RISC-V將贏得下一輪架構(gòu)之爭？

　　在全球市場上，芯片指令集呈現(xiàn)雙寡頭格局，基于X86和ARM架構(gòu)的處理器長期占據(jù)絕大多數(shù)市場份額，X86架構(gòu)在PC及服務器市場一家獨大，移動市場則由ARM架構(gòu)一統(tǒng)江湖。

　　在這樣一個格局中，中下游廠商大多只能在這二者之間選擇，但是ARM授權(quán)費用昂貴，傳統(tǒng)X86的授權(quán)又過于復雜，業(yè)界一直期待在CPU架構(gòu)領域能有更多選擇。

　　隨著AIoT時代的到來，RISC-V架構(gòu)開放、靈活、模塊化，特別適合滿足AIoT市場場景碎片化、差異化的市場需求，產(chǎn)業(yè)界普遍認為它有望成為下一代廣泛應用的處理器架構(gòu)。Semico Research預測，到2025年，RISC-V市場規(guī)模將超10億美元。

　　近日，行業(yè)大牛Jim Keller在一次公開演講中也直言，未來是屬于RISC-V的。

　　Jim keller認為，RISC-V的開放式生態(tài)讓其擁有廣闊的前景和巨大潛力，相比X86和ARM架構(gòu)，RISC-V雖然在性能、生態(tài)等問題上存在不足，但憑借開放式標準，RISC-V的發(fā)展速度遠超X86及ARM。

　　RISC-V采用的開放標準讓各個廠商可以在架構(gòu)基礎上進行大幅度的修改和定制，不需要擔心后續(xù)會因為各種原因而失去授權(quán)或影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)使用。同時，RISC-V存在架構(gòu)優(yōu)勢，使其可以同時適應極低功耗及高性能處理器的設計需求，這一點也是X86和ARM無法做到的。

　　當Jim keller看好RISC-V時，這無疑為其平添了幾分可能性。對Jim keller有了解的讀者應該知道，Jim keller過去創(chuàng)造過許多成功的處理器方案，幾乎每一次跳槽，Jim keller都能刷新對應處理器的行業(yè)上限。

“硅仙人”的傳奇履歷

　　在其20多年的工作經(jīng)歷中，Jim keller先后在DEC、AMD、博通、蘋果、特斯拉、Intel等公司任職，一次又一次創(chuàng)造了被認為是芯片行業(yè)中，至關重要的領先部件。

　　上世紀九十年代，Jim Keller在DEC工作，涉足了Alpha處理器項目的設計，產(chǎn)品包括21164與22164。Jim Keller的本段經(jīng)歷使其深入了解RISC的設計理念，并通過Alpha架構(gòu)，奠定了架構(gòu)設計能力。Alpha架構(gòu)的設計理念深度影響了后續(xù)AMD、Intel等芯片廠商的架構(gòu)設計路線。

　　1998年，Jim keller從DEC離職，加盟AMD，主導了K7/K8/K12處理器的研發(fā)，其中K8處理器讓AMD第一次擁有了對抗Intel的資本，X86架構(gòu)不再是Intel一家獨大，同時推動AMD的64位X86架構(gòu)處理器落地，使得AMD在技術路線上第一次超越Intel。

　　1999年，Jim Keller加入SiByte，研制MIPS的網(wǎng)絡處理器。SiByte后被博通收購，Jim Keller擔任首席架構(gòu)師，直到2004年離職，加入PASemi任工程副總裁，轉(zhuǎn)型研究RISC產(chǎn)品，使MIPS的構(gòu)建速度可與專用ASIC相媲美。

　　PASemi被蘋果收購后，Jim Keller開始主導蘋果的A系列處理器研發(fā)計劃，為蘋果A芯片領先全球，奠定了架構(gòu)基礎。

　　完成A系列處理器的設計后，Jim keller再次跳槽，重返AMD。自從Jim keller離開AMD后，AMD后續(xù)的Bulldozer系列處理器一度被稱為最糟糕的X86處理器，AMD依靠K8處理器搶到的市場份額幾乎完全丟失，甚至一度瀕臨破產(chǎn)。

　　Jim keller回歸之后，將Bulldozer系列的后續(xù)研發(fā)計劃全部推倒，重新設計了一個全新的處理器架構(gòu)，這就是大家都不陌生的Zen架構(gòu)。Zen架構(gòu)讓AMD一舉翻身，在性能排行榜上壓制Intel數(shù)年，甚至一度在處理器出貨量上超越Intel，基于Zen系列，AMD后續(xù)還拓展了EYPC等系列處理器，開始全方位與Intel競爭。

　　第二次拯救AMD于水火之中后，Jim Keller于2016年加入特斯拉擔任Autopilot部門的負責人，為其打造自動駕駛AI芯片，并在正式落地量產(chǎn)前的2018年離職。

　　2018年，Jim Keller來到Intel，擔任高級副總裁、系統(tǒng)架構(gòu)師，受限于保密協(xié)議，Jim keller負責的項目沒有曝光。但從Intel進展來看，2019年5月，Intel發(fā)布全新的ice lake架構(gòu)。據(jù)悉，Intel 12代酷睿所使用的大小核設計就由Jim Keller主導開發(fā)，而12代酷睿的誕生被譽為Intel的翻身一戰(zhàn)，再次壓制了AMD成為x86架構(gòu)的新王者。

　　回顧Jim keller的經(jīng)歷，幾乎每一款經(jīng)典處理器都改寫了行業(yè)上限，從x86到ARM，似乎就沒有他不了解的處理器架構(gòu)。

　　然而，同樣是兩年后，Jim keller從Intel離職，這次他選擇了創(chuàng)業(yè)，擔任Tenstorrent的聯(lián)合創(chuàng)始人及CTO，主攻RISC-V。

　　也正因如此，當這位曾在x86和ARM架構(gòu)芯片領域取得過較高成就的硅谷傳奇工程師，選擇調(diào)轉(zhuǎn)航向，親自下場押注RISC-V架構(gòu)，不免讓業(yè)界對RISC-V多了幾分信心和慎重。

卡位RISC-V賽道

　　中國科學院軟件研究所總工程師武延軍表示，從2010年發(fā)布到現(xiàn)在，RISC-V指令集只走過12年的時間，但它在這期間取得的成就，遠遠超過同時期的X86和ARM。

　　RISC-V開源ISA于2016年首次推出，但最初的內(nèi)核僅適用于微控制器和一些基本的片上系統(tǒng)設計。然而，經(jīng)過幾年的發(fā)展，眾多芯片開發(fā)商已經(jīng)針對云數(shù)據(jù)中心、AI工作負載和高級存儲應用等多領域創(chuàng)建了設計，其生態(tài)獲得了較大的豐富，這足以證明RISC-V的實力。

　　前不久，RISC-V基金會CEO Calista Redmond表示，RISC-V基金會已經(jīng)在全球70多個國家吸引了超過3100個會員加入，會員數(shù)量在2021年暴增了134%。RISC-V產(chǎn)業(yè)在過去幾年里取得的初步成果，搭載RISC-V內(nèi)核的芯片出貨量已經(jīng)突破了100億。

　　ARM用了17年才完成這個目標，而RISC-V基金會成立至今僅7年。由此可見，RISC-V這個新興架構(gòu)正在吸引著全球眾多參與者躬身其中，紛紛卡位RISC-V賽道。

　　從國外廠商動態(tài)來看，蘋果積極轉(zhuǎn)向RISC-V陣營，Intel業(yè)務也延伸至此，包括Jim Keller坐鎮(zhèn)Tenstorrent、Microchip、瑞薩電子、Nordic、ST等國際廠商都在積極布局，開發(fā)基于RISC-V指令集的處理器。

　　同時，還有一眾RISC-V IP公司深耕于此，包括SiFive、Codasip、imagination、MIPS等，其中值得注意的是，SiFive IP芯片累計出貨量超10億；搭載Codasip的IP芯片出貨量已達20億顆；作為業(yè)內(nèi)成熟的IP供應商，Imagination進入RISC-V市場再次突顯了RISC-V架構(gòu)的擴展特性，為RISC-V提供了更大的發(fā)展動力。

　　除了歐美國家之外，RISC-V在印度、巴基斯坦等國家也在被廣泛采用，行業(yè)廠商積極布局。

　　能夠看到，國外廠商在RISC-V上的布局在逐漸呈現(xiàn)，除了芯片設計、IP廠商之外，包括IAR、verify、Imperas、Embecosm等工具鏈、安全軟件算法、模擬器和編譯器等產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)的支持，都在加速RISC-V架構(gòu)的發(fā)展和成熟。

RISC-V，在國內(nèi)市場掀起風暴

　　中國RISC-V市場發(fā)展迅猛，憑借國內(nèi)龐大的半導體市場，中國企業(yè)可以迅速對RISC-V芯片進行迭代更新，并且依據(jù)用戶使用反饋進行優(yōu)化，這些都是國外初創(chuàng)企業(yè)難以做到的。全球100億顆RISC-V核心出貨量中，預計中國占比超過1/3。

　　中國社區(qū)作為工作小組和研發(fā)伙伴，一直是RISC-V最強有力的貢獻者之一。在RISC-V基金會初期的19家高級會員企業(yè)中，有整整12家來自中國，華為、阿里巴巴、紫光展銳、中興等企業(yè)都是早期高級會員，對RISC-V的發(fā)展有著舉足輕重的作用。

　　RISC-V對于中國的半導體企業(yè)來說是一個難得的機會，因為RISC-V起步晚所以大家都還處在一個起跑線上，而且開放式標準也讓國內(nèi)企業(yè)可以更安心的發(fā)展RISC-V，不用擔心未來某一天突然失去授權(quán)。

　　在日前舉辦的RISC-V峰會上，倪光南院士在致辭中表示：“目前，主流CPU市場仍被X86、ARM架構(gòu)壟斷，但新興的開源指令集RISC-V將為我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新機遇，如果抓住機會，就有可能在CPU核心技術上掌握主動權(quán)?！?/p>

　　在此機遇和趨勢下，國內(nèi)涌現(xiàn)出一批RISC-V玩家，包括華為海思、全志科技、兆易創(chuàng)新、樂鑫科技、北京君正、中微半導體、匯頂科技、凌思微電子、先楫半導體、華米科技、沁恒微電子、芯晟科技、愛普特微電子、晶視智能、啟英泰倫、方寸微電子、中科藍汛、航順芯片、飛思靈微電子、博流智能以及中科院計算所等在內(nèi)的芯片廠商和科研機構(gòu)都相繼推出了基于RISC-V架構(gòu)的SoC、MCU、DSP芯片等產(chǎn)品。

　　此外，阿里平頭哥、芯來科技、賽昉科技、睿思芯科等可以提供基于RISC-V架構(gòu)的處理器IP、編譯器、工具鏈等產(chǎn)品。據(jù)悉，阿里平頭哥玄鐵系列的RISC-V芯片已經(jīng)供應一百五十多個企業(yè)和客戶，超過500個授權(quán)使用，出貨量已經(jīng)達到25億顆；芯來科技RISC-V CPU IP產(chǎn)品線覆蓋從低功耗到高性能的各種應用需求，正式授權(quán)客戶已超過100家...

　　一些列動態(tài)和成果，呈現(xiàn)出國內(nèi)RISC-V芯片行業(yè)上下游產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展速度和全面布局態(tài)勢。能夠看到，在這些中國技術人和企業(yè)的努力下，RISC-V處理器的可用性及覆蓋面大大提升，使其從一個象牙塔的基礎架構(gòu)，真正走向市場化發(fā)展。

國產(chǎn)RISC-V的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)

　　隨著半導體市場進入一個新的階段，中國半導體行業(yè)需要抓住一切機遇，尋找突破科技封鎖的方法，RISC-V或許將成為一個突破口。

　　武延軍對此也表示認同。他指出，對于中國發(fā)展RISC-V來說，很明顯的優(yōu)勢首先是一個巨量的市場；然后有大規(guī)模的計算機工程師團隊和專業(yè)人才；同時有足夠豐富的應用場景能夠充分發(fā)揮RISC-V的多樣性。

　　“還有一個獨特的優(yōu)勢，那就是我們可能沒有國外一些老牌廠商和機構(gòu)的歷史包袱，沒有它們已經(jīng)存在的商業(yè)利益或者技能上的慣性，使我們有機會從一個全新的視角、一個全新的架構(gòu)下面去做一些開創(chuàng)性工作。”武延軍補充道。

　　不過，相應的劣勢就是中國在很多技術領域沒有國外巨頭在歷史上積累的豐富經(jīng)驗。同時，在高端核心人才儲備上也沒有像國外處理器、基礎軟件巨頭那么多。此外，可能在專利等知識產(chǎn)權(quán)方面也存在一定差距。

　　因此，對于RISC-V在中國的發(fā)展，除了需要面對制造的挑戰(zhàn)以外，還需要克服處理器IP核和核心基礎軟件兩方面的困難。其中，后者的編譯工具鏈和操作系統(tǒng)是RISC-V生態(tài)里面最難突破的兩個技術點，跟國際水平存在差距。

　　平頭哥半導體副總裁孟建熠對此指出，RISC-V還需要大家把整個架構(gòu)不斷的做得穩(wěn)定、可靠；有了“穩(wěn)定、可靠”之后整個上層的軟件適配就會變得更加容易，軟件越來越豐富之后要做的事情就是往各個縱深的方向去發(fā)展。目前來看，整個發(fā)展勢頭還是非常好的。

生態(tài)，RISC-V勝負關鍵手

　　RISC-V的潛力，正讓很多芯片公司感到興奮，國內(nèi)外新興RISC-V企業(yè)和原有科技巨頭紛紛布局卡位。

　　據(jù)華泰證券研報，開源指令集架構(gòu)RISC-V在AIoT時代應用場景及市場空間將快速增長，預計2025年全球RISC-V出貨量將超過600億顆。RISC-V似乎爆發(fā)在即，生態(tài)建設成為勝負手關鍵。

　　從市場現(xiàn)狀來看，RISC-V目前只是在MCU領域稍有建樹，局限于一些對算力和對軟件生態(tài)豐富程度要求不那么高的領域。在往更高性能的處理器方面，RISC-V目前似乎與Arm和X86相比，差距甚大。

　　針對其應用領域，RISC-V基金會CTO Mark Himelstein透露，RISC-V在未來幾年將會發(fā)力汽車、數(shù)據(jù)中心和安全等多個應用領域，包括最近備受關注的加速器和智能網(wǎng)卡也是RISC-V未來幾年的關注重點。

　　孟建熠強調(diào)，RISC-V現(xiàn)在應該在一個初步證明它商業(yè)化可用的這條路上，其發(fā)展速度非?？?。和Arm一樣，RISC-V在早期的時候首先在嵌入式領域先打開一個環(huán)節(jié)，基本證明可用。接下來，可能就是它要往更加高性能、更加縱深的方向去發(fā)展。

　　比如數(shù)據(jù)中心，就是RISC-V正在努力的方向。

　　然而，近日Arm高管在接受采訪時試圖淡化RISC-V對ARM業(yè)務的威脅。Arm基礎設施業(yè)務高級副總裁兼總經(jīng)理Chris Bergey表示：“雖然RISC-V可能在某些市場上獲得牽引力，但Arm并不擔心新貴ISA會侵蝕其在數(shù)據(jù)中心的新立足點。”

　　RISC-V要進入數(shù)據(jù)中心，確實還有很大的距離。孟建熠表示，要往高性能發(fā)展，處理器首先本身要在性能上有突破?！靶阅芡黄啤本托枰度氪罅康难邪l(fā)精力和資金投入；其次，往高性能走，處理器的“穩(wěn)定性”也是非常重要的。上層軟件棧越厚，軟件與硬件的協(xié)同優(yōu)化就越困難，必須要求足夠的硬件穩(wěn)定性，來適配更復雜的應用場景。

　　武延軍也認為，RISC-V往高性能走，對處理器的設計和軟件生態(tài)都是一個非常大的挑戰(zhàn)。

　　他舉例表示，中科院軟件所在國際上游開源社區(qū)，國內(nèi)開源歐拉社區(qū)、平頭哥等都做了大量的RISC-V基礎軟件適配工作?！暗覀兛梢钥吹剑壳斑€是有很多核心的基礎軟件不能很好地跑在RISC-V平臺上?！睋?jù)了解，這可能會與指令集規(guī)范還不成熟有關，但更多的是因為這些基礎軟件包之前都是在X86和ARM上面去跑，從維護者、社區(qū)的角度，還沒有把RISC-V當成Tier1或者First-Class-Citizen度去對待。這有理念問題，有投入問題，也有商業(yè)利益回報的問題。

　　因此，基礎軟件的意義是避免生態(tài)碎片化，避免大家在同樣的指令集架構(gòu)下還去“造輪子”。因此在一些基礎的編譯工具鏈、操作系統(tǒng)，比如GCC/LLVM，Linux等，希望整個行業(yè)能夠合力去共同打造，而不是說每個RISC-V處理器廠家都要自己做一套，這其實是一個很大的浪費。

　　目前，國外已經(jīng)有好多公司在往數(shù)據(jù)中心的方向發(fā)展了，它們也是整個賽道里面非常熱門的公司，在大家努力下，整個RISC-V在數(shù)據(jù)中心的生態(tài)正在逐步建設當中。

　　從生態(tài)繁榮程度來看，RISC-V目前可能處在ARM大概在2000-2005年的階段。彼時，有關ARM的各種培訓資料、書籍、培訓班在大量的出現(xiàn)，市場上對ARM開發(fā)者的人才需求也是突然爆增，在嵌入式領域已經(jīng)跟X86、MIPS已經(jīng)展開了非常激烈的競爭。

　　武延軍指出，現(xiàn)在RISC-V也差不多到了這個階段，而且以一個更高的加速度在增長。我們看到不光是教育科研、各種文檔材料、人才培訓，而且已經(jīng)有非常好的商用場景、非常高的出貨量。當前階段，可能也是整個生態(tài)上下游都可以開始發(fā)力的階段了，如果說之前還在觀望的話，我覺得從這個階段開始大家已經(jīng)可以不用去觀望了，不管是從個人學習能力提升角度，亦或是從公司業(yè)務發(fā)展的角度，都可以放心地去投入RISC-V領域了。

　　雖然Arm今天可能不將RISC-V視為威脅，但也正如我們觀察到的，隨著RISC-V的發(fā)展，Arm已經(jīng)改變了其內(nèi)核許可的方式。例如，面對免版稅、開放和模塊化的競爭對手，Arm已采取措施，在某些情況下降低其IP許可的前期成本，并允許被許可人添加自定義指令。

　　回過頭看，無論是Wintel（Windows+Intel），還是AA聯(lián)盟（Android+Arm），以及那些早已凋零的MIPS、PowerPC等芯片架構(gòu)，決定競爭終局的或許從來不是技術本身，而是豐富的上層應用、高效的軟硬協(xié)同以及爆發(fā)的市場需求。

　　總結(jié)起來就是兩個字：生態(tài)。

　　生態(tài)的培育，是一個漫長的過程。對于RISC-V未來的生態(tài)發(fā)展趨勢，孟建熠強調(diào)：“從競爭性角度看，Arm架構(gòu)和x86架構(gòu)分別在移動終端、PC和服務器市場壟斷多年，在這些領域RISC-V新玩家滲透進去還非常需要時日。但是在AIoT、新能源汽車電子、異構(gòu)計算等新興領域，RISC-V和其他架構(gòu)站在同一起跑線，反而具備一些巨頭們不具備的新起跑優(yōu)勢。”

　　展望未來，RISC-V與Arm和X86將會在競爭過程中逐漸找到自己的定位，不斷融合、互相借鑒、長期共存，形成“三分天下”的局面，在各自擅長的領域發(fā)揮優(yōu)勢。