RISC-V將贏(yíng)得下一輪架構之爭？

　　在全球市場(chǎng)上，芯片指令集呈現雙寡頭格局，基于X86和ARM架構的處理器長(cháng)期占據絕大多數市場(chǎng)份額，X86架構在PC及服務(wù)器市場(chǎng)一家獨大，移動(dòng)市場(chǎng)則由ARM架構一統江湖。

　　在這樣一個(gè)格局中，中下游廠(chǎng)商大多只能在這二者之間選擇，但是ARM授權費用昂貴，傳統X86的授權又過(guò)于復雜，業(yè)界一直期待在CPU架構領(lǐng)域能有更多選擇。

　　隨著(zhù)AIoT時(shí)代的到來(lái)，RISC-V架構開(kāi)放、靈活、模塊化，特別適合滿(mǎn)足AIoT市場(chǎng)場(chǎng)景碎片化、差異化的市場(chǎng)需求，產(chǎn)業(yè)界普遍認為它有望成為下一代廣泛應用的處理器架構。Semico Research預測，到2025年，RISC-V市場(chǎng)規模將超10億美元。

　　近日，行業(yè)大牛Jim Keller在一次公開(kāi)演講中也直言，未來(lái)是屬于RISC-V的。

　　Jim keller認為，RISC-V的開(kāi)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，RISC-V雖然在性能、生態(tài)等問(wèn)題上存在不足，但憑借開(kāi)放式標準，RISC-V的發(fā)展速度遠超X86及ARM。

　　RISC-V采用的開(kāi)放標準讓各個(gè)廠(chǎng)商可以在架構基礎上進(jìn)行大幅度的修改和定制，不需要擔心后續會(huì )因為各種原因而失去授權或影響到產(chǎn)品的生產(chǎn)使用。同時(shí)，RISC-V存在架構優(yōu)勢，使其可以同時(shí)適應極低功耗及高性能處理器的設計需求，這一點(diǎn)也是X86和ARM無(wú)法做到的。

　　當Jim keller看好RISC-V時(shí)，這無(wú)疑為其平添了幾分可能性。對Jim keller有了解的讀者應該知道，Jim keller過(guò)去創(chuàng )造過(guò)許多成功的處理器方案，幾乎每一次跳槽，Jim keller都能刷新對應處理器的行業(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(píng)果、特斯拉、Intel等公司任職，一次又一次創(chuàng )造了被認為是芯片行業(yè)中，至關(guān)重要的領(lǐng)先部件。

　　上世紀九十年代，Jim Keller在DEC工作，涉足了Alpha處理器項目的設計，產(chǎn)品包括21164與22164。Jim Keller的本段經(jīng)歷使其深入了解RISC的設計理念，并通過(guò)Alpha架構，奠定了架構設計能力。Alpha架構的設計理念深度影響了后續AMD、Intel等芯片廠(chǎng)商的架構設計路線(xiàn)。

　　1998年，Jim keller從DEC離職，加盟AMD，主導了K7/K8/K12處理器的研發(fā)，其中K8處理器讓AMD第一次擁有了對抗Intel的資本，X86架構不再是Intel一家獨大，同時(shí)推動(dòng)AMD的64位X86架構處理器落地，使得AMD在技術(shù)路線(xiàn)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擔任首席架構師，直到2004年離職，加入PASemi任工程副總裁，轉型研究RISC產(chǎn)品，使MIPS的構建速度可與專(zhuān)用ASIC相媲美。

　　PASemi被蘋(píng)果收購后，Jim Keller開(kāi)始主導蘋(píng)果的A系列處理器研發(fā)計劃，為蘋(píng)果A芯片領(lǐng)先全球，奠定了架構基礎。

　　完成A系列處理器的設計后，Jim keller再次跳槽，重返AMD。自從Jim keller離開(kāi)AMD后，AMD后續的Bulldozer系列處理器一度被稱(chēng)為最糟糕的X86處理器，AMD依靠K8處理器搶到的市場(chǎng)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系列的后續研發(fā)計劃全部推倒，重新設計了一個(gè)全新的處理器架構，這就是大家都不陌生的Zen架構。Zen架構讓AMD一舉翻身，在性能排行榜上壓制Intel數年，甚至一度在處理器出貨量上超越Intel，基于Zen系列，AMD后續還拓展了EYPC等系列處理器，開(kāi)始全方位與Intel競爭。

　　第二次拯救AMD于水火之中后，Jim Keller于2016年加入特斯拉擔任Autopilot部門(mén)的負責人，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(lái)到Intel，擔任高級副總裁、系統架構師，受限于保密協(xié)議，Jim keller負責的項目沒(méi)有曝光。但從Intel進(jìn)展來(lái)看，2019年5月，Intel發(fā)布全新的ice lake架構。據悉，Intel 12代酷睿所使用的大小核設計就由Jim Keller主導開(kāi)發(fā)，而12代酷睿的誕生被譽(yù)為Intel的翻身一戰，再次壓制了AMD成為x86架構的新王者。

　　回顧Jim keller的經(jīng)歷，幾乎每一款經(jīng)典處理器都改寫(xiě)了行業(yè)上限，從x86到ARM，似乎就沒(méi)有他不了解的處理器架構。

　　然而，同樣是兩年后，Jim keller從Intel離職，這次他選擇了創(chuàng )業(yè)，擔任Tenstorrent的聯(lián)合創(chuàng )始人及CTO，主攻RISC-V。

　　也正因如此，當這位曾在x86和ARM架構芯片領(lǐng)域取得過(guò)較高成就的硅谷傳奇工程師，選擇調轉航向，親自下場(chǎng)押注RISC-V架構，不免讓業(yè)界對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)布到現在，RISC-V指令集只走過(guò)12年的時(shí)間，但它在這期間取得的成就，遠遠超過(guò)同時(shí)期的X86和ARM。

　　RISC-V開(kāi)源ISA于2016年首次推出，但最初的內核僅適用于微控制器和一些基本的片上系統設計。然而，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，眾多芯片開(kāi)發(fā)商已經(jīng)針對云數據中心、AI工作負載和高級存儲應用等多領(lǐng)域創(chuàng )建了設計，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(guò)3100個(gè)會(huì )員加入，會(huì )員數量在2021年暴增了134%。RISC-V產(chǎn)業(yè)在過(guò)去幾年里取得的初步成果，搭載RISC-V內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，而RISC-V基金會(huì )成立至今僅7年。由此可見(jiàn)，RISC-V這個(gè)新興架構正在吸引著(zhù)全球眾多參與者躬身其中，紛紛卡位RISC-V賽道。

　　從國外廠(chǎng)商動(dòng)態(tài)來(lái)看，蘋(píng)果積極轉向RISC-V陣營(yíng)，Intel業(yè)務(wù)也延伸至此，包括Jim Keller坐鎮Tenstorrent、Microchip、瑞薩電子、Nordic、ST等國際廠(chǎng)商都在積極布局，開(kāi)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芯片累計出貨量超10億；搭載Codasip的IP芯片出貨量已達20億顆；作為業(yè)內成熟的IP供應商，Imagination進(jìn)入RISC-V市場(chǎng)再次突顯了RISC-V架構的擴展特性，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(chǎng)商積極布局。

　　能夠看到，國外廠(chǎng)商在RISC-V上的布局在逐漸呈現，除了芯片設計、IP廠(chǎng)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架構的發(fā)展和成熟。

RISC-V，在國內市場(chǎng)掀起風(fēng)暴

　　中國RISC-V市場(chǎng)發(fā)展迅猛，憑借國內龐大的半導體市場(chǎng)，中國企業(yè)可以迅速對RISC-V芯片進(jìn)行迭代更新，并且依據用戶(hù)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，預計中國占比超過(guò)1/3。

　　中國社區作為工作小組和研發(fā)伙伴，一直是RISC-V最強有力的貢獻者之一。在RISC-V基金會(huì )初期的19家高級會(huì )員企業(yè)中，有整整12家來(lái)自中國，華為、阿里巴巴、紫光展銳、中興等企業(yè)都是早期高級會(huì )員，對RISC-V的發(fā)展有著(zhù)舉足輕重的作用。

　　RISC-V對于中國的半導體企業(yè)來(lái)說(shuō)是一個(gè)難得的機會(huì )，因為RISC-V起步晚所以大家都還處在一個(gè)起跑線(xiàn)上，而且開(kāi)放式標準也讓國內企業(yè)可以更安心的發(fā)展RISC-V，不用擔心未來(lái)某一天突然失去授權。

　　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(chǎng)仍被X86、ARM架構壟斷，但新興的開(kāi)源指令集RISC-V將為我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供新機遇，如果抓住機會(huì )，就有可能在CPU核心技術(shù)上掌握主動(dòng)權?！?/p>

　　在此機遇和趨勢下，國內涌現出一批RISC-V玩家，包括華為海思、全志科技、兆易創(chuàng )新、樂(lè )鑫科技、北京君正、中微半導體、匯頂科技、凌思微電子、先楫半導體、華米科技、沁恒微電子、芯晟科技、愛(ài)普特微電子、晶視智能、啟英泰倫、方寸微電子、中科藍汛、航順芯片、飛思靈微電子、博流智能以及中科院計算所等在內的芯片廠(chǎng)商和科研機構都相繼推出了基于RISC-V架構的SoC、MCU、DSP芯片等產(chǎn)品。

　　此外，阿里平頭哥、芯來(lái)科技、賽昉科技、睿思芯科等可以提供基于RISC-V架構的處理器IP、編譯器、工具鏈等產(chǎn)品。據悉，阿里平頭哥玄鐵系列的RISC-V芯片已經(jīng)供應一百五十多個(gè)企業(yè)和客戶(hù)，超過(guò)500個(gè)授權使用，出貨量已經(jīng)達到25億顆；芯來(lái)科技RISC-V CPU IP產(chǎn)品線(xiàn)覆蓋從低功耗到高性能的各種應用需求，正式授權客戶(hù)已超過(guò)100家...

　　一些列動(dòng)態(tài)和成果，呈現出國內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)象牙塔的基礎架構，真正走向市場(chǎng)化發(fā)展。

國產(chǎn)RISC-V的優(yōu)勢和挑戰

　　隨著(zhù)半導體市場(chǎng)進(jìn)入一個(gè)新的階段，中國半導體行業(yè)需要抓住一切機遇，尋找突破科技封鎖的方法，RISC-V或許將成為一個(gè)突破口。

　　武延軍對此也表示認同。他指出，對于中國發(fā)展RISC-V來(lái)說(shuō)，很明顯的優(yōu)勢首先是一個(gè)巨量的市場(chǎng)；然后有大規模的計算機工程師團隊和專(zhuān)業(yè)人才；同時(shí)有足夠豐富的應用場(chǎng)景能夠充分發(fā)揮RISC-V的多樣性。

　　“還有一個(gè)獨特的優(yōu)勢，那就是我們可能沒(méi)有國外一些老牌廠(chǎng)商和機構的歷史包袱，沒(méi)有它們已經(jīng)存在的商業(yè)利益或者技能上的慣性，使我們有機會(huì )從一個(gè)全新的視角、一個(gè)全新的架構下面去做一些開(kāi)創(chuàng )性工作?！蔽溲榆娧a充道。

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

　　因此，對于RISC-V在中國的發(fā)展，除了需要面對制造的挑戰以外，還需要克服處理器IP核和核心基礎軟件兩方面的困難。其中，后者的編譯工具鏈和操作系統是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。

　　平頭哥半導體副總裁孟建熠對此指出，RISC-V還需要大家把整個(gè)架構不斷的做得穩定、可靠；有了“穩定、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(lái)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(lái)看，整個(gè)發(fā)展勢頭還是非常好的。

生態(tài)，RISC-V勝負關(guān)鍵手

　　RISC-V的潛力，正讓很多芯片公司感到興奮，國內外新興RISC-V企業(yè)和原有科技巨頭紛紛布局卡位。

　　據華泰證券研報，開(kāi)源指令集架構RISC-V在A(yíng)IoT時(shí)代應用場(chǎng)景及市場(chǎng)空間將快速增長(cháng)，預計2025年全球RISC-V出貨量將超過(guò)600億顆。RISC-V似乎爆發(fā)在即，生態(tài)建設成為勝負手關(guān)鍵。

　　從市場(chǎng)現狀來(lái)看，RISC-V目前只是在MCU領(lǐng)域稍有建樹(shù)，局限于一些對算力和對軟件生態(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。

　　針對其應用領(lǐng)域，RISC-V基金會(huì )CTO Mark Himelstein透露，RISC-V在未來(lái)幾年將會(huì )發(fā)力汽車(chē)、數據中心和安全等多個(gè)應用領(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(lái)幾年的關(guān)注重點(diǎn)。

　　孟建熠強調，RISC-V現在應該在一個(gè)初步證明它商業(yè)化可用的這條路上，其發(fā)展速度非?？?。和Arm一樣，RISC-V在早期的時(shí)候首先在嵌入式領(lǐng)域先打開(kāi)一個(gè)環(huán)節，基本證明可用。接下來(lái)，可能就是它要往更加高性能、更加縱深的方向去發(fā)展。

　　比如數據中心，就是RISC-V正在努力的方向。

　　然而，近日Arm高管在接受采訪(fǎng)時(shí)試圖淡化RISC-V對ARM業(yè)務(wù)的威脅。Arm基礎設施業(yè)務(wù)高級副總裁兼總經(jīng)理Chris Bergey表示：“雖然RISC-V可能在某些市場(chǎng)上獲得牽引力，但Arm并不擔心新貴ISA會(huì )侵蝕其在數據中心的新立足點(diǎn)?！?/p>

　　RISC-V要進(jìn)入數據中心，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定性，來(lái)適配更復雜的應用場(chǎng)景。

　　武延軍也認為，RISC-V往高性能走，對處理器的設計和軟件生態(tài)都是一個(gè)非常大的挑戰。

　　他舉例表示，中科院軟件所在國際上游開(kāi)源社區，國內開(kāi)源歐拉社區、平頭哥等都做了大量的RISC-V基礎軟件適配工作?！暗覀兛梢钥吹?，目前還是有很多核心的基礎軟件不能很好地跑在RISC-V平臺上?！睋私?，這可能會(huì )與指令集規范還不成熟有關(guān)，但更多的是因為這些基礎軟件包之前都是在X86和ARM上面去跑，從維護者、社區的角度，還沒(méi)有把RISC-V當成Tier1或者First-Class-Citizen度去對待。這有理念問(wèn)題，有投入問(wèn)題，也有商業(yè)利益回報的問(wèn)題。

　　因此，基礎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下還去“造輪子”。因此在一些基礎的編譯工具鏈、操作系統，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(shuō)每個(gè)RISC-V處理器廠(chǎng)家都要自己做一套，這其實(shí)是一個(gè)很大的浪費。

　　目前，國外已經(jīng)有好多公司在往數據中心的方向發(fā)展了，它們也是整個(gè)賽道里面非常熱門(mén)的公司，在大家努力下，整個(gè)RISC-V在數據中心的生態(tài)正在逐步建設當中。

　　從生態(tài)繁榮程度來(lái)看，RISC-V目前可能處在A(yíng)RM大概在2000-2005年的階段。彼時(shí)，有關(guān)ARM的各種培訓資料、書(shū)籍、培訓班在大量的出現，市場(chǎng)上對ARM開(kāi)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(kāi)了非常激烈的競爭。

　　武延軍指出，現在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(cháng)。我們看到不光是教育科研、各種文檔材料、人才培訓，而且已經(jīng)有非常好的商用場(chǎng)景、非常高的出貨量。當前階段，可能也是整個(gè)生態(tài)上下游都可以開(kāi)始發(fā)力的階段了，如果說(shuō)之前還在觀(guān)望的話(huà)，我覺(jué)得從這個(gè)階段開(kāi)始大家已經(jīng)可以不用去觀(guān)望了，不管是從個(gè)人學(xué)習能力提升角度，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(guān)察到的，隨著(zhù)RISC-V的發(fā)展，Arm已經(jīng)改變了其內核許可的方式。例如，面對免版稅、開(kāi)放和模塊化的競爭對手，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(guò)頭看，無(wú)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，決定競爭終局的或許從來(lái)不是技術(shù)本身，而是豐富的上層應用、高效的軟硬協(xié)同以及爆發(fā)的市場(chǎng)需求。

　　總結起來(lái)就是兩個(gè)字：生態(tài)。

　　生態(tài)的培育，是一個(gè)漫長(cháng)的過(guò)程。對于RISC-V未來(lái)的生態(tài)發(fā)展趨勢，孟建熠強調：“從競爭性角度看，Arm架構和x86架構分別在移動(dòng)終端、PC和服務(wù)器市場(chǎng)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A(yíng)IoT、新能源汽車(chē)電子、異構計算等新興領(lǐng)域，RISC-V和其他架構站在同一起跑線(xiàn)，反而具備一些巨頭們不具備的新起跑優(yōu)勢?！?/p>

　　展望未來(lái)，RISC-V與Arm和X86將會(huì )在競爭過(guò)程中逐漸找到自己的定位，不斷融合、互相借鑒、長(cháng)期共存，形成“三分天下”的局面，在各自擅長(cháng)的領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢。