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(wù)器市場一家獨(dú)大，移動(dòng)市場則由ARM架構(gòu)一統(tǒng)江湖。

　　在這樣一個(gè)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(fèi)用昂貴，傳統(tǒng)X86的授權(quán)又過于復(fù)雜，業(yè)界一直期待在CPU架構(gòu)領(lǐng)域能有更多選擇。

　　隨著AIoT時(shí)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(rèn)為它有望成為下一代廣泛應(yīng)用的處理器架構(gòu)。Semico Research預(yù)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(rèn)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(biāo)準(zhǔn)，RISC-V的發(fā)展速度遠(yuǎn)超X86及ARM。

　　RISC-V采用的開放標(biāo)準(zhǔn)讓各個(gè)廠商可以在架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行大幅度的修改和定制，不需要擔(dān)心后續(xù)會(huì)因?yàn)楦鞣N原因而失去授權(quán)或影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)使用。同時(shí)，RISC-V存在架構(gòu)優(yōu)勢，使其可以同時(shí)適應(yīng)極低功耗及高性能處理器的設(shè)計(jì)需求，這一點(diǎn)也是X86和ARM無法做到的。

　　當(dāng)Jim keller看好RISC-V時(shí)，這無疑為其平添了幾分可能性。對(duì)Jim keller有了解的讀者應(yīng)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(duì)應(yīng)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(rèn)為是芯片行業(yè)中，至關(guān)重要的領(lǐng)先部件。

　　上世紀(jì)九十年代，Jim Keller在DEC工作，涉足了Alpha處理器項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，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(shè)計(jì)理念，并通過Alpha架構(gòu)，奠定了架構(gòu)設(shè)計(jì)能力。Alpha架構(gòu)的設(shè)計(jì)理念深度影響了后續(xù)AMD、Intel等芯片廠商的架構(gòu)設(shè)計(jì)路線。

　　1998年，Jim keller從DEC離職，加盟AMD，主導(dǎo)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(duì)抗Intel的資本，X86架構(gòu)不再是Intel一家獨(dú)大，同時(shí)推動(dòng)AMD的64位X86架構(gòu)處理器落地，使得AMD在技術(shù)路線上第一次超越Intel。

　　1999年，Jim Keller加入SiByte，研制MIPS的網(wǎng)絡(luò)處理器。SiByte后被博通收購，Jim Keller擔(dān)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(dǎo)蘋果的A系列處理器研發(fā)計(jì)劃，為蘋果A芯片領(lǐng)先全球，奠定了架構(gòu)基礎(chǔ)。

　　完成A系列處理器的設(shè)計(jì)后，Jim keller再次跳槽，重返A(chǔ)MD。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(jì)劃全部推倒，重新設(shè)計(jì)了一個(gè)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(dān)任Autopilot部門的負(fù)責(zé)人，為其打造自動(dòng)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(dān)任高級(jí)副總裁、系統(tǒng)架構(gòu)師，受限于保密協(xié)議，Jim keller負(fù)責(zé)的項(xiàng)目沒有曝光。但從Intel進(jìn)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(shè)計(jì)就由Jim Keller主導(dǎo)開發(fā)，而12代酷睿的誕生被譽(yù)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(dān)任Tenstorrent的聯(lián)合創(chuàng)始人及CTO，主攻RISC-V。

　　也正因如此，當(dāng)這位曾在x86和ARM架構(gòu)芯片領(lǐng)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(duì)RISC-V多了幾分信心和慎重。

卡位RISC-V賽道

　　中國科學(xué)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(shí)間，但它在這期間取得的成就，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過同時(shí)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(shè)計(jì)。然而，經(jīng)過幾年的發(fā)展，眾多芯片開發(fā)商已經(jīng)針對(duì)云數(shù)據(jù)中心、AI工作負(fù)載和高級(jí)存儲(chǔ)應(yīng)用等多領(lǐng)域創(chuàng)建了設(shè)計(jì)，其生態(tài)獲得了較大的豐富，這足以證明RISC-V的實(shí)力。

　　前不久，RISC-V基金會(huì)CEO Calista Redmond表示，RISC-V基金會(huì)已經(jīng)在全球70多個(gè)國家吸引了超過3100個(gè)會(huì)員加入，會(huì)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(gè)目標(biāo)，而RISC-V基金會(huì)成立至今僅7年。由此可見，RISC-V這個(gè)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(dòng)態(tài)來看，蘋果積極轉(zhuǎn)向RISC-V陣營，Intel業(yè)務(wù)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(shí)，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(jì)出貨量超10億；搭載Codasip的IP芯片出貨量已達(dá)20億顆；作為業(yè)內(nèi)成熟的IP供應(yīng)商，Imagination進(jìn)入RISC-V市場再次突顯了RISC-V架構(gòu)的擴(kuò)展特性，為RISC-V提供了更大的發(fā)展動(dòng)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(shè)計(jì)、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(fēng)暴

　　中國RISC-V市場發(fā)展迅猛，憑借國內(nèi)龐大的半導(dǎo)體市場，中國企業(yè)可以迅速對(duì)RISC-V芯片進(jìn)行迭代更新，并且依據(jù)用戶使用反饋進(jìn)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(yù)計(jì)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(qiáng)有力的貢獻(xiàn)者之一。在RISC-V基金會(huì)初期的19家高級(jí)會(huì)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(jí)會(huì)員，對(duì)RISC-V的發(fā)展有著舉足輕重的作用。

　　RISC-V對(duì)于中國的半導(dǎo)體企業(yè)來說是一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，因?yàn)镽ISC-V起步晚所以大家都還處在一個(gè)起跑線上，而且開放式標(biāo)準(zhǔn)也讓國內(nèi)企業(yè)可以更安心的發(fā)展RISC-V，不用擔(dān)心未來某一天突然失去授權(quán)。

　　在日前舉辦的RISC-V峰會(huì)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(jī)遇，如果抓住機(jī)會(huì)，就有可能在CPU核心技術(shù)上掌握主動(dòng)權(quán)。”

　　在此機(jī)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(dǎo)體、匯頂科技、凌思微電子、先楫半導(dǎo)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(lán)汛、航順芯片、飛思靈微電子、博流智能以及中科院計(jì)算所等在內(nèi)的芯片廠商和科研機(jī)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(yīng)一百五十多個(gè)企業(yè)和客戶，超過500個(gè)授權(quán)使用，出貨量已經(jīng)達(dá)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(yīng)用需求，正式授權(quán)客戶已超過100家...

　　一些列動(dòng)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(shù)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(gè)象牙塔的基礎(chǔ)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(dǎo)體市場進(jìn)入一個(gè)新的階段，中國半導(dǎo)體行業(yè)需要抓住一切機(jī)遇，尋找突破科技封鎖的方法，RISC-V或許將成為一個(gè)突破口。

　　武延軍對(duì)此也表示認(rèn)同。他指出，對(duì)于中國發(fā)展RISC-V來說，很明顯的優(yōu)勢首先是一個(gè)巨量的市場；然后有大規(guī)模的計(jì)算機(jī)工程師團(tuán)隊(duì)和專業(yè)人才；同時(shí)有足夠豐富的應(yīng)用場景能夠充分發(fā)揮RISC-V的多樣性。

　　“還有一個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢，那就是我們可能沒有國外一些老牌廠商和機(jī)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(jī)會(huì)從一個(gè)全新的視角、一個(gè)全新的架構(gòu)下面去做一些開創(chuàng)性工作?！蔽溲榆娧a(bǔ)充道。

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

　　因此，對(duì)于RISC-V在中國的發(fā)展，除了需要面對(duì)制造的挑戰(zhàn)以外，還需要克服處理器IP核和核心基礎(chǔ)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(gè)技術(shù)點(diǎn)，跟國際水平存在差距。

　　平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠對(duì)此指出，RISC-V還需要大家把整個(gè)架構(gòu)不斷的做得穩(wěn)定、可靠；有了“穩(wěn)定、可靠”之后整個(gè)上層的軟件適配就會(huì)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(gè)縱深的方向去發(fā)展。目前來看，整個(gè)發(fā)展勢頭還是非常好的。

生態(tài)，RISC-V勝負(fù)關(guān)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(bào)，開源指令集架構(gòu)RISC-V在AIoT時(shí)代應(yīng)用場景及市場空間將快速增長，預(yù)計(jì)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(shè)成為勝負(fù)手關(guān)鍵。

　　從市場現(xiàn)狀來看，RISC-V目前只是在MCU領(lǐng)域稍有建樹，局限于一些對(duì)算力和對(duì)軟件生態(tài)豐富程度要求不那么高的領(lǐng)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(duì)其應(yīng)用領(lǐng)域，RISC-V基金會(huì)CTO Mark Himelstein透露，RISC-V在未來幾年將會(huì)發(fā)力汽車、數(shù)據(jù)中心和安全等多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，包括最近備受關(guān)注的加速器和智能網(wǎng)卡也是RISC-V未來幾年的關(guān)注重點(diǎn)。

　　孟建熠強(qiáng)調(diào)，RISC-V現(xiàn)在應(yīng)該在一個(gè)初步證明它商業(yè)化可用的這條路上，其發(fā)展速度非?？臁：虯rm一樣，RISC-V在早期的時(shí)候首先在嵌入式領(lǐng)域先打開一個(gè)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(shí)試圖淡化RISC-V對(duì)ARM業(yè)務(wù)的威脅。Arm基礎(chǔ)設(shè)施業(yè)務(wù)高級(jí)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(dān)心新貴ISA會(huì)侵蝕其在數(shù)據(jù)中心的新立足點(diǎn)?！?/p>

　　RISC-V要進(jìn)入數(shù)據(jù)中心，確實(shí)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(fù)雜的應(yīng)用場景。

　　武延軍也認(rèn)為，RISC-V往高性能走，對(duì)處理器的設(shè)計(jì)和軟件生態(tài)都是一個(gè)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(chǔ)軟件適配工作?！暗覀兛梢钥吹剑壳斑€是有很多核心的基礎(chǔ)軟件不能很好地跑在RISC-V平臺(tái)上?！睋?jù)了解，這可能會(huì)與指令集規(guī)范還不成熟有關(guān)，但更多的是因?yàn)檫@些基礎(chǔ)軟件包之前都是在X86和ARM上面去跑，從維護(hù)者、社區(qū)的角度，還沒有把RISC-V當(dāng)成Tier1或者First-Class-Citizen度去對(duì)待。這有理念問題，有投入問題，也有商業(yè)利益回報(bào)的問題。

　　因此，基礎(chǔ)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(chǔ)的編譯工具鏈、操作系統(tǒng)，比如GCC/LLVM，Linux等，希望整個(gè)行業(yè)能夠合力去共同打造，而不是說每個(gè)RISC-V處理器廠家都要自己做一套，這其實(shí)是一個(gè)很大的浪費(fèi)。

　　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(gè)賽道里面非常熱門的公司，在大家努力下，整個(gè)RISC-V在數(shù)據(jù)中心的生態(tài)正在逐步建設(shè)當(dāng)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(shí)，有關(guān)ARM的各種培訓(xùn)資料、書籍、培訓(xùn)班在大量的出現(xiàn)，市場上對(duì)ARM開發(fā)者的人才需求也是突然爆增，在嵌入式領(lǐng)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(gè)階段，而且以一個(gè)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(xùn)，而且已經(jīng)有非常好的商用場景、非常高的出貨量。當(dāng)前階段，可能也是整個(gè)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(gè)階段開始大家已經(jīng)可以不用去觀望了，不管是從個(gè)人學(xué)習(xí)能力提升角度，亦或是從公司業(yè)務(wù)發(fā)展的角度，都可以放心地去投入RISC-V領(lǐng)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(duì)免版稅、開放和模塊化的競爭對(duì)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(shù)本身，而是豐富的上層應(yīng)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(gè)字：生態(tài)。

　　生態(tài)的培育，是一個(gè)漫長的過程。對(duì)于RISC-V未來的生態(tài)發(fā)展趨勢，孟建熠強(qiáng)調(diào)：“從競爭性角度看，Arm架構(gòu)和x86架構(gòu)分別在移動(dòng)終端、PC和服務(wù)器市場壟斷多年，在這些領(lǐng)域RISC-V新玩家滲透進(jìn)去還非常需要時(shí)日。但是在AIoT、新能源汽車電子、異構(gòu)計(jì)算等新興領(lǐng)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?！?/p>

　　展望未來，RISC-V與Arm和X86將會(huì)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(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢。