RISC-V的進擊與糾結

“三分天下有其一”。

當談及RISC-V在未來全球芯片架構格局中的地位，中國工程院院士倪光南如是說。

倪光南在RISC-V中國峰會2021上發(fā)言

而倪光南口中聲稱將與RISC-V“三分天下”的，一面是英特爾設計且由其主導建立起了電腦生態(tài)帝國的x86架構；一面是默默耕耘數(shù)十年，乘著移動手機東風打通了安卓、IOS兩大手機系統(tǒng)的Arm。

從現(xiàn)在的市場份額來看，RISC-V還只是個“弟弟”。別說“三分天下”， 當前RISC-V架構連Arm、x86架構下性能相仿手機、電腦的CPU都未能成型。

然而就是這個“弟弟”，卻在6年的時間里，建設成國際型芯片架構產業(yè)鏈企業(yè)基金會——RISC-V International。2021年基金會公司成員數(shù)量增加292家，增長27.5%。

6年的時間，與2015年創(chuàng)建之時的36家企業(yè)相比，這一國際基金會參與企業(yè)的數(shù)量，增長了50多倍。

難道“三分天下”真的指日可待了？

來勢洶洶，架構巨頭虎軀一震

先看一組數(shù)據(jù)。

截至2021年12月，RISC-V International基金會集團成員比年初增長了130%，達到24278名。

截至2021年12月，RISC-V International 企業(yè)成員來自70多個國家，企業(yè)成員數(shù)量增長至2000多家，與2015年初創(chuàng)時相比增長了50多倍。

截至2021年12月，全球范圍內產出的RISC-V核累計超過20億顆。這是RISC-V在其誕生第11年創(chuàng)下的數(shù)據(jù)。遠超x86、Arm架構出現(xiàn)后同期數(shù)據(jù)。

當前，已有近100款不同門類及型號的RISC-V芯片應用于云端、移動、高性能計算核機器學習等多個產業(yè)。

據(jù)Semico Research預測，至2025年，全球市場RISC-V核產量會累計超過600億顆，其中在工業(yè)應用領域會超過167億顆，年復合增長率為146%。

RISC-V收入正呈指數(shù)級增長（圖源：德勤咨詢）

成員數(shù)量之多、增長速度之快，不禁讓人浮想聯(lián)翩。

如果說數(shù)據(jù)不能說明問題，那么大廠的所作所為或許能讓人看破一二。如果RISC-V能成氣候，直接影響到的，將是其競爭對手——X86、Arm、MIPS三家架構的利益。RISC-V與上述三家架構號稱全球四大架構。2021年3月，MIPS公司正式宣稱放棄自研架構，轉身研發(fā)RISC-V。同月，CPU市場老大哥英特爾首席執(zhí)行官Pat Gelsinger也宣布，將對外開放基于7nm的SiFive IP代工制造業(yè)務。英特爾還稱，基于7nm RISC-V架構的Horse Creek開發(fā)平臺將于2022年登場，而基于X86的7nm Meteor Lake處理器則是在2023年實現(xiàn)量產。這意味著在英特爾的規(guī)劃中，7nm在RISC-V架構上實現(xiàn)應用將不晚于X86，甚至還會跑在X86的前頭。

而為英特爾Horse Creek平臺提供IP架構的，正是全球第一家RISC-V架構設計企業(yè)SiFive，這家企業(yè)可以說是與RISC-V架構的誕生同本同源，其創(chuàng)建人同樣起源于美國加州大學伯克利分校。2021年6月，英特爾曾想花20億美元將當時市值約5億美元的SiFive收入囊中，但此交易沒能達成。溢價3倍收購，不難看出英特爾對RISC-V壯大將會產生對自己市場的隱憂。而不接受并購，不僅透露出SiFive的狼子野心，更顯示出這一與RISC-V密切相關的企業(yè)對該架構未來前景的看好。

RISC-V國際基金會成員示意圖

RISC-V威脅的不僅僅是X86，其最為虎視眈眈的，是盤踞移動端架構市場寶座的Arm。

低功耗是Arm能夠贏得移動端市場的制勝法寶。而RISC-V在低功耗方面也毫不遜色。甚至還將獲得更優(yōu)的低功耗效果。由于RISC-V是模塊化的，芯片設計者可以根據(jù)自己的需求，對不需要的模塊進行拆解。用芯來科技創(chuàng)始人胡振波的話來說，RISC-V的模塊化特性，類似按需點餐的中餐，而Arm是類似一價全包的自助餐。自助餐可能會提供很多客戶不需要的冗余功能，而單點餐就允許客戶根據(jù)自己的需要自主選擇。如此一來，芯片設計模塊化便能夠極大的提升產品的靈活度和，使得設計與應用更加匹配。

胡振波在接受《中國電子報》記者采訪時表示：“目前市場上的RISC-V CPU IP 性能大多處于對標Arm的M系列、R系列及入門級的A系列產品的范圍內。”胡振波表示，RISC-V在端側物聯(lián)網和云側專用計算領域應用最為活躍。特別是在端側RISC-V架構IP覆蓋了AIoT、安全芯片等應用場景，而這些在過去都是Arm占主導地位的領域。當前，RISC-V CPU商用版 IP相比同檔次的Arm產品具有很大的價格優(yōu)勢，這無疑對Arm的市場份額造成了一定的沖擊。 

成也開源，敗也開源？

眾人拾柴還是搭便車？

RISC-V之所以被寄予厚望，很大程度上是在于其開放性。在芯片核心技術的國際爭奪愈演愈烈的今天，如何保證芯片產業(yè)鏈、供應鏈安全，是所有國家和相關企業(yè)關注的核心問題。

開放性，是各企業(yè)選擇RISC-V架構、選擇加入RISC-V International基金會的重要原因。類似于5G標準委員會的運營模式，RISC-V國際基金會成員需要各自貢獻基于RISC-V指令集的CPU架構，共同為RISC-V標準建言獻策，哪家企業(yè)提出的解決方案更優(yōu)，就更容易被采納為RISC-V標準方案。而各家公司往基金會中的投入，也將服務于RISC-V方案研發(fā)。指令集開源，各家開發(fā)的指令集自愿開源，各芯片設計企業(yè)各自依據(jù)RISC-V標準指令集開發(fā)適合自己的指令集，或者尋求RISC-V IP供應商協(xié)助。核心指令集的開源，為芯片設計公司保證自身供應鏈自主可控提供了可能性。共建共享的機制也給RISC-V架構的快速更新迭代提供了機會。

RISC-V中國峰會2021系列活動（圖源：RVBoards）

然而，也有企業(yè)詬病開放的產業(yè)體系可能帶來的弊端：搭便車。

當談及當前RISC-V產業(yè)面臨的問題，工具鏈不健全、產業(yè)生態(tài)不完善是記者在采訪企業(yè)過程中最常聽到的答案。

而RISC-V工具鏈企業(yè)澎峰科技聯(lián)合創(chuàng)始人王軍輝在接受《中國電子報》記者采訪時提及：“想要完善工具鏈，健全完善的產業(yè)生態(tài)，是需要RISC-V產業(yè)鏈企業(yè)共同投入的。不能只想著吃‘免費的午餐’。”王軍輝表示，若是每個企業(yè)都想著，當別人做出來了，我拿來用就好了，那么RISC-V的開源項目就建設不起來。

“如果每個人都希望去免費地獲得一些東西，他一定是不會自由的。”王軍輝說，“一顆成功的智能芯片，RISC-V只是一種基礎的關鍵技術，并不是芯片的全部，還包括大量的其他IP，SoC設計工作，工具鏈，基礎軟件和應用研發(fā)，AI的權重也將越來越大。同樣，芯片也不是產品的全部，產品是整個產業(yè)鏈分工協(xié)作和努力的結果。”

他認為，RISC-V的開源理念應該貫徹到整個產業(yè)鏈，產業(yè)鏈伙伴應該協(xié)同起來以各種形式來支持和投入開源項目的建設，否則，中國企業(yè)將繼續(xù)錯過這個難得的發(fā)展機遇期。

三大攔路虎，怎么除？

對于RISC-V而言，其發(fā)展仍處于初期階段。

芯原股份創(chuàng)始人、董事長兼總裁戴偉民在接受《中國電子報》記者采訪時表示，RISC-V現(xiàn)在有三個關鍵問題待解決：

第一，缺乏軟件生態(tài)；第二，缺乏專利保護和RISC-V核認證中心；第三，需要加強RISC-V的基礎學術研究與人才培養(yǎng)。

RISC-V中國峰會2021澎峰科技展臺

至于RISC-V生態(tài)。

胡振波表示，在物聯(lián)網領域，RISC-V已不存在明顯的生態(tài)劣勢。很多公司需要基于自己的應用場景定制處理器產品來實現(xiàn)各種物聯(lián)網產品，RISC-V的可定制性要比Arm在此更具優(yōu)勢。我們能看到，各種工具鏈、專用或通用的嵌入式操作系統(tǒng)，已經普遍支持RISC-V架構。從生態(tài)參與者來看，RISC-V國際基金會會員也已覆蓋到包括IP供應商、IC設計企業(yè)、開發(fā)工具和軟件平臺提供商、系統(tǒng)廠商、云服務提供商、教育與研究機構，以及個人開發(fā)者在內的全產業(yè)鏈，形成了許多良性的互動。胡振波舉例稱，2021年12月，在芯原股份牽頭舉辦的滴水湖RISC-V產業(yè)論壇中，發(fā)布了一批基于RISC-V架構的應用芯片，其應用覆蓋了物聯(lián)網、汽車、視頻監(jiān)控、語音助手、智能家居、通信、網絡等領域。而不同領域中也有自己的RISC-V產業(yè)生態(tài)建設者，包括中國移動在內，許多企業(yè)在打造完整的應用生態(tài)鏈。

而當前RISC-V軟件生態(tài)的缺乏，一方面體現(xiàn)在高性能計算，尤其是需要取得安卓、IOS、windows系統(tǒng)認證的手機和電腦芯片架構領域；一方面在于重要軟件和部分計算庫的缺失。

“有一個統(tǒng)計，知名的 Linux 發(fā)行版 Debian 的軟件倉庫中，現(xiàn)在超過 95% 的軟件都可以在 RISC-V 上編譯和運行。這個數(shù)字很好看，完成度也確實很高了，但是我們心里很清楚，目前缺失的 5% 包含了軟件生態(tài)中非常重要的軟件，例如瀏覽器、高性能Java虛擬機、NodeJS生態(tài)、LibreOffice辦公套件等。”中國科學院軟件研究所PLCT實驗室項目總監(jiān)吳偉在接受采訪時流露出對當前RISC-V軟件生態(tài)建設的無奈。但要問如何完善RISC-V的軟件生態(tài)，戴偉民表示，這便需要借助開放的RISC-V硬件平臺以促進和加快開源的RISC-V軟件平臺的建設：“我們可以在中國成立類似Linaro那樣的非盈利性組織或公司，不斷改進和優(yōu)化RISC-V開源軟件產品及開發(fā)工具, 以幫助中國公司快速推出基于RISC-V架構的產品。”

RISC-V中國峰會2021芯來科技展臺

胡振波表示，CPU的計算庫還有缺失，不像Arm的計算庫這么完備，需要開發(fā)芯片廠商自己移植或者自己做，這一工作對芯片廠商來說難度很大，因此需要CPU廠商、聯(lián)盟或者是一些科研院所做出一些通用的庫來支撐相關應用。

吳偉介紹稱，開源RISC-V工具鏈主要以LLVM和GCC兩大開源軟件為主。當前國內外都有一些廠商致力于工具鏈生態(tài)建設。例如歐洲Embecosm等老牌編譯器廠商，在積極參與 RISC-V 工具鏈開發(fā)維護；美國的SiFive 公司也組建了一個規(guī)模較大的編譯器團隊在做 RISC-V 工具鏈支持，既包含自家產品的優(yōu)化，也包含了RISC-V公共功能的實現(xiàn)。西部數(shù)據(jù)（WDC）公司在QEMU模擬器方面投入比較大。國內目前各個芯片公司內部都有自己的工具鏈團隊。在開源社區(qū)活躍的團隊目前除了PLCT實驗室外，還有阿里巴巴平頭哥軟件團隊、晶心科技、芯來科技等。

至于建設專利保護和RISC-V核認證中心。

戴偉民將專利保護的問題進行了形象化比喻：“RISC-V指令集類似于字典，基于RISC-V的處理器架構類似于文章，字典里的字沒有版權，但寫成文章后有版權問題。”

“迫在眉睫”。

這是胡振波和戴偉民在提及知識產權保護問題時共同提到的詞。

胡振波認為，RISC-V架構涉及的知識產權問題不容忽視，自主可控的研發(fā)是基礎，但要保障RISC-V賽道健康有序地發(fā)展，需要投入力量研究基于開源架構的知識產權保護和應用。“要讓一家公司研究整個RISC-V領域知識產權情況，基本上是不可能的，需要國家層面或者是聯(lián)盟層面形成合力來保證產業(yè)鏈企業(yè)的共同利益。”胡振波說。

戴偉民認為，國內產業(yè)聯(lián)盟可以通過收購部分CPU專利的形式，建立專利池，從而為中國RISC-V處理器搭建“保護傘”。此外，戴偉民還認為，由于RISC-V核多樣化發(fā)展，需要建立一個認證中心來驗證每一個RISC-V核，以確保產業(yè)生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。

至于人才缺乏。

缺人！這是我國大力發(fā)展包括集成電路在內的等新興產業(yè)背景下，全行業(yè)面臨的問題。缺從業(yè)者，更缺專家。這在我國起步時間不長的RISC-V產業(yè)鏈更是如此。

胡振波曾在去年中國RISC-V峰會上演講時講到，2018年，國內RISC-V產業(yè)發(fā)展幾乎為零。國內甚至找不到講解RISC-V的中文資料。對于RISC-V的理解只能靠爬梳英文素材。

而RISC-V這種開放式的指令集架構，又要求著包括芯片設計企業(yè)、IP提供商企業(yè)在內的成員，都需要儲備自己的RISC-V編譯器、操作系統(tǒng)開發(fā)、模擬器開發(fā)等技術方向的人才。而這些領域的人才，也是英特爾、Arm、英偉達等芯片公司所需要的。

吳偉以工具鏈的人才缺口為例：“一家芯片公司如果是自主設計指令集，從編譯器到模擬器至少需要10-15人的團隊，而且要求每一個人都是至少一個領域的專家，非常昂貴。編譯技術門檻很高，沒有多年的經驗的話很難處理好軟硬件設計和協(xié)同中性能的各種權衡（trade-off），即使功能類的開發(fā)也需要兩三年的實戰(zhàn)經驗才有可能獨立完成。”他表示，粗略估計，大概需要新增一萬人左右從事工具鏈的開發(fā)才能滿足近幾年國內工具鏈的人才缺口。

人才缺乏也影響到RISC-V市場應用的拓展。胡振波表示，RISC-V的市場拓展與客戶的使用習慣有很大的關系。很多應用端客戶在找上游IP公司時便會要求，最好完全不要修改原來的任何軟件。還有的工程師不愿意修改自己的使用習慣，還是更適應Arm的操作習慣，這樣一來，對RISC-V拓寬市場也造成了阻礙。

在人才培養(yǎng)問題上，PLCT實驗室已經形成了一套解決方案。吳偉介紹稱，實驗室目前已經在實行課程教學和研究生小班培養(yǎng)、提供開源軟件實習崗、發(fā)布公開視頻三種人才培養(yǎng)方案。

第一種比較傳統(tǒng)的課堂教學和研究生小班培養(yǎng)，主要是面向中國科學院大學的學生，規(guī)模較小。第二種方式為國內更多的高校本科生和研究生提供一個實訓的機會。實驗室通過提供開源軟件實習崗位的方式，使學生在PLCT實驗室技術專家的指導下，直接向GCC、LLVM等知名開源項目提交代碼，成為貢獻者。2021年，PLCT實驗室累計培養(yǎng)了超過100名實習生，其中有超過三分之一的同學成為了開源社區(qū)的貢獻者。而第三種方式參與門檻更低，也更為大眾化。實驗室在bilibili網站上注冊了自己的賬號，持續(xù)更新實驗室內部的培訓課程和技術報告會的視頻。吳偉稱：“目前大約有超過80萬的觀看量，覆蓋人數(shù)相比于傳統(tǒng)教學方式已經有了幾十倍的擴大。”

PLCT實驗室的做法，也為培育包括RISC-V工具鏈方面的人才提供了產學研合作的范例。

遠望：何時擁有高性能處理器？

記者在采訪過程中，強烈感受到了產業(yè)鏈參與者對RISC-V架構生產出高性能處理器的期待。

如果從量產增長速度的角度來描述，RISC-V當前的產業(yè)成果可以稱之為“發(fā)展迅速”、“成果頗豐”了。中科藍訊是當前RISC-V芯片出貨量最大的公司，年出貨量約為10億片。2021年，僅北京君正集成電路股份有限公司一家企業(yè)，就在一年內做了了將近50次基于RISC-V芯片的成果發(fā)布，其芯片的應用領域實現(xiàn)了逐步拓展。車規(guī)級芯片，RISC-V也已開始涉足。

但在高性能處理器方面，RISC-V產品就表現(xiàn)出了明顯不足。MCU以32位居多，產品多對標ArmM3、M4水平。

在談及當前國內RISC-V產品性能時，王軍輝表現(xiàn)得有些失落：“每次我看新聞的時候，看到說有多少個RISC-V芯片流片，我一看是32位，再看一次又是個32位，其實我挺失望的。我特別希望有一天看到基于RISC-V架構的64位的高性能異構處理器出來，因為那才是更大的市場。”

而當前RISC-V處理器性能不夠高端，或許是權宜之計，也是無奈之舉。

對于RISC-V這一指令集架構的“新成員”來說，從X86、Arm手中搶奪市場是當務之急。而在電腦處理器、手機處理器中，這兩大架構布局的市場已經相當成熟，且難度大、門檻高，RISC-V想在這些領域爭取市場，無異于“虎口拔牙”。相比較而言，物聯(lián)網、安全芯片、智能穿戴等領域，一來市場空間仍在擴大處于上升期，二來Arm市場基石不穩(wěn)固，對于RISC-V來說更有機會。

戴偉民向《中國電子報》記者介紹，在2021年12月17日的首屆滴水湖中國RISC-V產業(yè)論壇圓桌討論環(huán)節(jié)，嘉賓們探討了“三年之內，RISC-V將在哪些應用領域優(yōu)先起量”這個話題，并進行了現(xiàn)場投票，排名前三的分別為小家電產品、可穿戴設備和智慧攝像頭/監(jiān)控設備。

首屆滴水湖中國RISC-V產業(yè)論壇

而對于大多數(shù)RISC-V產業(yè)鏈企業(yè)而言，要將RISC-V應用于高性能計算可能是更為遙遠的目標。前幾日，王軍輝在RVBoards微信公眾號上發(fā)起了一個簡單的投票，題為：RISC-V什么時候將闖入高性能計算。該投票設置了五個選項：2022年；2023年；2024年；終將遇見，不見不散；不可能實現(xiàn)的目標。截至投票時間，此次投票的79名參與者有超過半數(shù)選擇了“2024年”和“終將遇見，不見不散”兩個選項。23%的參與者選擇了“2022年”。僅有6%的投票者選擇了“不可能實現(xiàn)的目標”。

可以看出，產業(yè)鏈企業(yè)對于RISC-V的美好未來還是抱有美好的期待。

雖然從當前的形勢來看，RISC-V是否能實現(xiàn)“三分天下有其一”的愿望仍不明了?；蛘哒f，RISC-V是否只能實現(xiàn)全球指令集架構市場中對計算性能較低的市場仍是未知數(shù)。

作為一種無國界制約、無特別公司歸屬、國際公約性質的指令集架構，胡振波認為，RISC-V極有可能形成CPU領域的國際標準。屆時，標準不屬于任何一家公司，作為開放的標準，它不會被某家公司限制，每家投入的企業(yè)都將成為合作伙伴，以此帶來RISC-V的生態(tài)繁榮。

到時候，可能不需要“三分天下”，Arm和英特爾加入RISC-V建立的CPU標準后，天下就變成一家了。

作者丨姬曉婷

編輯丨連曉東

美編丨馬利亞