芯片架構RISC-V崛起 生態建設尚在初期

近期ARM的爭斗、收購事件持續在業界引發熱議，芯片設計領域的企業再次進入到公眾視野。而與此同時，發展迅猛的ARM還面臨著新晉者RISC-V架構的挑戰。

或者說，芯片設計、芯片架構的高壁壘行業中，RISC-V這股新勢力正在快速崛起。尤其是近年來面對著異構計算的趨勢，甚至有業內專家預測，未來X86、ARM、RISC-V有機會三分天下。

此處所說的芯片架構便是指令集架構，處理器能識別的指令的集合就叫做指令集（ISA，Instruction Set Architecture）。通俗一點說，指令集就像是一整套語言系統，CPU能夠讀懂并按照要求運行程序、硬件。而這套高效的語言規范，需要在設計CPU的時候都制定好。

發展至今，CPU主要有兩大指令集，復雜指令集（CISC）架構x86，精簡指令集（RISC）架構陣營有ARM、MIPS和RISC-V。而RISC-V正是基于“精簡指令集”原則的第五代指令集架構，并且對外開源，由于開源、中立、精簡的屬性，且不太受美國政策的影響，因此被不少國家視為彎道超車的機會。

睿思芯科副總裁王衛告訴21世紀經濟報道記者，David Patterson教授（他提出了精簡指令集）的目標是把RISC-V做成硬件行業中的Linux，“現在大家接受程度也越來越高，但是一個RISC-V逐漸發展的過程。今年在輿論的發聲上非常熱鬧，也是和地緣政治有關系，但從技術本身發展過程來講，還是需要時間積累?！?/p>

新生力量

當年的英特爾堅持研發復雜指令集，贏得了勝利，現在也依然強大。但是不得不面對的現實是，精簡指令集拿下了移動端市場，幾乎90%以上的移動處理器使用ARM架構，并且精簡指令集在物聯網領域大有風生水起之勢，包括后起之秀RISC-V。

根據公開資料顯示，1979年加州大學伯克利分校David Patterson教授提出的精簡指令集，其本質是主張硬件專注于加速常用的程序指令，優點是架構設計簡單，且功耗面積低，非常適合手機和平板電腦等終端，但是一直無法和x86或者ARM進行抗衡。

直到2010年，加州大學伯克利分校的一個研究團隊想要為新項目選擇一個指令集，發現x86架構非常封閉，而ARM指令集授權費又十分昂貴，于是轉向RISC-IV，并和Patterson教授一起改良，推出RISC-V，走完全開源的模式。

TrendForce集邦咨詢分析師姚嘉洋告訴21世紀經濟報道記者：“RISC-V的優勢在于在指令集發展上以開源方式為主，在RISC-V基本的指令集不變的情況下，任何人（或廠商）皆可以在基本的指令集上，進一步建構屬于符合市場所需的指令集。由于開源的關系，社群彼此之間可以交流互通有無，對于RISC-V社群形成更多貢獻，進而有助于技術上的長足發展?！?/p>

西南證券的研究報告指出，RISC-V雖然與ARM同屬于精簡指令集架構，但因RISC-V是近年來才推出，沒有背負向后兼容的歷史包袱，架構短小精悍。相比于X86和ARM動輒幾百數千頁，RISC-V的規范文檔僅有145頁，且“特權架構文檔”的篇幅也僅為91頁。

此外，RISC-V的中立性質，也為其獲得更多擁護者。2015年，RISC-V基金會成立，目前基金會成員包括高通、英偉達、三星和谷歌、阿里、華為、華米等300多家全球企業。今年，由于對潛在貿易限制的擔憂，總部位于美國的RISC-V基金會正式遷移至瑞士。王衛表示：“RISC-V基金會的成立，使其不會受制于某一兩家公司，是一個相對中立的平臺，包括基金會成員、物理位置都是在一個相對中立的環境下。”

生態初期

因此，國內外都有不少企業投入到RISC-V的生態當中。

國內來看，阿里巴巴旗下的中天微已經推出支持RISC-V第三代指令系統架構處理器CK902，平頭哥推出了運用12納米工藝，搭載16個核心的RISC-V處理器玄鐵910；華米科技2017年啟動RISC-V芯片研發計劃，2018年發布了基于RISC-V開源指令集打造的可穿戴處理器黃山1號；睿思芯科的Pygmy是面向AIOT的RISC-V多核異構AI SOC，可應用于智能語音、智能玩具、機器人、工業視覺、可穿戴等應用場景。

王衛向記者表示，睿思芯科的芯片將在今年年底量產，“在我們的做法中，當需要AI加速的時候，有專門的做矩陣運算的CPU擴展指令集，直接就可以加速并行運算。這和外掛ASIC芯片的區別在于可編程性，作為CPU的一條命令，可以直接通過編譯器，不需要了解硬件結構。當然，特定場景下結合特定算法，會有最優解，我們的產品面向終端、邊緣?！?/p>

但是目前RISC-V還在發展初期，這股新興力量的商業化仍在探索階段，在王衛看來：“主要的挑戰在于，CPU領域不是靠自己單打獨斗，還需要更多生態環境的配合，包括編譯器、工具鏈等，需要更多的伙伴參與生態的建設，RISC-V早期產生和發展都是在國外，發展節奏里，國際協作是非常關鍵的。作為新的指令集，RISC-V現在在早期階段，生態環境不夠完整。在發展初期，主要是一些軟件生態環境的成熟性和豐富性，需要一定時間發展，但是在特定的邊緣應用領域對這個依賴度沒有那么高，發展的會更好一些?！?/p>

西南證券報告指出，在半導體的歷史上，X86、ARM作為主流架構一直都占有著很大的市場。隨著物聯網時代的來臨，而RISC-V作為新興架構，以其精簡的體量，或許在未來的IoT領域中能取得絕對的優勢，其他的應用場景還包括手機、服務器、存儲等市場。

姚嘉洋向記者分析道：“商業化發展最為重要的關鍵，還是終端應用是否有意愿大量使用RISC-V架構的主流產品，例如智慧電表、智慧穿戴或是智能馬達控制。廣泛地講，這些產品都可被歸類在互聯網（IoT）領域中，由于這個領域應用范圍極為多元，擁有相對較高客制化的需求，其實是RISC-V可以發揮其特色的舞臺。

另一方面，如EDA與晶圓代工業者，大多都與ARM陣營有較為深厚的合作關系。若能取得EDA與晶圓代工業者的合作，在28與22nm制程方面能有突破性的進展，以取得效能與成本上的優勢，這將有機會取得一些芯片與OEM業者的青睞。”