芯片架構(gòu)RISC-V崛起 生態(tài)建設(shè)尚在初期

　　RISC-V作為新興架構(gòu)，以其精簡(jiǎn)的體量，或許在未來(lái)的IoT領(lǐng)域中能取得絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

　　近期ARM的爭(zhēng)斗、收購(gòu)事件持續(xù)在業(yè)界引發(fā)熱議，芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域的企業(yè)再次進(jìn)入到公眾視野。而與此同時(shí)，發(fā)展迅猛的ARM還面臨著新晉者RISC-V架構(gòu)的挑戰(zhàn)。

　　或者說(shuō)，芯片設(shè)計(jì)、芯片架構(gòu)的高壁壘行業(yè)中，RISC-V這股新勢(shì)力正在快速崛起。尤其是近年來(lái)面對(duì)著異構(gòu)計(jì)算的趨勢(shì)，甚至有業(yè)內(nèi)專家預(yù)測(cè)，未來(lái)X86、ARM、RISC-V有機(jī)會(huì)三分天下。

　　此處所說(shuō)的芯片架構(gòu)便是指令集架構(gòu)，處理器能識(shí)別的指令的集合就叫做指令集（ISA，Instruction Set Architecture）。通俗一點(diǎn)說(shuō)，指令集就像是一整套語(yǔ)言系統(tǒng)，CPU能夠讀懂并按照要求運(yùn)行程序、硬件。而這套高效的語(yǔ)言規(guī)范，需要在設(shè)計(jì)CPU的時(shí)候都制定好。

　　發(fā)展至今，CPU主要有兩大指令集，復(fù)雜指令集（CISC）架構(gòu)x86，精簡(jiǎn)指令集（RISC）架構(gòu)陣營(yíng)有ARM、MIPS和RISC-V。而RISC-V正是基于“精簡(jiǎn)指令集”原則的第五代指令集架構(gòu)，并且對(duì)外開(kāi)源，由于開(kāi)源、中立、精簡(jiǎn)的屬性，且不太受美國(guó)政策的影響，因此被不少國(guó)家視為彎道超車(chē)的機(jī)會(huì)。

　　睿思芯科副總裁王衛(wèi)告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者，David Patterson教授（他提出了精簡(jiǎn)指令集）的目標(biāo)是把RISC-V做成硬件行業(yè)中的Linux，“現(xiàn)在大家接受程度也越來(lái)越高，但是一個(gè)RISC-V 逐漸發(fā)展的過(guò)程。今年在輿論的發(fā)聲上非常熱鬧，也是和地緣政治有關(guān)系，但從技術(shù)本身發(fā)展過(guò)程來(lái)講，還是需要時(shí)間積累?！?/p>

　　新生力量

　　當(dāng)年的英特爾堅(jiān)持研發(fā)復(fù)雜指令集，贏得了勝利，現(xiàn)在也依然強(qiáng)大。但是不得不面對(duì)的現(xiàn)實(shí)是，精簡(jiǎn)指令集拿下了移動(dòng)端市場(chǎng)，幾乎90%以上的移動(dòng)處理器使用ARM架構(gòu)，并且精簡(jiǎn)指令集在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域大有風(fēng)生水起之勢(shì)，包括后起之秀RISC-V。

　　根據(jù)公開(kāi)資料顯示，1979 年加州大學(xué)伯克利分校David Patterson 教授提出的精簡(jiǎn)指令集，其本質(zhì)是主張硬件專注于加速常用的程序指令，優(yōu)點(diǎn)是架構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，且功耗面積低，非常適合手機(jī)和平板電腦等終端，但是一直無(wú)法和x86或者ARM進(jìn)行抗衡。

　　直到2010 年，加州大學(xué)伯克利分校的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)想要為新項(xiàng)目選擇一個(gè)指令集，發(fā)現(xiàn)x86架構(gòu)非常封閉，而ARM指令集授權(quán)費(fèi)又十分昂貴，于是轉(zhuǎn)向RISC-IV，并和Patterson 教授一起改良，推出RISC-V，走完全開(kāi)源的模式。

　　TrendForce集邦咨詢分析師姚嘉洋告訴21世紀(jì)經(jīng)濟(jì)報(bào)道記者：“RISC-V的優(yōu)勢(shì)在于在指令集發(fā)展上以開(kāi)源方式為主，在RISC-V基本的指令集不變的情況下，任何人（或廠商）皆可以在基本的指令集上，進(jìn)一步建構(gòu)屬于符合市場(chǎng)所需的指令集。由于開(kāi)源的關(guān)系，社群彼此之間可以交流互通有無(wú)，對(duì)于RISC-V社群形成更多貢獻(xiàn)，進(jìn)而有助于技術(shù)上的長(zhǎng)足發(fā)展?！?/p>

　　西南證券的研究報(bào)告指出，RISC-V雖然與ARM同屬于精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，但因RISC-V是近年來(lái)才推出，沒(méi)有背負(fù)向后兼容的歷史包袱，架構(gòu)短小精悍。相比于X86和ARM動(dòng)輒幾百數(shù)千頁(yè)，RISC-V的規(guī)范文檔僅有145頁(yè)，且“特權(quán)架構(gòu)文檔”的篇幅也僅為91頁(yè)。

　　此外，RISC-V的中立性質(zhì)，也為其獲得更多擁護(hù)者。2015年，RISC-V基金會(huì)成立，目前基金會(huì)成員包括高通、英偉達(dá)、三星和谷歌、阿里、華為、華米等300多家全球企業(yè)。今年，由于對(duì)潛在貿(mào)易限制的擔(dān)憂，總部位于美國(guó)的RISC-V基金會(huì)正式遷移至瑞士。王衛(wèi)表示：“RISC-V基金會(huì)的成立，使其不會(huì)受制于某一兩家公司，是一個(gè)相對(duì)中立的平臺(tái)，包括基金會(huì)成員、物理位置都是在一個(gè)相對(duì)中立的環(huán)境下?！?/p>

　　生態(tài)初期

　　因此，國(guó)內(nèi)外都有不少企業(yè)投入到RISC-V的生態(tài)當(dāng)中。

　　國(guó)內(nèi)來(lái)看，阿里巴巴旗下的中天微已經(jīng)推出支持 RISC-V第三代指令系統(tǒng)架構(gòu)處理器 CK902，平頭哥推出了運(yùn)用12納米工藝，搭載16個(gè)核心的RISC-V處理器玄鐵910；華米科技2017年啟動(dòng)RISC-V芯片研發(fā)計(jì)劃，2018年發(fā)布了基于RISC-V開(kāi)源指令集打造的可穿戴處理器黃山1號(hào)；睿思芯科的Pygmy是面向AIOT的RISC-V多核異構(gòu)AI SOC，可應(yīng)用于智能語(yǔ)音、智能玩具、機(jī)器人、工業(yè)視覺(jué)、可穿戴等應(yīng)用場(chǎng)景。

　　王衛(wèi)向記者表示，睿思芯科的芯片將在今年年底量產(chǎn)，“在我們的做法中，當(dāng)需要AI加速的時(shí)候，有專門(mén)的做矩陣運(yùn)算的CPU擴(kuò)展指令集，直接就可以加速并行運(yùn)算。這和外掛ASIC芯片的區(qū)別在于可編程性，作為CPU的一條命令，可以直接通過(guò)編譯器，不需要了解硬件結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，特定場(chǎng)景下結(jié)合特定算法，會(huì)有最優(yōu)解，我們的產(chǎn)品面向終端、邊緣?！?/p>

　　但是目前RISC-V還在發(fā)展初期，這股新興力量的商業(yè)化仍在探索階段，在王衛(wèi)看來(lái)：“主要的挑戰(zhàn)在于，CPU領(lǐng)域不是靠自己?jiǎn)未颡?dú)斗，還需要更多生態(tài)環(huán)境的配合，包括編譯器、工具鏈等，需要更多的伙伴參與生態(tài)的建設(shè)，RISC-V早期產(chǎn)生和發(fā)展都是在國(guó)外，發(fā)展節(jié)奏里，國(guó)際協(xié)作是非常關(guān)鍵的。作為新的指令集，RISC-V現(xiàn)在在早期階段，生態(tài)環(huán)境不夠完整。在發(fā)展初期，主要是一些軟件生態(tài)環(huán)境的成熟性和豐富性，需要一定時(shí)間發(fā)展，但是在特定的邊緣應(yīng)用領(lǐng)域?qū)@個(gè)依賴度沒(méi)有那么高，發(fā)展的會(huì)更好一些。”

　　西南證券報(bào)告指出， 在半導(dǎo)體的歷史上，X86、ARM作為主流架構(gòu)一直都占有著很大的市場(chǎng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，而RISC-V作為新興架構(gòu)，以其精簡(jiǎn)的體量，或許在未來(lái)的IoT領(lǐng)域中能取得絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)，其他的應(yīng)用場(chǎng)景還包括手機(jī)、服務(wù)器、存儲(chǔ)等市場(chǎng)。

　　姚嘉洋向記者分析道：“商業(yè)化發(fā)展最為重要的關(guān)鍵，還是終端應(yīng)用是否有意愿大量使用RISC-V架構(gòu)的主流產(chǎn)品，例如智慧電表、智慧穿戴或是智能馬達(dá)控制。廣泛地講，這些產(chǎn)品都可被歸類(lèi)在互聯(lián)網(wǎng)（IoT）領(lǐng)域中，由于這個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍極為多元，擁有相對(duì)較高客制化的需求，其實(shí)是RISC-V可以發(fā)揮其特色的舞臺(tái)。

　　另一方面，如EDA與晶圓代工業(yè)者，大多都與ARM陣營(yíng)有較為深厚的合作關(guān)系。若能取得EDA與晶圓代工業(yè)者的合作，在28與22nm制程方面能有突破性的進(jìn)展，以取得效能與成本上的優(yōu)勢(shì)，這將有機(jī)會(huì)取得一些芯片與OEM業(yè)者的青睞?！?/p>

　　（作者：倪雨晴 編輯：李清宇）