车用RISC-V研究：定制化芯片或成未来方向，RISC-V将挑战ARM

佐思汽研发布《2024年车用RISC-V芯片产业研究报告》。

什么是RISC-V？

RISC-V（Reduced Instruction Set Computing - Five），中文名为第五代精简指令集。它是一种基于精简指令集原则的开源指令集架构（ISA），可用于设计和实现处理器芯片和计算机体系结构。它是全球共识的第三大架构，与X86和ARM并列。

其优势主要在于RISC-V的指令集和架构是开源免费的。其模块化设计允许企业添加、拓展或移除指令集。与之相比，ARM与X86不仅指令集开发复杂，且难以获得修改指令集授权。

其劣势主要在于生态系统相对不够成熟。相关的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）及其它生态要素还在发展。

RISC-V与X86、ARM架构对比

来源：RISC-V手册

RISC-V使芯片定制化更容易

RISC-V采用模块化 ISA，即由 1 个基本整数指令集（基本整数指令集是RISC-V唯一强制要求实现的基础指令集，其他指令集都是可选的扩展模块） + 多个可选的扩展指令集组成。因此可根据应用程序的需求定制CPU。

其定制化优势在于它使设计人员能够创建数千个潜在的定制处理器，从而加快上市时间。处理器IP的通用性还节省了软件开发时间。

RISC-V定制化的主要优势

来源：Codasip

例如，Codasip可为用户提供基于RISC-V架构的处理器IP定制解决方案。该方案包括基础性的处理器IP和开发工具Codasip Studio。工程团队能够针对其项目需求实现硬件和软件一体化设计，提升定制化处理器设计的效率。Codasip还于2023年10月推出了用于定制计算的700系列处理器。借助700系列和Codasip的定制计算，设计人员可通过在芯片或应用层面进行优化，获得独特的收益，同时控制成本。

SiFive也是基于 RISC-V 定制化的半导体企业。SiFive的主业是基于RISC-V架构帮助企业定制处理器内核。通过其定制化RISC-V半导体产品，帮助IC设计及系统公司缩短上市时间，减少成本费用。

2022年已出货100亿颗，RISC-V向高性能领域拓展

据RISC-V基金会数据，2022年采用RISC-V芯片架构的处理器核已出货100亿颗，主要用于物联网领域。随着市场需求的增长，RISC-V也开始逐渐走向高性能领域。例如自动驾驶、人工智能、通信、数据中心等对算力要求更高的场景。

特斯拉于2021年自研定制化芯片“D1”。D1以RISC-V架构ISA为基础进行扩展，可训练数据中心内部的人工智能网络。

Mobileye（被Intel收购）也于2022年1月发布12核RISC-V自动驾驶芯片EyeQ Ultra，其CPU内核全部用的是RISC-V。预计2025年量产。

2023年9月，赛昉科技（StarFive）发布高性能RISC-V CPU IP——昉·天枢-90（Dubhe-90）。Dubhe-90是Dubhe Max Performance系列旗舰产品，SPECint2006 9.4/GHz，性能比肩ARM Cortex-A76，客户主要来自于PC、高性能网络通讯、机器学习、数据中心等高端应用领域。

RISC-V与Chiplet技术结合，降低芯片设计成本及门槛

为降低芯片设计成本及门槛，RISC-V处理器开发公司及研究机构还将RISC-V与Chiplet技术结合。

Chiplet，中文叫芯粒，是将特定功能的裸片（die），通过芯片内互联技术（die-to-die）实现多个同质、异构的模块芯片封装在一起。Chiplet技术可将系统级芯片分割成独立的模块，进行单独制造，从而改善良率，降低设计成本。

芯片设计领域初创公司Ventana Micro Systems于2023年11月推出第二代 Veyron 系列基处理器—Veyron V2。Veyron V2基于RISC-V架构处理器开发，以Chiplet和 IP 的形式进行提供。Veyron V2 chiplet采用UCIe chiplet互连，可将处理器上市时间缩短两年，并将开发成本降低75%。基于chiplet的解决方案还通过调整计算、I/O和内存的大小来提供更好的单元经济性。

Ventana将RISC-V与Chiplet技术结合

来源：Ventana

芯来科技，作为RISC-V架构CPU IP企业，也在布局Chiplet。2022年11月，芯来科技加入UCIe（Universal Chiplet Interconnect Express）产业联盟，成为UCIe联盟新成员。作为中国国内首批加入该联盟的RISC-V CPU IP企业。芯来科技将与UCIe产业联盟全球范围内其他成员共同致力于UCIe 1.0版本规范和下一代UCIe技术标准的研究与应用，并将开展基于Chiplet互联的硬核IP研发。

2024年1 月 9 日，中国科学院计算技术研究所也推出了一种名为“Zhejiang”（浙江）的“大芯片”。采用 Chiplet 设计，共包括 16 个Chiplets，而每个Chiplet内有 16 个 RISC-V 核心，总计 256 核心，且均支持可编程、可重新配置。

国产替代空间大，汽车电子市场有望成为RISC-V下一爆发点

一辆汽车中所使用的半导体器件数量中，MCU占比约30%。传统汽车约有50-100个MCU，智能汽车MCU数量将翻倍。而国产车规MCU领域市占率不足5% ，国产替代空间较大。

以往车载芯片主要基于ARM架构或欧洲一些芯片公司的私有架构。RISC-V开放架构的出现为国产车载芯片的研发提供更广阔的选择面。其开放性设计使得汽车芯片厂商可根据自身的需求进行特性布局，从而丰富产品形态。

近几年来，已有不少国内车规级MCU厂商选择RISC-V架构来打造自己的MCU，包括武汉二进制、国芯科技、凌思微、芯科集成等。

其中，国芯科技将探索RISC-V架构在汽车电子中高端MCU芯片中的应用。如面向新能源动力域OBC/DC-DC应用的CCFC3010PT芯片，这是国芯科技首款基于RISC-V指令架构的车规MCU芯片。同时，将启动开发CCFC3009PT芯片，这是面向自驾领域设计开发的MCU芯片，主要面向ISP及毫米波雷达信号的后处理。

芯科集成于2023年8月推出的车规级MCU CX3288采用32位RISC-V内核，符合功能安全ISO26262 ASIL-B的要求，在信息和网络安全方面支持SHE（安全硬件扩展）、Medium HSM，支持通信加密和安全启动。并且支持AutoSAR，可提供MCAL和配置工具支持。

国内MCU厂商布局车用RISC-V领域

来源：《2024年车用RISC-V芯片产业研究报告》

芯科集成推出基于RISC-V的车规MCU

来源：芯科集成

当前汽车软件和工具链仍比较碎片化，若使用 ARM 一个架构适用于所有情况，那么从上层软件厂商和操作系统到应用程序厂商都很难找到通用性。相比ARM，RISC-V的定制能力较强，其丰富的延展性可满足未来汽车电子系统不断增长的需求；且该架构免费使用，可降低研发成本，不受任何专利或版权制约。因此，汽车电子有望成为RISC-V下一个爆发点。

面向RISC-V在汽车电子的发展机遇，2023年12 月，高通、博世、英飞凌、恩智浦、北欧半导体（Nordic）等五家头部汽车电子芯片公司共同投资组建了一家专注于 RISC-V 生态的初创企业 ——Quintauris。公司总部位于德国慕尼黑，CEO 为Alexander Kocher，（此前曾担任汽车嵌入式方案供应商 Elektrobit 的 CEO 兼总裁，还曾在大陆集团、西门子和英飞凌等公司任职）。公司创立初期将重点针对汽车应用，随后逐步扩展到移动设备、物联网芯片等领域。

高通联合其他四家企业成立RISC-V 生态企业

来源：Quintauris

但在RISC-V上车方面需面临两大挑战。一是“车规”认证周期长；首先，需通过16949认证，芯片需要获得ACQ-100认证，模组需要获得ACQ-104认证，同时还需通过功能安全ISO26262认证。二是需建立健全的软件生态。包括更广泛的操作系统和中间件支持，及更多针对特定汽车应用的优化和验证。

国内主机厂支持RISC-V发展，积极与国内芯片厂商合作

一些国内主机厂也对RISC-V持欢迎态度，正积极与国内芯片厂商合作。例如东风汽车、比亚迪、奇瑞等。

2022年5月，东风公司牵头联合中国信科、武汉菱电、武汉理工、华中科大、芯来科技、泰晶科技等8家单位启动共建“湖北省车规级芯片产业技术创新联合体”。

2022年12月，由东风汽车旗下基金参投的武汉二进制半导体发布基于RISC-V架构的高性能车规级MCU芯片伏羲2360，采用芯来科技NA900 RISC-V 多核异构CPU IP。可用于发动机、变速箱、三电控制、ADAS、整车控制等领域。

车规级MCU芯片伏羲2360

来源：武汉二进制半导体

2023年7月，东风公司宣布，由其牵头成立的湖北省车规级芯片产业技术创新联合体已实现3款国内空白车规级芯片首次流片（试生产），完成了国内首款基于RISC-V指令集架构车规级MCU芯片。

奇瑞也在与国内芯片厂商合作，来定义整个RISC-V的测试架构，例如在基于RISC-V的客户端和RISC-V芯片的测试标准，来确保RISC-V芯片的可靠性。除芯片测试之外，奇瑞还基于车规，如AEC-Q100，进行了安全可靠性的测试。

此外，比亚迪与华为合作，双方在基于RISC-V架构的英特尔或高通的芯片上联合开展研究。