异构崛起，RISC-V有哪些新的成长动力？

“大门关闭前，总要留个窗户”。对于RISC-V的快速发展，业内多数认为它的确是应对半导体管制的一条路径。不过，尽管此前多出于供应链安全考虑，但随着性能不断提升、产业链不断完善、生态不断构建，RISC-V的商业化价值将逐步凸显。

RISC-V有哪些新的成长动力？如何继续做大做强？

高速成长，为什么是RISC-V？

纵观芯片史上的指令集架构，开源指令集并不是一件新鲜事，比如一度被业内认为可以比肩ARM、X86、成为全球三大主流架构之一的MIPS。可谓风靡一时，但随着新应用的崛起和对手的激烈竞争，最终还是难逃一声叹息。

反观RISC-V，十二、三年间得到了迅速发展。其开放架构优势固然被业界认可，并且在其他架构存在不授权或不供应等风险的背景下，RISC-V架构也被认为是本土芯片换道超车的机遇。那么，除此之外，打造一个成功的指令集架构生态还需要哪些努力？还有哪些成长驱动力？

Calista Redmond表示，在过去的50多年，确实有不同的指令集架构曾经出现过，但是只有两种指令集架构与众不同，并且站稳了脚跟，这就是X86和ARM架构，原因就是它们在工作负载、规模以及纵向的整合能力方面表现突出。

她指出，移动终端的计算方式不同以往，在这个新的时代，一个指令集架构是否能够成熟丰富，取决于多种因素。首先是生态的建立，要形成一个完整的硬件和软件生态系统，能够吸引更多的合作伙伴和客户参与其中；其次是商业模式的问题，即如何建立可持续的商业模式，为参与者提供经济利益和增长空间；最后是指令集架构本身的问题，包括架构的灵活性、性能、功耗等方面。

在当前的指令集架构中，开放和合作变得尤为重要。指令集架构的开放，指的是允许任何人自由使用、修改和定制，使得设计者和开发者能够拥有更大的自由度，避免深度捆绑带来的局限性；合作则是指令集架构与不同的合作伙伴和客户之间的合作关系，通过各方合作，共同推动指令集架构的发展，建立一个更加完善的生态系统。

Calista Redmond指出，一种架构被多方所拥抱、采纳，历来是以波浪式的方式所进行的。有的公司愿意做“第一个吃螃蟹的人”；有的公司愿意做 “等待者”，他们要看到更多同类型公司采纳，才会有意愿进行投入；还有的公司是“后来者”，要在整个生态系统建立之后才会迈出脚步。

对于多数公司来说，被客户推动是最大因素，比如客户提出的授权条款、兼容性等要求，能够带来最大的影响力，也是他们选择新架构的驱动因素。

异构崛起，RISC-V扮演什么角色？

通用算力+AI算力驱动的多样性计算时代正在到来，在未来的异构算力中，RISC-V将扮演什么角色？主要有哪些增长潜力？

包云岗表示，AI算力需求确实在不断增加，但同时要注意到，AI算力的增长离不开通用计算的支持。一个复杂的应用不仅仅涉及AI计算，还包括其他各种类型的计算任务。以自动驾驶为例，自动驾驶芯片不仅需要具备AI加速能力，还需要通用高性能CPU的支持，这种组合才能满足包括自动驾驶系统在内的复杂应用场景需求。

此外，在支持大模型运算时，数据迁移也是一个重要问题。由于数据量远大于单个算力卡的存储容量，因此需要在CPU和算力卡之间进行大量的数据迁移，这其实对计算性能也有很大的影响。高性能处理器如果具备更好的I/O加速能力、数据搬移能力，就可以加速这类大模型训练的场景。

在这两种典型的算力需求增加的场景中，RISC-V其实都可以发挥重要作用。通过提供高性能的RISC-V架构，有助于在更多领域创造新的架构，从而提高计算效率。

“比如将RISC-V单元和AI加速器集成到一颗芯片中，就不再需要通过PCIe等总线进行长距离的数据迁移。在一颗芯片内部，带宽还可以得到数量级的提升，这将为我们带来许多创新机会”。包云岗强调，“我相信RISC-V的开放性能够带来更多创新机会，满足不断增长的算力需求，在各个领域实现更高效的计算。”

短板面前，更需共建生态

尽管应用百花齐放、商业落地也在摸索中积极前行，但不可回避的是，RISC-V仍存在短板，比如工具链不完善、应用软件生态不够丰富等。如何提升这些短板、进一步促进RISC-V的生态壮大？

武延军表示，早期的RISC-V应用主要集中在嵌入式领域，以微控制器（MCU）为代表，当时的生态非常小。随着处理器能力不断升级，应用越来越丰富，面向PC、甚至服务器的处理器也诞生了。也就是说，只有处理器能力不断提升，才会有大量软件可以运行，才会真正显现出生态的影响力。

工具链是软件开发中的关键一环，对芯片来讲，必须要有编译工具链才能把它的指令集特性发挥出来。而工具链一般有两种方式，一是厂商自己开发，提供的是私有的工具链；另一种是行业共同打造一个公共的工具链，这对RISC-V来说是更为适合的一种方式。

他以中国科学院在做的RISC-V原生操作系统为例，除了要做Linux Kernel适配之外，最主要是做相应的编译工具链，已经在GCC、LLVM（开源编译器框架）上做了大量的指令集相关后端的实现。同时，跟随RISC-V国际基金会标准进程提供相应的参考实现，让行业伙伴在讨论标准时有据可依，甚至可以给标准制定过程反馈问题，促进完善。目前看来，工具链的参与方越来越多，功能越来越完善。现在大家也都意识到，工具链应该共建，共同推动RISC-V生态发展。

在全球的开源软件生态方面，RISC-V的步伐在加快。包括Google的Android开源版本AOSP、openEuler等，都已将RISC-V作为官方支持的指令集标准规范。

“这可能是以前看不到的景象，但在过去一年多时间，我们陆续看到了，很多知名开源社区、开源操作系统发行版都在支持RISC-V。RISC-V在软件生态建设的路上，以后会越来越快”。武延军表示，“中国科学院软件研究所希望能把基础软件做成RISC-V的‘数字公共品’，持续打造RISC-V基础软件生态。”

五种商业模式，存在变革机会

当前，多数初创企业仍采用传统开发模式和商业模式，开源RISC-V所蕴含的价值被充分挖掘了吗？RISC-V更大的商业机会到底在哪里？包云岗认为，大致存在以下五种商业模式：

第一种是复制传统的ARM模式，创业公司有机会成立RISC-V IP公司，提供自研的IP核或Chiplet。

第二种是针对高价值、高性能领域（比如服务器、自动驾驶等），通过自研处理器核、Chiplet和SoC，可省去高档次ARM IP核高昂的授权费，并且可自由定制和扩展。

第三种是面向某个特定的量大的应用场景。由于RISC-V允许灵活定制和扩展，初创企业可以自研或基于开源RISC-V处理器核开发专用芯片。比如中科蓝讯基于RISC-V的TWS耳机芯片，一年有将近10亿的出货量，营收超过十几亿，就是很典型的代表。

第四种是类似于TI的方式，做平台型企业。由于RISC-V允许企业灵活定制，因此有机会参考TI模式创建一个平台型公司，为中小用户提供“一站式芯片设计服务”，满足面向千亿量级IoT场景的成千上万种定制芯片需求。

第五种是复制开源软件领域的商业模式，典型代表就是Linux+RedHat模式，即基于开源主线提供高质量的商业发行版，供下游企业使用，RISC-V领域目前还没出现这种模式。基于开源的RISC-V实现（比如香山），有机会成为CPU领域的RadHat，为下游SoC芯片设计企业提供IP产品和设计服务。

包云岗认为，多数初创企业都属于前三种商业模式，基本上是对现有ARM方案的替换，商业模式比较清晰，可以复用现有的芯片开发工具。相应地，这几种模式的竞争也会更激烈。

长远来看，模式四、五还是一片蓝海，存在很大的颠覆性技术变革的机会，若在一些技术上实现突破，可能会对整个芯片设计产业带来颠覆性影响。并且，可以和前三种模式很好地融合起来，支撑前三种模式的发展。

写在最后

今年年初，RISC-V被《麻省理工学院技术评论》选为十大突破性技术之一，理由是“芯片设计正在走向开放，灵活、开源的RISC-V有望成为改变一切的芯片设计”。

Counterpoint Research预测，到2025年时采用RISC-V架构的芯片数量将增长至800亿颗，届时，RISC-V将占据全球14%的CPU市场、28%的IoT市场、12%的工业市场和10%的汽车市场。

新一轮芯片设计技术与产业变革的浪潮正在到来，这将带来很多新机遇，甚至推动产业重新洗牌。与x86、ARM相比，无论是生态、软件规模还是性能优化程度，RISC-V仍有明显不足。但是，处理器能力的不断增强、软件生态的不断丰富，确实在逐步奠定它不可阻挡的上扬趋势。

编辑：黄飞