間非常分散，主要有ARM M 系列、MIPS M 系列、ANDES、Cortus、ARC、Codasip 等等。 之前文章《汽車芯片半導體 - 101》中分享過汽車芯片巨頭Infineon，他的芯片MCU橫跨汽車所有機電零部件，但他芯片所用的IP基本就是兩種，一個是ARM的IP,另外一個是其自己開發(fā)的Tricore,而Tricore 也是基于RISC指令開發(fā)。

所以基于RISC-V架構的指令集架構的MCU，也是目前大家暗暗發(fā)力的地方，例如文章開始講到的芯片五家巨頭合作的公司，國內眾多的MCU芯片公司，智能座艙，智駕高性能芯片方面，同樣根據目前RISC-V領先IP商用提供商的說法“RISC-V性能沒有天花板和應用限制“，所以RISC-V的應用可以在汽車產業(yè)無處不在，從車端的MCU到智能AI SoC再到云端的高性能芯片。

由于汽車芯片對于效率，減少延遲；安全可靠；多樣性等方面有著特殊的要求。目前現有基于X86和Arm等IP的芯片，雖然生態(tài)豐富，但是它更多針對PC時代和移動互聯網時代過度優(yōu)化。所以給汽車等物聯網時代新芯片需求留有空間，但RISC-V 滲透汽車行業(yè)的潛力取決于幾個因素，包括：

性能和能效：RISC-V 處理器需要展示具有競爭力的性能和能效，才能在汽車應用中獲得采用。

安全性和可靠性：汽車行業(yè)非常重視安全性和可靠性。RISC-V 實施需要滿足行業(yè)嚴格的安全標準，例如 ISO 26262，才能考慮用于關鍵應用。

生態(tài)系統(tǒng)和支持：強大且成熟的生態(tài)系統(tǒng)（包括工具、軟件和支持）的可用性可以顯著影響 RISC-V 在汽車領域的采用。

行業(yè)接受度：汽車制造商和供應商在采用新技術方面可能比較保守。說服他們從 ARM 轉向 RISC-V 可能需要徹底的測試、驗證和長期支持的保證。

成本和許可：RISC-V 的開源特性在許可成本方面具有優(yōu)勢，但整體系統(tǒng)成本（包括開發(fā)、集成和支持）應該具有競爭力。

RISC-V在國內的發(fā)展

RISC-V和Lunix一樣是開源的,特別是地緣政治的時代，這完全不會卡脖子的事情。另外開源意味著開發(fā)入門的門檻更小，沒有動輒上千萬的授權費，最后就是RISC-V屬于較新的架構，可以給專有芯片提供了靈活性和定制能力。 以上三點RISC-V的優(yōu)點特別符合中國快速發(fā)展的產業(yè)節(jié)奏，所以RISC-V在中國從學術到產業(yè)蓬勃發(fā)展，特別是這兩年，基于RISC-V的產業(yè)會議成了芯片類會議的大主題，基于RISC-V芯片上市層出不窮。

在國際RISC-V協會，22家最高級別的Premier Members會員當中，中國大陸廠商的數量達到了14家。3000多名會員中，超過50%為中國大陸的公司。

學術方面，早在2018年中國院士倪光南等人就推動成立了RISC－V產業(yè)聯盟，國內清華伯克利深圳學院，中科院等學術機構積極培育。

產業(yè)方面，2018年左右阿里的平頭哥就已開發(fā)出RISC－V架構的玄鐵系列芯片，主攻物聯網芯片，據悉三年多時間玄鐵系列芯片出貨量就已達到30億顆，2019年7月，平頭哥發(fā)布當時業(yè)界性能最強的RISC－V處理器玄鐵910。玄鐵910打破了RISC－V性能的天花板，用于計算機領域。2021年底華為就推出了RISC－V架構的電視芯片。有中國的加入RISC－V架構芯片的出貨量已突破百億顆，比ARM當年實現百億芯片出貨量快了5年時間。

汽車方面，基于RISC-V架構的MCU是目前火熱的方向，國內已經推出基于RISC-V架構MCU的廠商有芯科集成、愛普特、凌思微、啟英泰倫、先楫半導體、中移芯昇、飛利信、睿思芯科、時擎科技、中科物棲、泰凌微電子等公司，他們都是RISC-V通過MCU進入汽車市場的潛力股。 所以RISC-V在中國芯片已經成了確定的方向，不但汽車方面，其他各類巨頭以及創(chuàng)業(yè)公司積極推進有關產品。 最后 RISC-V，在汽車變革時代給了全球汽車電子新的機遇，畢竟原有的芯片架構x86和Arm更多的是針對互聯網以及移動互聯網，而物聯網時代特別是汽車此類高價值，講究性能，能耗，安全可靠的應用場景給了RISC-V新技術施展拳腳的天地，而中國廣闊，快速發(fā)展的市場更是RISC-V技術的熱土。 中國智能汽車時代，芯片方面的Chiplet《中國智能汽車芯片的新希望 - Chiplet》、RISC-V，又給了中國汽車電子芯片在制造硬件和軟件方面增添了新機遇。
編輯：黃飛