摆脱授权掣肘？RISC-V成芯片自主破局者

作者 | 黄开心

编辑 | 常亮

自从计算机发明以来，人类便设计出各种编程语言如Python、Java、C＋＋等，让晶体管执行命令。

但计算机的CPU并不理解英文单词“for”或者数字符号“＋”，所以工程师将编程代码转换成特定的二进制序列，来告诉芯片执行某种操作。例如，代码“100000”可以命令芯片将两个数字加在一起，代码“100100”可以命令芯片复制一段数据。

这种二进制序列构成了芯片的“基本词汇表”，也被称为计算机的指令集。

多年来，芯片设计一直依赖于企业开发的专有指令集，而要使用这些指令集则必须拿到授权。目前市场存在着两种主流指令集，一是以英特尔为首的基于CISC的X86架构，二是以RISC为原则的ARM架构。

近几年，凭借开源、精简、模块化的优势，一个名为RISC-V的“开放式”指令集备受企业追捧。这种指令集可以让小公司和初创企业更容易获得芯片设计，把它们从昂贵的授权费中解放出来。2022年，RISC-V处理器核的出货量已突破100亿颗，发展势头极为强劲。

“在CPU领域，未来将形成英特尔（x86）、ARM、RISC-V三分天下的格局”，这是中国工程院院士倪光南在2019年对于CPU未来发展格局的判断。这一席话在当时遭受了质疑：RISC-V作为名不见经传的新生事物，怎么能和英特尔、ARM相提并论？

那么，RISC-V究竟是何方神圣？

作为科技与产业创新研究院，亿欧智库将在今年发布《2023年中国半导体IP（知识产权）行业研究报告》，通过深入访谈半导体设计厂商、半导体IP供应商、行业专家学者等，以第三方视角洞悉中国半导体IP行业发展机遇与挑战，以期为广大产业参与方提供参考和帮助。

RISC-V优势：开源、精简

在过去的几十年里，指令集均属于公司私有。2010年，加州大学伯克利分校David Patterson 教授提出一个响亮的口号，即指令集应该免费，这个理念立刻得到全世界的认可，伯克利分校RISCISA设计的RISC-V更是蓬勃发展起来。

RISC是精简指令集（Reduced Instruction SetComputer）的缩写，是与CISC复杂指令集（Complex Instruction SetComputer）相对的概念，RISC-V则是“第五代”的版本。

作为全面开源的指令集架构，RISC-V具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）。芯片设计公司可以更容易地获得操作系统、软件和工具开发者的支持，而不必付给任何公司专利费用。其开源的特性也允许用户自由修改、扩展，从而满足量身定制的需求，大大降低指令集修改的门槛。

虽然与ARM同属于精简指令集架构，但因RISC-V推出时间短，没有太多历史包袱，不必为了兼容性增加复杂度，设计过程较为简单，架构短小精悍，非常适合应用于轻量级终端，例如智能手表、耳机等。

支持这项技术的非营利组织RISC-V International的CTO Mark Himelstein称，目前已经有数十亿颗基于RISC-V的核心，产品包括耳机和云服务器。

到目前为止，业内已有众多基于RISC-V的开源CPU设计可供免费学习和使用。在谷歌、西部数据、恩智浦、阿里巴巴等公司支持下，基于 RISC-V的开源硬件组织，如 ChipsAlliance和 OpenHW等也开始逐步发展，从 CPU设计、软件开发和支持、外围接口电路，片上系统设计等各个方面促进RISC-V的推广使用。

在2022年年初的CES上，Mobileye（已被Intel收购）就已发布12核RISC-V自动驾驶芯片EyeQ Ultra，其CPU内核全部用的是RISC-V。

企业的关注度很大程度上代表RISC-V在商业上的潜力，而高端场景的应用更是验证了RISC-V架构的能力。

2022年8月的RISC-V峰会上，Ventana宣布推出Veyron系列高性能RISC-V处理器。Veyron V1是该系列的第一个成员，采用高性能Chiplet和IP的形式提供。

2022年9月消息，NASA选择美国RISC-V厂商SiFive为他们即将推出的高性能航天计算 (HPSC) 处理器提供核心CPU。

随着国内外企业面向高性能RISC-V市场持续开拓，RISC-V逐渐从嵌入式场景拓展到工业控制、人工智能、自动驾驶、数据中心等对算力要求更高的高端领域，有望与英特尔（X86）、ARM三分天下。

最新的统计数据显示，截至2022年底RISC-V处理器在IoT的应用规模超100亿，用12年的时间完成了走出校园到量产100亿颗初级阶段。Semico Research预计，到2025年全球将有624亿颗RISC-V架构的处理器内核。

指令集与生态

回顾芯片发展史，一个芯片能否在市场上取得成功，很大程度上取决于其生态。在过去，X86依托“Windows＋intel”生态，ARM依托“Android＋ARM”生态。目前，RISC-V关键软件生态的发展也非常迅速。

一方面，RISC-V国际基金会正积极推进基础软件适配工作；另一方面，全世界的软件力量也在支持RISC-V生态发展，各个开源软件社区主动适配RISC-V架构，例如Linux发行版Debian在2019年就开始支持RISC-V，在全世界开源社区的努力下，不到3年时间就完成了2万多个软件包中95%的移植，使RISC-V成为Debian支持的Tier-1架构。

在生态建设上，中国处于第一梯队。尤其是2018年来，诸多企业都发布了基于RISC-V的产品，例如阿里旗下平头哥发布的玄铁910、华米科技发布的可穿戴处理器“黄山一号”、紫光展锐的“春藤”系列等。

根据国外科技媒体Phoronix报道，三星工程师近日向微软.NET Runtime提交PR提案，让其初步支持RISC-V架构处理器，目前已经可以在RISC-V上运行一个简单的“hello world”类型的应用程序。

随着软件生态的加速建设，RISC-V正得到越来越多企业的青睐。2022年1月，英特尔宣布投入10亿美金基金并加入RISC-V国际基金会，这也意味着英特尔对于扶持RISC-V在微架构领域与ARM竞争的长远愿景。

根据市场披露数据，全球RISC-V初创企业融资金额已超过20亿美元。RISC-V国际基金会作为负责标准制定的机构，目前非常活跃。目前已经有70多个国家3000多家企业入驻其中。

RISC-V在中国落地生花？

RISC-V国际基金会作为负责标准制定的机构，中国企业的参与度非常高。在RISC-V基金会的高级会员中，中国企业占据80%，包括华为、阿里巴巴、紫光展锐、中兴通讯、中科院等。在全球25个理事中，有9个成员来自中国。可以说，这是一个充满中国活力的组织。

在全球100亿颗RISC-V核出货量中，中国公司占据了约50%的份额，在技术和应用上的贡献度越来越高，这也意味着中国在RISC-V全球生态建设中正起到关键核心作用。

在北京和中科院支持下，已经有18家企业联合发起北京开源芯片研究院，该研究院旨在构建一个开源芯片的生态，在这个生态之下，更多开源的硬件组件可以被充分复用，从而大幅降低构建一个芯片的成本，帮助更多中小企业释放创新活力。

目前，开源芯片研究院已经启动了香山开源高性能处理器核的研发，它的特点在于其源代码是开源的，同时开发代码的整个平台和工具也是开放的，这样可以联合更多企业来共同研发。

近来，香山迎来了一个新的里程碑——由中科院计算所、北京开源芯片研究院、腾讯、阿里、中兴通讯、中科创达、奕斯伟、算能等形成了联合研发团队，开始开展第三代香山的联合开发。

如中国科学院计算技术研究所副所长包云岗所称，香山联合团队的形成，标志着香山及其开源模式得到了产业界的初步认可。

RISC-V在中国落地生花，面向新未来的大幕已经缓缓拉开。

1981年，IBM推出个人电脑，并将包含了所有源代码、电路图以及寄存器配置信息的文档进行公开，这在当时竞争激烈、互不相让的PC市场，是令人震惊的行为。

IBM的开源开放行为降低了个人电脑设计的门槛，很多企业都可以进入PC领域并找到发展空间，进而诞生一批新兴企业，例如联想和戴尔都是在1984年成立，至今仍在PC市场占据主导地位。其次，PC的成本和价格大幅下降，得以进入千家万户，成就一个新兴的PC市场。

以RISC-V为架构的开源芯片将具备同样的潜力，这种前所未有的指令集开源模式，为芯片设计者带来了广泛的自由和选择的机会。在降低芯片的设计门槛和成本之外，为半导体产业注入前所未有的发展活力，促进半导体设计领域的重大创新和发展。

半导体IP赛道上，你方唱罢我登场，PC时代成就了X86，移动互联网时代ARM成为绝对主流；物联网时代，RISC-V开源、精简特点决定了它将会大放异彩。

亿欧智库将在《2023年中国半导体IP（知识产权）行业研究报告》中对中国半导体IP行业展开深入分析与探讨，剖析其技术前景、市场现状、未来发展机遇与挑战，展现对半导体IP行业的全景式观察，敬请期待。