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RISC-V作为一种开源的芯片计算架构，主要应用于物联网、工业自动化、手机、服务器等多个领域，是当前半导体领域最为火热的赛道之一。当前芯片计算架构呈现出“x86、ARM、RISC-V三分天下”的格局，其中基于x86和ARM架构的占据了95%以上的份额，行业厂商大多只能在这二者之间选择，但因ARM授权费用昂贵，传统x86授权又过于复杂，因此基于指令精简、模块化、低成本、可扩展性、易实现性等优势，RISC-V正在成为搭建计算生态的一种新选择。
01
指令集架构产业背景
芯片是现代智能设备完成各类计算、推理、判断和控制工作的核心，但芯片何时运算、如何运算，须由系统发出指令。由程序软件发出的指挥CPU内部电路硬件协同工作的命令的集合，简称为指令集，它是连接计算机硬件和软件之间的桥梁。
笼统来讲，软件开发必须基于操作系统，而操作系统则是基于指令集架构。例如当前最为大众所知的各类电脑软件普遍是基于windows系统，而windows系统基于x86指令集架构；又例如苹果手机内的各类APP开发基于iOS操作系统，而iOS操作系统基于ARM指令集架构。
常见的指令集有两种，一种是复杂指令集（CISC），x86就属于复杂指令集；一种是精简指令集（RISC），家族成员有ARM、RISC-V、MIPS等。
（一）x86指令集：复杂指令集的代表
1978年，Intel公司开发出了16位的CPU，并命名为i8086。同年度Intel公司还开发出与之相配合的数学协处理器i8087，这两种芯片使用相互兼容的指令集，再加上i8087用于对数、指数和三角函数等数学计算的指令集，就形成了今天人们常说的x86指令集，也是当前最成功的业界技术标准。
随后的40年间，Intel陆续研制出i8系列、奔腾系列、酷睿系列等后续CPU型号。研制这些CPU芯片时，为了保持向前软件兼容，Intel所有CPU继续使用x86指令集，并根据CPU功能提升和性能增强的需要，增加了一系列扩展类指令。随着x86指令集与时俱进，其CPU芯片功能也日益强大。但是另一方面，x86指令种类数量巨大，即使不常用到的功能也需要被整合进处理器指令集中，同时复杂指令集系统每条指令的操作数寻址方式复杂，几乎所有指令都可以直接访问内存，导致其耗电量不断攀升。
Intel和AMD是全球最大的两家x86指令集CPU芯片开发商，两家公司的市值均突破千亿美元。Intel多达上百个型号的CPU都属于x86系列、AMD多达80多个型号兼容x86 CPU，x86指令集CPU芯片家族的阵容可谓是十分壮观。
（二）ARM指令集：精简指令集的代表
随着x86指令集的不断完善，人们发现计算机执行大多数程序时复杂指令集中的绝大多数指令都只在极少的时间才被用到，因此专门为这些指令设计硬件并不划算。相反，使用精简指令集可以大大简化硬件的设计，从而使流水线设计变得简化，同时也让流水线可以运行更快。精简指令集其精简在于只保留最基本最必要的指令，将复杂功能完全交给上层的软件算法和下层的专用外设去解决。
在1990年，由Acorn计算机公司、苹果计算机、VLSI Technology合资成立了ARM（全称：Advanced RISC Machines），随后ARM发展成为全球领先的CPU IP提供商。因ARM架构低功耗、低成本、高效率的特点与移动端设备的要求相匹配，ARM拿下了当时手机巨头——诺基亚的订单。在1994年，第一部采用ARM处理器的GSM手机——诺基亚6110上市并大获成功，现今全世界超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构处理器。
ARM公司自己不设计和销售CPU芯片，收入来源主要是芯片设计IP授权许可及追踪使用ARM技术销售的芯片数量所得的交付使用费，拥有ARM架构授权的公司包括高通、苹果、三星、微软、海思等。2021年、2022年ARM公司年营收分别为27亿美元、28亿美元。
（三）RISC-V指令集：异军突起的开源精简指令集
RISC-V于2010年诞生于加州大学伯克利分校，是一个基于精简指令集原则的开源指令集架构，与大多数指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件，且不会被收取高额的授权费。RISC-V的设计使其很容易在不同的平台上移植，因为其设计是相对简单和透明的，而且遵循了统一的规范和接口标准，使得软件和硬件之间的互操作性更好。除了开放性、灵活性和可扩展性之外，RISC-V还具有高性能和低功耗的优势。
此外，RISC-V架构秉承简单的设计哲学，x86与ARM架构为了能够保持架构的向后兼容性，其不得不保留许多过时的定义，导致其指令数目多，指令冗余严重，文档数量庞大，所以要在这些架构上开发新的操作系统或者直接开发应用门槛很高。而RISC-V架构则能完全抛弃包袱，借助计算机体系结构经过多年的发展已经成为比较成熟的技术的优势，从轻上路，可以说是站在了巨人的肩膀上。RISC-V基础指令集则只有40多条，加上其他的模块化扩展指令总共几十条指令。RISC-V的规范文档仅有145页，而“特权架构文档”的篇幅也仅为91页。
现阶段的RISC-V更适用于芯片使用场景更碎片化、差异化的AIoT（人工智能物联网）时代，使用RISC-V架构的设计企业拥有更独立的主导权，不会被竞争对手牵制。随着半导体国产化进程的加速以及物联网应用兴起，众多科技巨头和初创公司等加快推进开源生态，RISC-V架构有望成为继x86、ARM架构之后芯片计算架构的第三极。
02
国内外龙头重点布局RISC-V情况
（一）国际龙头企业布局情况
相比于传统闭源架构，RISC-V具有更高的灵活性、可定制性和可扩展性，这使得RISC-V成为了一个受到广泛关注的新兴技术。随着谷歌、高通、英特尔、恩智浦、英飞凌等国际行业龙头纷纷宣布入局并投入资源进行研发和推广，RISC-V正逐渐走进主流市场。
1、SiFive。SiFive位于旧金山，是最早的RISC-V公司，创立于2007年，其创始人即是发明并开发RISC-V的加州伯克利大学团队。从2015年开始，该公司发布了许多基于RISC-V的处理器内核，主要针对从单个客户到主要制造商的各个级别的开发。2017年，SiFive发布了第一款支持Linux、Unix和FreeBSD的基于RISC-V的芯片——U54-MC Coreplex。2019年，SiFive为扩展器产品组合，推出用于嵌入式架构的64位微控制器S2 Core P系列。
SiFive目前拥有超过100个RISC-V处理器许可证，并且包括高通和SK海力士在内的十大半导体公司中有六家是其客户，其设计的芯片已开始商用，包括中国可穿戴设备公司华米科技生产的智能手表和韩国初创企业Fadu生产的存储设备。当前SiFive估值已超过25亿美元，英特尔、高通、三星、SK海力士、西部数据等业界巨头都是其投资者。
2、高通。2023年8月份RISC-V领域最爆炸性的新闻，是高通宣布将与恩智浦、北欧半导体、英飞凌以及博世联合成立一家新公司，新公司计划设立在德国，旨在推广用于芯片设计的开源RISC-V架构，通过开发下一代硬件来推动RISC-V生态系统的扩展。公告显示，五家巨头将先以汽车芯片为切入点，最终延伸到物联网和移动领域，其目的是推动RISC-V架构在全球范围内的应用。
这家联合公司的成立标志着全球半导体行业的重要趋势，不仅因为这五大传统半导体巨头公司的行业影响力，更重要的是高通作为ARM最大的客户之一，已无法忍受ARM公司的多重收费带来的芯片设计成本负担，芯片设计公司已经开始站队同属精简指令集的RISC-V架构。（ARM公司的“多重收费”：芯片设计厂商从ARM的“架构库”里挑选合适的IP核，需先向ARM支付一笔数十到数百万美元的许可费才能得到授权，开始设计芯片；每次流片，都需向ARM支付一笔费用；芯片实现量产后，还要根据芯片的销售额缴纳1-2%的版税；还对部分客户征收合作费或年费。此外，ARM依托市场垄断地位，持续提升授权费的定价。）
（二）国内企业布局情况
国内RISC-V从零起步，经过5年的发展，现初具规模，已成为中国芯片领域最受欢迎的架构，呈现出全产业链上下游全面布局的态势，在全球100亿颗RISC-V核心出货量中，中国占比约50%。面对RISC-V架构的兴起，我国芯片厂商纷纷押注，包括阿里平头哥、华为等龙头企业，以及兆易创新、北京君正、芯来科技、奕斯伟等芯片厂商。
1、阿里平头哥。平头哥半导体有限公司于2018年9月成立，是阿里巴巴集团的全资半导体芯片业务主体，其前身来自于达摩院和中天微，在被阿里巴巴全资收购以前，中天微在芯片领域已经深耕了18年，拥有十多年的处理器IP研发经验，长期从事32位高性能低功耗嵌入式CPU研发和产业化，这也使得平头哥率先拥抱RISC-V架构并取得行业领先成绩。
2019年7月，平头哥发布当时业界性能最强的RISC-V处理器玄铁910，在性能指标上，直接让长期受限于低端芯片市场的RISC-V逼近了如日中天的ARM；2021年5月，平头哥推出RVB-ICE、RVB-D1、RVB2601三款开发板，为开发者和企业提供了体验RISC-V技术的桥梁；在2022 RISC-V中国峰会上，阿里平头哥发布首个高性能RISC-V芯片平台“无剑600”及SoC原型“曳影1520”。
作为全球最早一批布局RISC-V架构的公司，平头哥不仅打造了一套完整的RISC-V架构处理器核产品家族，还推动这一技术实现了Android、Debian、Ubuntu等主流操作系统的全兼容，为全新的软件应用和终端设备提供生态基础，也让RISC-V得以和x86、ARM两大主流架构并驾齐驱。
2、兆易创新。兆易创新成立于2005年，于2016年上市，经过多年内生外延发展，公司目前业务主要包括存储器、MCU、传感器三大部分。兆易创新当前市值超600亿元，2021年、2022年营收分别为85亿元、81亿元，净利润超20亿元。
兆易创新是国内规模最大的MCU企业之一，其产品是国内32位通用MCU领域的主流产品，主要是ARM Cortex-M系列32位通用MCU产品，公司已成功量产38大产品系列、超过450款MCU。2019年8月，兆易创新率先将开源指令集架构RISC-V引入通用微控制器领域，正式推出全球首个基于RISC-V内核的GD32V系列32位通用MCU产品。这是兆易创新携手RISC-V处理器内核IP和解决方案厂商芯来科技面向物联网联合开发的一款商用RISC-V处理器内核，同时提供从芯片到程序代码库、开发套件、设计方案等完整工具链支持并持续打造RISC-V开发生态。
3、北京奕斯伟计算。奕斯伟计算是一家以RISC-V为核心的新一代计算架构芯片与方案提供商，其大股东为奕斯伟集团，持股占比20.6%。奕斯伟计算作为国内领先的芯片设计及解决方案提供商，具备底层技术开发及芯片设计能力，坚定布局RISC-V架构和IP等核心技术，积极参与RISC-V开源软件生态建设，推动RISC-V架构芯片产品的规模化应用，主要围绕智慧家居、智慧园区、智能交通、无线通信、工业物联网等应用场景，为客户提供以RISC-V为核心的新一代计算架构芯片与方案。
目前，奕斯伟计算已形成软硬一体的全栈平台，拥有32位和64位系列化CPU IP。32位自研CPU IP覆盖从超低功耗电子标签，再到高能效无线连接等多种嵌入式应用场景；64位高性能自研CPU IP也在多媒体、无线路由、边缘计算等应用场景落地；车规级32位、64位的CPU IP应用于车用微控制器、辅助驾驶、车联网等场景，进一步拓展和丰富RISC-V的应用生态。
03
RISC-V产业分析
（一）RISC-V是我国芯片实现自主可控的重要路径
在贸易战背景下，自主可控成为必然趋势，RISC-V的出现被认为是中国处理器领域追求自主可控的重要选择，通过RISC-V架构可以摆脱国外x86和ARM的垄断。x86和ARM作为处理器芯片的两大架构，经过几十年的发展，已经积累了大量的专利墙，新的公司要设计x86芯片，很难避开海量的专利封堵，但RISC-V是全新并且开源的。
此外，国内外在RISC-V上的起步时间几乎一样，国内企业有足够时间积累自己的专利池，推出国产的私有IP和芯片，有助于国内厂商快速设计出包含自主知识产权的定制化处理器内核。因此，抢抓RISC-V发展机遇，是我国芯片实现自主可控的重要路径。
（二）RISC-V是未来十年的黄金赛道
2015年，非盈利性组织RISC-V基金会成立，截至目前已经有超过100个国家的3000多家企业和机构加入。从谷歌到特斯拉，从英伟达到阿里巴巴，在聚集了数量众多的科技巨头之后，越来越多同行开始采用RISC-V架构。
得益于全球企业和机构的持续贡献，RISC-V技术和市场的发展速度远超众人预期。目前，RISC-V架构芯片的出货量已达成100亿颗里程碑，仅用十二年就走完了传统架构30年的发展历程，据预测，2025年RISC-V架构芯片更有望突破800亿颗。可以说如今的RISC-V之于半导体，就像Linux之于个人电脑操作系统，安卓之于手机操作系统一样，其独特的开源特性受到全球开发者们青睐。
编辑：黄飞
工商网监
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