十年苦心經(jīng)營(yíng)，RISC-V正在迎來(lái)屬于自己的光榮時(shí)代，AIoT、人工智能以及芯片國(guó)產(chǎn)化的趨勢(shì)下，我們正在見(jiàn)證一顆種子長(zhǎng)成參天大樹，而中國(guó)則是最重要的一片土壤。

本文內(nèi)容來(lái)自Scale Partners與光錐智能聯(lián)合發(fā)布的《RISC-V主題相關(guān)行業(yè)研究》報(bào)告，旨在通過(guò)梳理全球芯片指令集發(fā)展脈絡(luò)探討RISC-V崛起原因，并借此觀察中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)近三年行業(yè)格局變化，推斷行業(yè)窗口期內(nèi)潛在機(jī)遇和風(fēng)險(xiǎn)，并希望為相關(guān)從業(yè)者及投資者提供幫助。

作為上世紀(jì)80年代美國(guó)發(fā)起星球大戰(zhàn)計(jì)劃的“副產(chǎn)品”，個(gè)人計(jì)算機(jī)在如今成為我們每天都離不開的東西，隨之受益的IBM、英特爾、微軟等科技巨頭，聯(lián)合開啟了屬于X86架構(gòu)的光輝時(shí)代，而如今，近半個(gè)世紀(jì)過(guò)去，盡管我們依然在使用X86架構(gòu)，但處理器停滯不前、芯片架構(gòu)臃腫和效率低下等種種問(wèn)題，似乎正在逐漸顯現(xiàn)。

這種情況何時(shí)會(huì)改變？

蘋果在去年推出了基于ARM架構(gòu)的M1芯片，并以此為基礎(chǔ)帶來(lái)了全新的MacBook、Mac mini系列，再一次成為行業(yè)焦點(diǎn)。

而事實(shí)上，不論是X86架構(gòu)亦或是ARM架構(gòu)，二者作為如今市場(chǎng)霸主卻并不能安心，只因?yàn)樵诨ハ酄?zhēng)斗的這十年間，RISC-V這顆小小的種子發(fā)了芽，并且很可能在未來(lái)長(zhǎng)成參天大樹，這個(gè)靜悄悄的對(duì)手，很可能在下個(gè)十年里成為行業(yè)大變革的關(guān)鍵。

加入戰(zhàn)場(chǎng)的角斗士

指令集作為指揮計(jì)算機(jī)工作、提供命令的指揮官，是芯片產(chǎn)業(yè)中不可或缺的基礎(chǔ)部分。其標(biāo)準(zhǔn)被分為復(fù)雜指令集（CISC）和精簡(jiǎn)指令集（RISC）兩大類，分別誕生于60和70年代，發(fā)展至今，ARM占據(jù)RISC的90%市場(chǎng)份額，X86占據(jù)CISC的90%市場(chǎng)份額。

相對(duì)于這兩者，RISC-V 誕生于2010年，歷史很短。

2010年，一支來(lái)自加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)遇到了一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)時(shí)他們需要設(shè)計(jì)一款中央處理器，但在對(duì)比了市面上的ARM、MIPS、SPARC和X86指令集架構(gòu)之后，他們發(fā)現(xiàn)這些指令集不僅會(huì)涉及到專利問(wèn)題，而且收費(fèi)昂貴，要解決這一問(wèn)題，要想出其他方法。

但當(dāng)時(shí)X86基本難以獲得授權(quán)，ARM授權(quán)價(jià)格不菲，思來(lái)想去，這支團(tuán)隊(duì)最終決定設(shè)計(jì)一套全新的指令集。

于是，這個(gè)小組僅用三個(gè)月時(shí)間就完成了一個(gè)全新指令集的開發(fā)，這就是之后大名鼎鼎的RISC-V。RISC是精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer）的簡(jiǎn)稱，最初由加州大學(xué)伯克利分校教授David Patterson提出，而RISC-V是第五代精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)的縮寫。

從2010年誕生開始，RISC-V這個(gè)角斗士就表現(xiàn)出了和市面上其他玩家完全不同的獨(dú)特氣質(zhì)。作為開源項(xiàng)目，RISC-V遵從BSD協(xié)議，可以為任何組織機(jī)構(gòu)和商業(yè)組織使用，這意味著基于RISC-V指令集架構(gòu)開發(fā)的內(nèi)核、相關(guān)芯片以及開發(fā)工具既可以免費(fèi)開源 ，也可以專有收費(fèi)，這在當(dāng)時(shí)可不多見(jiàn)。

開源僅僅只是RISC-V的武器之一，角斗士參與決斗，不僅要有堅(jiān)實(shí)的盾還要有鋒利的矛，RISC-V一出世就有了三個(gè)吸引大眾眼球的重磅武器：開源免費(fèi)、設(shè)計(jì)成本低、功耗低體積小。

首先，是開源免費(fèi)。

RISC-V之所以能掀起精簡(jiǎn)指令集的變革，其獨(dú)特架構(gòu)是重要原因，隨著半導(dǎo)體領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)越來(lái)越下沉、開放性越來(lái)越高，從X86到ARM再到RISC-V這個(gè)過(guò)程的演進(jìn)是從板卡、SOC到指令集，持續(xù)下沉、且持續(xù)開放，同時(shí)，這場(chǎng)變革開啟之后，RISC-V在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈的位置愈發(fā)重要起來(lái)。

RISC-V最大的特點(diǎn)是開放，它的開放性允許它自由地被用于任何目的，允許任何人設(shè)計(jì)、制造和銷售基于RISC-V的芯片或軟件，這在處理器領(lǐng)域具有深刻意義，因此得到了學(xué)術(shù)界以及更多公司的關(guān)注和參與。實(shí)際上，在RISC-V之前也曾出現(xiàn)過(guò)開源指令集，但沒(méi)有一個(gè)能夠進(jìn)入主流圈，RISC-V之所以成為具有潛力的角斗士挑戰(zhàn)其他巨頭，在于它聚集了全球數(shù)量眾多的科技巨頭。

2015年，非盈利性組織RISC-V基金會(huì)成立，截至目前已經(jīng)有超過(guò)50個(gè)國(guó)家的300多家企業(yè)和機(jī)構(gòu)加入。從谷歌到特斯拉，從英偉達(dá)到阿里巴巴，在聚集了數(shù)量眾多的科技巨頭之后，越來(lái)越多同行開始采用RISC-V架構(gòu)。2020年11月9日舉辦的慕尼黑電子展會(huì)上，MIPS技術(shù)持有者Wave Computing明確表示，將在MIPS核心中增加RISC-V支持。作為老對(duì)手和同行，MIPS在2019年芯片出貨量達(dá)到了10億，這一切都預(yù)示著RISC-V在未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)中將會(huì)有一席之地，而這一次，中國(guó)的腳步尤其迅速。

其次，是設(shè)計(jì)成本低。

其一，架構(gòu)簡(jiǎn)單。RISC-V發(fā)布時(shí)僅有47條基礎(chǔ)指令，追求簡(jiǎn)潔至上的設(shè)計(jì)原則。為了保持向后的兼容性，當(dāng)時(shí)的兩大巨頭ARM和X86都保留了許多過(guò)時(shí)的定義，而RISC-V可以說(shuō)是站在巨人的肩膀上，借助已經(jīng)成熟的技術(shù)優(yōu)勢(shì)輕裝上陣。

其二，易于移植。RISC-V提供了特權(quán)指令和用戶指令，可以非常方便的將Linux和Unix移植到RISC-V平臺(tái)，如今還包含了ARM Mbed OS、FreeRTOS等平臺(tái)，便于開發(fā)者建立自己需要的生態(tài)。

其三，模塊化設(shè)計(jì)。RISC-V不僅短小精悍，而且擁有模塊化的設(shè)計(jì)，依托于簡(jiǎn)單實(shí)用的基礎(chǔ)架構(gòu)，開發(fā)者可以根據(jù)需要靈活地選擇不同組合實(shí)現(xiàn)定制化需求，添加自己所需要的特定功能，大大拓展其深度。

其四，完整的工具鏈。RISC-V誕生于伯克利大學(xué)，很快便成為眾多大學(xué)共同推進(jìn)的開源項(xiàng)目，并以此組建起學(xué)術(shù)界具有高度影響力的社區(qū)，社區(qū)中不但擁有完整的工具鏈，并且通過(guò)RISC-V基金會(huì)持續(xù)維護(hù)，減輕開發(fā)者負(fù)擔(dān)。

第三，則是功耗低 、體積小，這極大契合了當(dāng)前物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下芯片的需求特點(diǎn)，成為RISC-V興起的最大推動(dòng)力之一 。

RISV-V在中國(guó)

芯片危機(jī)或許是中國(guó)近三十年遭遇的最大科技問(wèn)題之一，這場(chǎng)危機(jī)背后，暴露出半導(dǎo)體領(lǐng)域存在的四個(gè)方面被卡脖子的事實(shí)。

這是四道難以逾越的關(guān)卡：光刻機(jī)、電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件、晶元、指令集。每一方面都是過(guò)去沒(méi)能實(shí)現(xiàn)突破并依賴于外部資源的領(lǐng)域，而RISC-V的出現(xiàn)，則為解決指令集問(wèn)題提供了千載難逢的機(jī)遇。

首先，依托于開源開放的優(yōu)勢(shì)，中國(guó)企業(yè)正在借助RISC-V推進(jìn)芯片國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，并且，RISC-V更加明確的中立性也為之后的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。中立性曾是奠定ARM成為智能手機(jī)時(shí)代霸主的重要原則，但去年9月，由于英偉達(dá)發(fā)布聲明將斥資400億美元收購(gòu)ARM，盡管目前收購(gòu)案尚未最終確定，但以ARM為架構(gòu)進(jìn)行開發(fā)一旦受到地緣政治影響則會(huì)對(duì)企業(yè)和國(guó)家造成非常多后續(xù)影響。

而為保證技術(shù)中立性，RISC-V早在去年三月就正式宣布RISC-V基金會(huì)已完成瑞士注冊(cè)，其法律實(shí)體過(guò)渡至瑞士，并將從美國(guó)遷出。官方表示這是為了防止任何國(guó)家、公司或個(gè)人對(duì)RISC-V進(jìn)行任何限制或禁運(yùn)，這也將成為RISC-V的另一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。如此一來(lái)，RISC-V的中立性為中國(guó)企業(yè)推進(jìn)RISC-V相關(guān)領(lǐng)域研究吃下了一顆定心丸。

RISC-V誕生在一個(gè)特殊的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，2010年全球智能手機(jī)行業(yè)爆發(fā)式增長(zhǎng)，AIoT領(lǐng)域也開始蓬勃興起。對(duì)于國(guó)內(nèi)科技企業(yè)來(lái)說(shuō)，尋找更具靈活性、拓展性、可定制性的芯片架構(gòu)也開始成為重點(diǎn)。

2018年10月，中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CRVIC）在上海成立，同年11月，中國(guó)開放指令生態(tài)聯(lián)盟（CRVA）宣布成立。隨后的一年，華米黃山一號(hào)、阿里巴巴玄鐵910等基于RISC-V開發(fā)的處理器相繼發(fā)布，中國(guó)科技公司在對(duì)RISC-V的開發(fā)中漸漸找到各自的方式。

近幾年，受到國(guó)際局勢(shì)影響，中國(guó)半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程開始加速，從產(chǎn)業(yè)鏈上下游的情況來(lái)看，中國(guó)廠商在芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)開發(fā)，芯片設(shè)計(jì)、終端品牌和平臺(tái)環(huán)節(jié)均已有所布局。天眼查數(shù)據(jù)顯示，截止去年年底，國(guó)內(nèi)共有2.1萬(wàn)家企業(yè)擴(kuò)充了半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，國(guó)內(nèi)科創(chuàng)板前五大行業(yè)中半導(dǎo)體位列第三，企業(yè)數(shù)達(dá)22家，占科創(chuàng)板企業(yè)總數(shù)的10%。

Scale Partners合伙人劉英航透露，目前國(guó)內(nèi)“不了解或未布局RISC-V的大廠幾乎沒(méi)有，而即便沒(méi)有量產(chǎn)產(chǎn)品，通常也加入了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，這無(wú)疑對(duì)芯片國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程起到了加速作用。

作為原本曾經(jīng)復(fù)雜而昂貴的產(chǎn)業(yè)，芯片制造在很多年間都不是熱門賽道。但是，如今RISC-V的發(fā)展，正在為更多公司和機(jī)構(gòu)提供標(biāo)準(zhǔn)工具。

正因如此，2019年，中國(guó)才有了阿里平頭哥、芯來(lái)、紫光展銳等公司和產(chǎn)品異軍突起，歐洲公司也在虎視眈眈，其他國(guó)家如印度等也加大了在RISC-V上的投入。

站在巨人肩膀看未來(lái)

從架構(gòu)上來(lái)看，ARM與RISC-V終有一戰(zhàn)，它們起源于同宗，應(yīng)用領(lǐng)域也大體相同，但幸運(yùn)的是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)讓它有了發(fā)展的潛力。ARM與RISC-V已經(jīng)在布局物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行了競(jìng)爭(zhēng)，但從目前市場(chǎng)情況來(lái)看，由于目前物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景碎片化，距離這個(gè)市場(chǎng)的全面爆發(fā)還有一段時(shí)間。

但是站在巨人的肩膀上，RISC-V騰飛的速度比ARM更加快速。從ARM和RISC-V進(jìn)軍個(gè)人電腦市場(chǎng)的時(shí)間點(diǎn)上看，ARM在2000年左右開始騰飛，到2011年進(jìn)軍個(gè)人電腦市場(chǎng)大概用了十年時(shí)間，而RISC-V從2010年誕生到現(xiàn)在剛剛度過(guò)了第一個(gè)十年。

目前，RISC-V的商業(yè)模式已經(jīng)初步形成，形成三種知識(shí)產(chǎn)權(quán)模式，分別是開放免費(fèi)、需要授權(quán)以及封閉的設(shè)計(jì)。

目前看來(lái)，雖然RISC-V生態(tài)尚不如ARM強(qiáng)大，但它卻十分具有競(jìng)爭(zhēng)力，不僅在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域RISC-V逼得ARM改變了授權(quán)模式，也正在改變計(jì)算機(jī)教育領(lǐng)域。

RISC-V基金會(huì)CEO曾強(qiáng)調(diào)過(guò)，“RISC-V是免費(fèi)且開放的，因此沒(méi)有任何一個(gè)實(shí)體可以控制RISC-V技術(shù)，公司、學(xué)術(shù)界和機(jī)構(gòu)都可以自由地在RISC-V指令集架構(gòu)上進(jìn)行創(chuàng)新。共同推動(dòng)迅速發(fā)展的計(jì)算前沿?！斑@讓不少高校開始采用RISC-V作為其課堂教材。

因?yàn)闆](méi)有版權(quán)使用費(fèi)，美國(guó)眾多高校的微機(jī)原理教科書和許多研究生階段課程都開始使用RISC-V，并從底層開始向?qū)W生們解釋計(jì)算機(jī)硬件的工作原理。過(guò)去，教師們上這樣的課都是用憑空造出的架構(gòu)規(guī)避授權(quán)問(wèn)題，但造成的結(jié)果是當(dāng)學(xué)生們真正接觸到計(jì)算機(jī)硬件會(huì)發(fā)現(xiàn)真實(shí)情況并不一致，因此在教育領(lǐng)域流行起來(lái)的RISC-V正悄悄改變著學(xué)生的習(xí)慣，長(zhǎng)期下來(lái)，當(dāng)他們?cè)陂_始工作之后，很可能會(huì)繼續(xù)使用RISC-V架構(gòu)。

這是一個(gè)微小但潛移默化的信號(hào)。

AIoT：RISC-V的商業(yè)化應(yīng)用土壤

另一方面，物聯(lián)網(wǎng)的崛起也為RISC-V在內(nèi)的上游產(chǎn)業(yè)鏈提供了新的土壤。2019年全球物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)達(dá)到120億，預(yù)計(jì)到2025年全球物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)將達(dá)到246億，Semico預(yù)測(cè)，到2025 年，采用RISC-V架構(gòu)的芯片數(shù)量將增至624億顆，并進(jìn)入包括計(jì)算機(jī)，消費(fèi)者，通訊，運(yùn)輸和工業(yè)市場(chǎng)在內(nèi)的細(xì)分市場(chǎng)。

同時(shí)，采用RISC-V架構(gòu)的芯片預(yù)計(jì)到2025年芯片數(shù)量將增至624億顆，預(yù)計(jì)2018年至2025年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)146%。

相比之下，ARM芯片最近三年每年出貨量在200億顆以上，但增長(zhǎng)速度放緩，RISC-V芯片在單價(jià)上預(yù)計(jì)會(huì)低于ARM及X86芯片，而數(shù)量則會(huì)遠(yuǎn)超ARM芯片。

此前，在接受雷鋒網(wǎng)采訪時(shí)，GreenWaves Technologies CEO Loic Lietar曾表示，基于RISC-V開發(fā)的處理器相比手機(jī)、PC上的高性能處理器，其應(yīng)用于傳感設(shè)備的微控制器對(duì)生態(tài)的依賴性沒(méi)有那么高，這也是在AIoT領(lǐng)域RISC-V快速打開局面的原因之一。

RISC-V的指令集如此小巧精悍，以至于能夠有機(jī)會(huì)擊敗包括ARM在內(nèi)的所有競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。英偉達(dá)在研究中也發(fā)現(xiàn)，選擇RISC-V可以制造出比其他任何產(chǎn)品都小的芯片，還能將功耗降至最低。而功耗，正是在物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景中對(duì)芯片非常重要的衡量指標(biāo)之一。

因此，未來(lái)我們很可能見(jiàn)到更多使用RISC-V的定制硬件，它們可能在你的硬盤里、顯卡里和汽車?yán)?，甚至在某一天成為家用電腦的主架構(gòu)。中國(guó)工程院院士倪光南此前預(yù)測(cè)，未來(lái) RISC-V 很可能發(fā)展成為世界主流CPU之一，從而形成CPU領(lǐng)域X86、ARM、RISC-V三分天下的格局。

另外，由于應(yīng)用于AIoT產(chǎn)品上的處理器并不會(huì)像手機(jī)或電腦一樣需要安裝和卸載各種應(yīng)用程序，因此在兼容性上不會(huì)有太大問(wèn)題。Loic Lietar還提到，RISC-V已經(jīng)能夠移植到ARM Mbed OS、FreeRTOS，因此可以適應(yīng)終端在不同生態(tài)圈的發(fā)展需求。

彎道超車，醞釀變革

顯然，如今的RISC-V之于半導(dǎo)體，就像Linux之于個(gè)人電腦操作系統(tǒng)，安卓之于手機(jī)操作系統(tǒng)一樣，其獨(dú)特的開源特性受到全球開發(fā)者們青睞。

而當(dāng)越來(lái)越多企業(yè)開始進(jìn)入這一市場(chǎng)，芯片制造商、工具供應(yīng)商、大學(xué)和代工廠也開始進(jìn)行支持——這是一個(gè)良好的信號(hào)，發(fā)令槍響之后，只有更多玩家跑起來(lái)，這場(chǎng)比賽才會(huì)有新紀(jì)錄誕生。

再來(lái)看看當(dāng)年的安卓系統(tǒng)為何成功吧，在開源之后，智能手機(jī)開始興起與普及。下游終端為上游產(chǎn)業(yè)鏈打開了增長(zhǎng)空間，在谷歌的推動(dòng)下，安卓系統(tǒng)在發(fā)展初期得到了摩托羅拉、三星、HTC、索尼愛(ài)立信等眾多手機(jī)品牌廠商的支持，隨后不到十年，安卓的接力棒又交到了華為、小米、OPPO、vivo的手上。

開源的價(jià)值在于，無(wú)論終端廠商更替如何，其內(nèi)在將延續(xù)下來(lái)，并不斷進(jìn)化，而這些特點(diǎn)，RISC-V同樣具備。

RISC-V很可能是處理器端最后的趨勢(shì)變革，是中國(guó)半導(dǎo)體國(guó)產(chǎn)化超車的最重要的機(jī)會(huì)。

不論是國(guó)內(nèi)生態(tài)聯(lián)盟建立，還是阿里、紫光展銳等企業(yè)的加速深入，都表明RISC-V在國(guó)內(nèi)遇到了最適合其發(fā)展的時(shí)代，背后則是舉國(guó)之力在推動(dòng)其前進(jìn)。

同時(shí)，我們也認(rèn)為RISC-V是物聯(lián)網(wǎng)最好的選擇，通過(guò)從物聯(lián)網(wǎng)切入再往上走向手機(jī)與PC，這條路大有可為。

但是，盡管有經(jīng)濟(jì)、科技、國(guó)家推動(dòng)帶來(lái)的諸多信心，當(dāng)下我們依然要意識(shí)到RISC-V的生態(tài)是一個(gè)長(zhǎng)期構(gòu)建的過(guò)程，需要Foundry（在集成電路領(lǐng)域是指專門負(fù)責(zé)生產(chǎn)、制造芯片的廠家）的培養(yǎng)、系統(tǒng)的支持，以及細(xì)分賽道的量產(chǎn)多輪推動(dòng)，這既是挑戰(zhàn)，也可以成為機(jī)會(huì)。

現(xiàn)在讓我們?cè)倩仡^看，一個(gè)用十年時(shí)間默默發(fā)育的種子，現(xiàn)如今正在攪動(dòng)半導(dǎo)體領(lǐng)域的一池春水，更大波瀾也許很快就會(huì)出現(xiàn)。
責(zé)任編輯:tzh