RISC-V: 国内芯片开源指令集架构的希望之翼

正当国内“芯片热”达到鼎盛，RISC-V 象征自主、可控、创新的形象俨然成为中国芯的“新机遇”，对比另一个开源架构MIPS 命运多舛， RISC-V 是万人拥戴，成为国内芯片开源指令集架构的希望之翼，更巧妙避开英特尔（Intel）和ARM 盘踞的PC 和手机领域，锁定AI 、物联网企圖以此要拿下半壁江山。这次RISC-V 对上ARM ，国产芯片的自主可控之路，确实是突围有望。正当英特尔满足于 PC 和伺服器霸主市场，轻忽手机带来的科技新革命， ARM 架构已经默默在手机处理器 IP 领域一统江山，并且建立起庞大的生态系统供应链，等到英特尔觉悟想要回攻手机领域时，一切为时已晚。

甚至，一手推升 ARM 今日地位的苹果（Apple），进一步计划最快在 2020 年将 Mac系列产品从英特尔处理器改为 ARM 架构处理器，足见英特尔与 ARM 之间的战火尚未平息。然而此时，另一个星星之火正悄悄被点燃，就是标榜开源架构的 RISC-V ，瞄准 AI 、物联网两大领域伺机而动，未来RISC-V是否凭借着“燎原之势”突围 ARM 的包围，值得密切观察。多年深耕推动中国芯片产业发展的芯原董事长戴伟民，就认为这可能会是中国芯片产业的全新际遇。戴伟民认为，因为物联网应用的碎片化特性适合打游击战，眼前中国芯片产业在物联网领域 RISC-V 确实有很好的机会，但选择开源架构是很辛苦的事，成功需要群聚效应，也需要更多业者坚持长期投入。“碎片化”特性让 RISC-V 和物联网十分契合，摆脱生态系统的钳制

目前物联网领域的芯片尚无统一架构，但 ARM 架构仍是占大多数， RISC-V 选择物联网这个特性“碎片化”的市场来一一攻城掠地，不敢说是胜券在握，但胜算确实可提升几分。首先，RISC-V 有个一体两面的“优势”兼“劣势”，就是“碎片化”特性。 “碎片化”也是物联网领域的特性，该特性也使得 RISC-V 对于生态系统的依赖度大幅降低，让 RISC-V 和十分擅长玩生态系统圈的 ARM 在竞争AI 、物联网版图时，立足点稍微公平些。

图 | 最近的中国家电与电子消费品大会上，华为宣布要用AI、物联网赋能家电业（来源：东方IC）

RISC-V 在物联网领域确实有一定的优势，那 RISC-V 在 AI 芯片领域的机会呢？业内资深人士认为，传统 ARM 架构擅长的 general purpose 不一定适合 AI 芯片，因为不同的 AI 芯片强调的功能不一样，有些是语音，也有些是其他方面，像是 RISC-V 这种弹性的架构比较容易让芯片客制化。除了物联网、 AI 芯片外，未来在手机芯片上，也开始有一些手机芯片大厂考虑导入 RISC-V 架构。当然，主芯片方面一定仍是使用传统的 ARM 架构，但周边一些对于生态系统依赖度较低的芯片，举例像是触控芯片、语音芯片，确实可以转到 RISC-V 架构，优点是不需授权金、指令集可以客制化。面对 RISC-V 单挑，ARM也有对策一路因应

面对 RISC-V 浪潮的来势汹汹， ARM 当然有祭出对策。 ARM 不断升级 DesignStart 计画，可以取得的免费 Cortex 系列处理器 IP 越来越多，或是针对一些客户初期不收授权金，等到量产再收取权利金等策略，降低一些中小企业在AI 、物联网领域导入 ARM 架构的成本疑虑。一讲到 RISC-V 优势，很多人第一个会想到“免费”＋“开源”，在“免费”方面，业界或许有些不同的声浪，然而，谈到 RISC-V 架构，就不能不提 SiFive 。

图 |SiFive 创始人（来源：东方IC）

RISC-V 基金会是力推此免费开源架构的非盈利组织，而 SiFive 则是一家营利为导向的商业公司。简单而言， SiFive 就像是 RISC-V 的设计服务公司（Design Service），彼此关系就像是创意电子是台积电的芯片设计服务公司，协助一些资源不足的中小公司进行芯片设计、流片、后段等服务。因此，一些中小公司会委托 SiFive 来采用 RISC-V 架构设计量产芯片，是要付钱给 SiFive ，从这个观点来看， RISC-V 架构就不是免费的。然而，如果是一些龙头型的芯片设计公司，有足够的资源协助，就可以自己去下载 RISC-V 的开源指令集，再自行修改后，独立进行客制化芯片，这样的 RISC-V 架构芯片就是属于既开源又免费。自主可控、开源、免费，各方想摆脱英特尔和 ARM 的钳制力

RISC-V 做为被万人簇拥的芯片开源新架构，关键在于过往英特尔的 x86 和 ARM 的专利掌握在少数公司手上， ARM 在手机市场虽然极度成功，但授权费高昂，英特尔的 x86 甚至不对外授权，在“万物联网”时代来临后，大家开始思考一个不被高额授权金绑住的CPU指令集架构（ISA），因此 RISC-V 成为众望所归，又搭上这一波国内对于芯片产业自主可控的热潮，商机欲乘风波浪而起。2018 年 10 月，中国 RISC-V 产业联盟正式成立，主要是著眼于国内半导体企业的 SoC 设计能力强，但相对而言， IP 环节较为弱势。第一个表态支持 RISC-V 架构的是上海，在《上海市经济信息化委关于开展 2018 年度第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金（集成电路和电子信息制造领域）项目申报工作的通知》中，明确支持 RISC-V 相关设计和开发的企业，这对于国内半导体产业推动 RISC-V 是非常大的突破和助力。***地区也在 2019 年 3 月正式成立*** RISC-V 产业联盟，由***物联网产业技术协会（ TwIoTA ）理事长黄崇仁主力推动，串联海内外 RISC-V 生态系资源，推进 AI 、物联网领域，进一步迈入 5G 通讯趋势与商机，中国 RISC-V 产业联盟理事长兼芯原董事长戴伟民也亲自到***参加成立大会。

图 | ***RISC-V联盟启动仪式暨研讨会，左至右为力晶总经理王其国、执行长黄崇仁、芯原董事长戴伟民（来源：DeepTech）

戴伟民表示， RISC-V 架构锁定物联网领域，其碎片化特性适合打游击战，但成功需要群聚效应，当初如果英特尔把所有资源放在手机市场，也不会有今天的 ARM ，后来 ARM 想要攻打英特尔固守的伺服器市场也不容易，眼前在物联网领域 RISC-V 有很好的机会，但开源是很辛苦的事，前方路长且需要努力。RISC-V 是 1979 年加州大学伯克利分校 David Patterson 教授所提出，主张硬件就该专攻加速常用的指令，优点是架构设计简单，且功耗面积低。并在 2015 年成立一个非营利性组织机构进行推广。目前RISC-V基金会在全球范围已经有 150 多家会员，包括 Google、三星、英偉達（Nvidia）、Tesla、IBM、高通、NXP、西部数据（WD）等国际大厂，国内推广者还有芯原、杭州中天微、晶心、芯来、君正等。2018 年底，西部数据也发表创新技术，以推动开源介面标准与 RISC-V 处理器发展，同时计划开放全新 RISC-V SweRV Core 原始码，以加速核心至边缘专用化架构发展，目标是将 10 亿个核心处理器移转至 RISC-V 架构，作为力挺 RISC-V 的重要一步。国内芯片公司纷纷加入 RISC-V 阵营，看好未来商机无限

2018 年下半年起，有华米、中天微、乐鑫等代表性企业表示支持 RISC-V 。首先，华米科技也发布黄山一号芯片，没有采用传统的 ARM 架构处理器，而成为全球第一款采用 RISC-V 开源指令架构的穿戴式处理器，相比 ARM Cortex-M4 处理器的运算效率高出 38% ，凸显 RISC-V 对于低功耗市场的调性符合。阿里巴巴旗下的中天微也宣布推出支持 RISC-V 第三代指令系统架构处理器 CK902 。再者，上海乐鑫也基于 RISC-V 指令集架构开发物联网芯片。

另外，***晶心科技也表示 RISC-V 架构的授权合约已经占总授权合约的三分之一，一般从研发导入到量产出货约需要一年左右的时间，因此 2019 年晶心科受惠于 RISC-V 架构量产出货带来的权利金将更为明显。国内半导体产业走到处处是机会，但也面临处处有钳制的局面，过去不少自主芯片开发受挫的案例，这次 RISC-V 架构的崛起，不少人抱持高度期待，但也有些质疑声浪，毕竟主力竞争对手 ARM 并非等闲之辈，很多人担心 RISC-V 的簇拥之勢只是昙花一现，很快曲终人散。但多数业者认为，时机很重要，如果仍是手机时代当道，别说是 RISC-V 架构，英特尔也拿 ARM 没辙，但现在物联网、 AI 的产业特性与 RISC-V 特性吻合，加上两岸半导体产业都陆续有许多芯片厂商站出来登高一呼， RISC-V 挾著开源、免费、自主、创新等优势，确实很有机会在 AI 、物联网市场与 ARM 一博天下。