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“RISC-V能夠為各種應(yīng)用場景提供更加多元化、更靈活、更低成本的解決方案，被認(rèn)為是一種具有顛覆性的技術(shù)創(chuàng)新。”今年年初，RISC-V被《麻省理工學(xué)院技術(shù)評論》選為了十大突破性技術(shù)之一，很多人認(rèn)為“芯片設(shè)計正在走向開放，而靈活、開源的RISC-V有望成為改變一切的芯片設(shè)計”。

那么問題來了，聲勢浩大的RISC-V究竟是什么？它與x86及ARM的“戰(zhàn)爭”勝算有幾分？這一波聲勢浩大的“浪潮”是虛張聲勢還是“已到腳下”？這其中我國企業(yè)處于怎樣的位置？又能否逆勢成為“弄潮兒”？今天我們就一起來聊一聊……

一、RISC-V是什么

2010年，加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson教授與Krste Asanovic教授研究團隊正在準(zhǔn)備啟動一個新項目，需要選擇一種處理器指令集。他們分析了ARM、MIPS、SPARC、X86等多個指令集，發(fā)現(xiàn)它們不僅設(shè)計越來越復(fù)雜，而且還存在知識產(chǎn)權(quán)問題。于是他們決定從零開始設(shè)計一套全新的指令集，而這就是RISC-V指令集。

由于RISC-V從一開始就是為了簡潔而生，所以它的核心指令集只有47條，比x86和ARM等指令集要少得多。又由于每條指令的功能較為單一，每條指令的執(zhí)行時間較為固定，從而提高了處理器的性能和效率。

RISC-V還支持多種可選的擴展指令集，用來增加一些特定的功能，比如浮點運算、向量運算、原子操作等。RISC-V還允許用戶自定義一些專用的指令，用來滿足特定的應(yīng)用需求，比如加密、圖像處理、人工智能等。

RISC-V最大的特點是它是開放免費的，這意味著任何人都可以免費使用RISC-V指令集規(guī)范，不需要支付任何版權(quán)費用或授權(quán)費用。這與x86和ARM等指令集有本質(zhì)的不同，由于受到專利保護，要想使用它們，就必須向Intel或ARM等公司支付高昂的費用。

RISC-V和 ARM、x86架構(gòu)對比（來源：華安證券研報）

不僅如此，RISC-V的開放性使得它具有很強的靈活性和可定制性，可以根據(jù)不同的應(yīng)用場景來設(shè)計和實現(xiàn)適合的處理器芯片。同時，RISC-V的開源模式也使得它的技術(shù)成果更容易共享，傳播速度更快，進而形成了一個龐大的開源社區(qū)，包括學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界、政府機構(gòu)等各方力量，共同推動RISC-V的發(fā)展和創(chuàng)新，在全球范圍內(nèi)引起了廣泛的關(guān)注和參與。

這其中，我國發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，不僅有眾多企業(yè)和科研機構(gòu)加入了RISC-V國際基金會（RISC-V International），還成立了中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟（CRVA），推動中國開源芯片生態(tài)建設(shè)。可以說，中國在RISC-V領(lǐng)域具備了“天時、地利、人和”的優(yōu)勢。

二、RISC-V在中國的“天時、地利、人和”

“天時”就是發(fā)展機遇。

如果說x86是抓住了個人PC普及的機遇，ARM抓住了移動端發(fā)展的機遇，那么下一波RISC-V的機遇在哪里？很明顯，隨著互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的發(fā)展，對芯片的需求越來越大，而傳統(tǒng)的x86和ARM等指令集已經(jīng)不能滿足各種應(yīng)用場景的需求。

比如，在邊緣計算、物聯(lián)網(wǎng)終端、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域，需要低功耗、低成本、高性能、高安全性、高可定制性的芯片；而在云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等領(lǐng)域，需要高并行、高吞吐量、高效率、高可擴展性的芯片。這些領(lǐng)域都需要一種新型的指令集架構(gòu)來支撐，而RISC-V正好符合這些需求。

另一方面，從行業(yè)發(fā)展機遇而言，目前也是正當(dāng)其時。事實上，在處理器芯片領(lǐng)域，變革的浪潮差不多每隔40年就會襲來一次，上一輪浪潮要追溯到上個世紀(jì)70-80年代，主要是RISC（精簡指令集）顛覆CISC（復(fù)雜指令集），也是計算機輔助設(shè)計（CAD）和電子設(shè)計自動化（EDA）技術(shù)崛起的時代，那個時代誕生了諸如ARM、MIPS、Synopsys、Cadence等一批新型企業(yè)。

而目前這一輪正是由RISC-V為代表的開源指令集興起的時期，新一輪芯片設(shè)計技術(shù)與產(chǎn)業(yè)變革浪潮已經(jīng)到來，而這將會帶來很多新的機遇，甚至在未來的10-20年讓產(chǎn)業(yè)重新洗牌，形成新的格局，可以預(yù)期的是將會有一批新興企業(yè)、技術(shù)成為新的巨頭，此所謂趕上了行業(yè)發(fā)展的“天時”。

“地利”就是產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)、市場需求。

中國是全球最大的芯片市場，也是全球最大的芯片進口國。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù) ，2020年中國進口了約5400億美元的芯片產(chǎn)品，占全球芯片市場份額的近40%。然而，中國自主研發(fā)和生產(chǎn)的芯片卻只占到了不到10%。這說明中國在芯片領(lǐng)域存在著巨大的缺口和依賴。這給中國的芯片產(chǎn)業(yè)帶來了巨大的壓力和挑戰(zhàn)，也激發(fā)了中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的動力和決心。

不僅如此，RISC-V作為一種開放指令集架構(gòu)，為中國的芯片產(chǎn)業(yè)提供了一個新的選擇和機會。隨著中美持續(xù)芯片脫鉤和“逆全球化”加劇，國內(nèi)開始加速擁抱開源RISC-V架構(gòu)發(fā)展，以避免在主流CPU芯片架構(gòu)上受制于人，實現(xiàn)更多的自主創(chuàng)新和自主控制，這對中國芯片甚至是整個科技發(fā)展都有著非常重要的意義。

為了促進發(fā)展，中國政府還在“十四五”規(guī)劃中明確提出了加快芯片自主創(chuàng)新的戰(zhàn)略目標(biāo)，同時也給予了芯片產(chǎn)業(yè)各方面的政策支持和資金投入。中國的芯片企業(yè)也積極響應(yīng)國家號召，加大了研發(fā)投入和人才培養(yǎng)，探索了多種技術(shù)路徑和合作模式。與此同時，中國整體完整的芯片產(chǎn)業(yè)鏈和巨大的芯片消費市場為中國芯片提供了一個強大的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢和市場潛力，這些都是基于中國這片土地的發(fā)展驅(qū)力，此為行業(yè)發(fā)展的“地利”。

“人和”就是人才資源、參與企業(yè)。

從此次RISC-V峰會我們不難發(fā)現(xiàn)，中國在RISC-V領(lǐng)域擁有一批優(yōu)秀的科研機構(gòu)和企業(yè)，它們在RISC-V的研究、開發(fā)、應(yīng)用、推廣等方面都做出了突出的貢獻。比如，清華大學(xué)作為RISC-V國際基金會的創(chuàng)始成員之一，在RISC-V指令集、微架構(gòu)、編譯器、操作系統(tǒng)等方面都有深入的研究。

此次峰會上，北京開源芯片研究院公布第二代“香山”（南湖）開源高性能RISC-V處理器內(nèi)核等，性能已超過ARM A76；阿里巴巴平頭哥也發(fā)布了首個自研RISC-V AI平臺，通過軟硬件的深度協(xié)同，提升了近8成的性能，支持運行170余個目前主流的AI模型，推動RISC-V進入高性能AI應(yīng)用時代。

除此之外，還有很多其他知名或新興的企業(yè)和機構(gòu)，如中科院計算所、華為、紫光展銳、龍芯、星辰微、平頭哥科技等，都在積極布局RISC-V領(lǐng)域；包括清華大學(xué)、北京大學(xué)、浙江大學(xué)在內(nèi)的一大批高等院校都開設(shè)了RISC-V相關(guān)課程，推動相關(guān)人才的培養(yǎng)；中科大“一生一芯”計劃已經(jīng)發(fā)展到第四期，大幅提升了中國芯片行業(yè)人才培養(yǎng)的規(guī)模與質(zhì)量。大量的人才與相關(guān)企業(yè)形成了一個龐大而活躍的生態(tài)圈，此所謂RISC-V在中國的“人和”。

“一生一芯”計劃總體介紹

“一生一芯”第一期成果“果殼”板卡

可以說，RISC-V作為一種具有強大發(fā)展勢能的開放指令集架構(gòu)，在中國的發(fā)展具有“天時、地利、人和”的優(yōu)勢，如果能夠抓住機遇充分發(fā)揮優(yōu)勢，中國有望在RISC-V領(lǐng)域取得突破和領(lǐng)先地位，推動中國芯片產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。

不過，RISC-V雖然具有很多優(yōu)勢，但也面臨著不少挑戰(zhàn)。其中最大的挑戰(zhàn)還是來自于ARM。目前環(huán)境中，ARM仍然是目前全球最流行的指令集架構(gòu)之一，它占據(jù)了移動設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)終端、嵌入式系統(tǒng)等領(lǐng)域的絕大部分市場份額。那么，RISC-V能否在與ARM等競爭中脫穎而出呢？

三、RISC-V能否擔(dān)當(dāng)大任

要回答這個問題，我們需要從技術(shù)和商業(yè)兩個方面來分析。

從技術(shù)方面來看，RISC-V和ARM都是基于RISC原則設(shè)計的指令集架構(gòu)，它們在性能和效率上都有一定的優(yōu)勢。但是，RISC-V相比ARM更加簡潔和靈活，它可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求來定制和擴展指令集，而ARM則相對更加固定和封閉，它的指令集擴展需要經(jīng)過ARM公司的審核和授權(quán)。

此外，RISC-V還有一個重要的優(yōu)勢，那就是它是開放免費的，這意味著使用RISC-V的芯片設(shè)計者不需要向任何人支付任何費用，而使用ARM的芯片設(shè)計者則需要向ARM公司支付高昂的授權(quán)費用。這對于芯片設(shè)計者來說，無疑是一個巨大的誘惑和激勵。

但就目前階段而言，RISC-V和x86、ARM在生態(tài)上仍然存在一定的差距，無論從軟件的規(guī)模還是性能優(yōu)化上，都還沒有達到x86和ARM的狀態(tài)，在面對加速計算等復(fù)雜環(huán)境的性能處理缺陷也很明顯，而這可能會是以后一段時間內(nèi)長期要面臨的問題。

從商業(yè)方面來看，RISC-V和ARM都有自己的優(yōu)勢和劣勢。ARM的優(yōu)勢在于它擁有龐大的市場份額和用戶基礎(chǔ)，它已經(jīng)形成了一個成熟而穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)，包括各種軟件、工具、平臺、服務(wù)等。但與此同時，它的劣勢在于它受到了美國政府的制裁和干預(yù)，可能會被禁止向中國等國家或地區(qū)提供技術(shù)許可和支持，進而損失部分市場及發(fā)展機會。

而RISC-V的優(yōu)勢則在于它擁有廣泛的社區(qū)支持和創(chuàng)新活力，它已經(jīng)吸引了全球各地的科研機構(gòu)、企業(yè)、政府等各方力量的參與和貢獻，形成了一個開放而多元的生態(tài)系統(tǒng)，包括各種項目、產(chǎn)品、標(biāo)準(zhǔn)、教育等。

中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所副所長、北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗

但不得不說的是，RISC-V的劣勢在于它還處于發(fā)展初期，它還沒有形成一個完善而統(tǒng)一的技術(shù)體系和商業(yè)模式。關(guān)于這一點，中國科學(xué)院計算技術(shù)研究所副所長、北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗在23日舉行的媒體專訪中指出，當(dāng)前RISC-V有五種商業(yè)模式：

一是復(fù)制傳統(tǒng)ARM的成功模式，在RISC-V領(lǐng)域成立IP公司，提供自研IP或Chiplet；

二是針對高附加值產(chǎn)品，例如服務(wù)器、自動駕駛，自研處理器核、Chiplet或SoC，因其本身的高價值使得這類企業(yè)和生態(tài)緊密聯(lián)系在一起，通過這種方式來提供高端芯片服務(wù)，目前國內(nèi)已經(jīng)有一批初創(chuàng)企業(yè)正在這一商業(yè)模式上進行嘗試；

ARM的部分商業(yè)模式

三是針對某個特定且量大的應(yīng)用場景，自研或基于開源RISC-V處理器開發(fā)專用芯片；

四是參考TI（德州儀器）模式，創(chuàng)建一個平臺型公司，為中小用戶提供“一站式芯片設(shè)計服務(wù)”，滿足面向千億量級IoT場景的成千上萬種定制芯片需求；

五是復(fù)制開源軟件領(lǐng)域的商業(yè)模式，基于開源的RISC-V處理器核推出發(fā)行版，來為下游SoC芯片設(shè)計企業(yè)提供IP產(chǎn)品和設(shè)計服務(wù)。

他表示，當(dāng)前環(huán)境下前三種是相對傳統(tǒng)、容易被探知的發(fā)展方向，而目前大多數(shù)創(chuàng)業(yè)公司都聚集在這三種模式中，而第四、第五種模式仍然是一片藍海的狀態(tài)，存在很大的技術(shù)變革機會。

結(jié)語

事實上，RISC-V和ARM之間的競爭是一場持久戰(zhàn)，不會有簡單而明確的勝負(fù)結(jié)果，RISC-V有著自己獨特的價值和優(yōu)勢，也有著自己需要克服的挑戰(zhàn)和困難。

而RISC-V能否擔(dān)當(dāng)大任，取決于它能否持續(xù)發(fā)揮自己的創(chuàng)新力和合作力，能否不斷完善自己的技術(shù)體系和商業(yè)模式，能否有效應(yīng)對外部環(huán)境的變化和競爭對手的挑戰(zhàn)。

從此次RISC-V峰會上中國企業(yè)的表現(xiàn)來看，我們有理由相信，RISC-V作為一種開放指令集架構(gòu)，將會為芯片產(chǎn)業(yè)帶來更多機遇，給中國芯片帶來更多的可能性。