RISC-V將會在物聯(lián)網(wǎng)市場中蓬勃發(fā)展

過去幾年間，主要基于中興事件和中美貿(mào)易戰(zhàn)的發(fā)酵，關于國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與風險的話題頻頻見諸報端。

造芯企業(yè)不斷增多，分散在芯片產(chǎn)業(yè)鏈3大環(huán)節(jié)，包括上游設計、中游制造、下游封裝和測試。產(chǎn)生的業(yè)務模式主要有4種，分別是以英特爾、TI、三星為典型的IDM模式，以臺積電、聯(lián)華電子、中芯國際、日月光集團為代表的Foundry模式，以高通、博通、聯(lián)發(fā)科、展訊、海思為代表的Fabless模式，以Arm為典型的Design Service模式（芯片設計服務提供商）。

那么問題來了，芯片產(chǎn)業(yè)鏈頗為復雜，當我們討論國內(nèi)芯片的落后時，主要在說什么？面對國際大廠成熟的資源運作和幾近壟斷的市場地位，新進造芯企業(yè)可以選擇哪些技術路徑實現(xiàn)突圍？

根據(jù)近幾年的新聞可以發(fā)現(xiàn)，RISC-V開源指令集架構正在國內(nèi)越來越受到關注。且為避免像此前Arm被美國禁令限制的類似事件再次出現(xiàn)，RISC-V基金會為避開政治風險，已于近期將總部注冊地從美國遷移至中立國瑞士，這一舉動尤其緩解了國內(nèi)RISC-V陣營對地緣政治干擾的擔憂。

為什么關注RISC-V？

據(jù)了解，目前芯片國產(chǎn)化主要有兩大難點：

其一是工藝和制造，因為需要的材料、耗材、設備等都被國外企業(yè)高度壟斷，國內(nèi)廠商的追趕之路道阻且長。再加上尚未在行業(yè)中看到明顯的拐點，這一領域仍需要長期且有步驟的投入和積累。

其二就是關于核心IP、指令集架構的專利。

中國RISC-V聯(lián)盟秘書處主任、中科院計算所高級工程師張科曾表示：在各類芯片中，處理器芯片是設計與制造過程中最為復雜的一類，是各國爭相搶占的制高點，而指令集架構是處理器芯片的“靈魂”，如果處理器芯片能夠基于開放、免費的指令集架構設計，并將設計源代碼等文件開源，勢必推動芯片及信息產(chǎn)業(yè)的新一輪變革。

什么是指令集呢？

指令集（ISA）是能夠轉(zhuǎn)化程序任務成CPU可理解的底層代碼的一項硬程序，說白了就是計算機芯片的底層語言或規(guī)范。程序按照某種指令集的規(guī)范翻譯為CPU可識別的底層代碼的過程，就叫做編譯。所以指令集的作用主要體現(xiàn)在引導CPU進行運算，確保CPU高效運行。

1978 年，英特爾率先推出指令集架構——X86 。雖然功耗高，但是性能極強，經(jīng)過一系列商業(yè)化運作以后，比如Wintel聯(lián)盟，X86幾乎壟斷了PC芯片市場。

1985年，Arm的前身Acorn公司在美國加州大學伯克利分校教授提出的對精簡指令集研究的基礎上，成功研發(fā)出了第一款面向低功耗、低成本場景的處理器芯片ARM1。到1990年Arm成立以后，Arm開始采用芯片IP授權的方式經(jīng)營業(yè)務，適逢此后抓住移動電話的機遇，尤其在獲得蘋果iPhone、谷歌安卓的采用后，ARM指令集最終制霸智能手機市場。

先發(fā)優(yōu)勢、生態(tài)積累讓英特爾和Arm以壟斷之姿昂首屹立于PC和智能手機市場，盡管過程中不斷有挑戰(zhàn)者，但在已經(jīng)成熟的市場里爭奪，后進者最終還是陷入了“沒有生態(tài)，用戶就是不愿意用”的尷尬境地。

但如今情況有所不同，當下最有發(fā)展前景的物聯(lián)網(wǎng)和人工智能產(chǎn)業(yè)還未產(chǎn)生具有明顯壟斷地位的指令集架構，給其他企業(yè)突圍創(chuàng)造了珍貴的窗口期，吸引了不少新玩家的加入。

實際上，芯片IP設計市場長期被認為易壟斷，業(yè)界有說法稱目前還活著的商用指令集主要也就四種，分別是X86、ARM、MIPS、RISC-V。至于為何是RISC-V有了新的機會，而英特爾或Arm沒有直接延續(xù)壟斷，MIPS也沒有趁勢而起，除了國家層面的戰(zhàn)略選擇以外（軟件業(yè)發(fā)達的印度甚至將RISC-V定為國家指令集），主要還是RISC-V有“出圈”的實力，包括其大道至簡的原則，模塊化、極簡、可擴展等特點。

RISC-V的前世今生

在江湖中，按照復雜程度可以將指令集分為兩種：復雜指令集CISC和精簡指令集RISC。

1981年，美國加州大學伯克利分校的David Patterson教授提出了精簡指令集RISC的觀點，這與X86那類復雜指令集CISC是相對的，RISC主張精簡指令種類和格式，倡導硬件應重點加速常用的指令，達到降低功耗、提高效率的目的。如前所述，Acorn公司正是基于精簡指令集的設計理念獲得了成功。

2010年，同樣是在美國加州大學伯克利分校，Krste Asanovic教授正在為選擇何種指令集來開展他的一系列教育項目而煩惱。在比較過后，因為X86是封閉的，Arm架構授權費太貴，社區(qū)化運營的OpenRISC要求所有的指令集改動后必須開源，限制條件頗多……

最后，Krste教授決定結合現(xiàn)代設計需求，在RISC架構的基礎上，拋掉不必要的歷史包袱，自己做個開源的CPU指令集架構來使用。

2014年，Krste團隊成功推出了一套基于BSD協(xié)議許可的免費開放的指令集架構RISC-V。

在此不妨解釋下BSD，作為一款開源協(xié)議，BSD鼓勵代碼共享，但要求尊重代碼作者的著作權。很多企業(yè)在選用開源產(chǎn)品的時候都首選BSD協(xié)議，因為可以完全控制這些第三方的代碼，在必要的時候可以修改或二次開發(fā)，這一好處同樣激勵了企業(yè)對RISC-V的采納。

2015年，融合了產(chǎn)學研各界的RISC-V基金會正式成立。

RISC-V基金會是一家非盈利性組織，主要負責維護標準的 RISC-V 指令集手冊與架構文檔，促進會員間的交流，發(fā)展壯大RISC-V生態(tài)系統(tǒng)。針對目前業(yè)界常質(zhì)疑的RISC-V因開源產(chǎn)生的碎片化問題，也是基金會主要面對并解決的，比如RISC-V處理器的定義來自基金會，在發(fā)布前需要進行嚴格的測試，企業(yè)才可合法地將其稱為RISC-V處理器；比如基金會認為過多的自我定制意味著一開始就放棄了RISC-V指令集的原有優(yōu)勢，企業(yè)沒有理由這么做。

日前，基金會治理架構做出調(diào)整，指明只要繳納每年25萬美元的會員費，就能自動獲得董事會成員席位和技術指導委員會席位，從而幫助全世界企業(yè)擁有相同的機會爭取話語權。

迄今為止，該基金會已吸引了全球28個國家327多家會員加入，包括谷歌、英偉達、高通、三星、西部數(shù)據(jù)、NXP、賽昉（SiFive）、晶心科技（Andes）、阿里巴巴、華米科技、獵戶星空都是其中重要的白金會員，國內(nèi)加入該基金會的成員達到30家。

2018年，國內(nèi)也開始圍繞RISC-V開展各項工作。

本土范圍內(nèi)投入RISC-V研發(fā)的部分企業(yè)

相比于市場上任何一種指令集，RISC-V著實屬于萌芽期，有企業(yè)在積極投入，還有眾多企業(yè)在密切關注。有數(shù)據(jù)顯示，中國有300家以上公司在關注RISC-V或以RISC-V指令集進行開發(fā)。聯(lián)系到上海市經(jīng)信委2018年發(fā)布的RISC-V支持政策，可想而知中國對于RISC-V的興趣正在自上而下凝聚成為共識。

RISC-V在物聯(lián)網(wǎng)市場大展拳腳

X86和ARM在物聯(lián)網(wǎng)領域的限制，主要是成本的問題，包括產(chǎn)權費用。RISC-V指令集開源的特點，使得企業(yè)可以節(jié)省這部分的經(jīng)費，同時RISC-V支持模塊化和可擴展，支持用戶使用和修改架構后進行商用，且不做代碼上的公開，保護了企業(yè)的商業(yè)利益，這與另一例開源指令集項目OpenRISC強制企業(yè)共享任何的創(chuàng)新有本質(zhì)不同。此外RISC-V目前已獲得大量的開源實現(xiàn)和流片案例，在進程上相比其他開源項目更加領先。

盡管如此，RISC-V目前也沒有和ARM對打的能力，原因主要是生態(tài)和軟件成熟度的問題，以及缺乏商業(yè)成功的典型產(chǎn)品，類似當年ARM+蘋果，ARM+安卓的案例。

在此可以多提幾句，為什么總是要如此強調(diào)生態(tài)？筆者認為，這里說的生態(tài)包括開放架構標準+硬件生態(tài)+工具鏈軟件生態(tài)+應用軟件生態(tài)等，生態(tài)形成以后，開發(fā)者可以快速上手，相應的軟硬件應用將實現(xiàn)大規(guī)模爆發(fā)。

所以短期內(nèi)，ARM依然會占據(jù)中高端市場，RISC-V主要在一些碎片化的新興市場展開應用，比如物聯(lián)網(wǎng)領域的輕終端場景，這些場景有低功耗低成本的需求，但是往往程序不用大改、對軟件生態(tài)的依賴性不高、出貨量又很大，符合RISC-V階段性的發(fā)展目標。

就像去年TWS藍牙無線耳機大火，結合該應用需要考慮小型、快速、低功耗的特性，紫光展銳對應推出了采用RISC-V處理器的TWS真無線藍牙耳機芯片—春藤5882，中科藍訊選擇RISC-V指令集作為藍牙SOC指令研發(fā)的基礎，這兩家在TWS芯片方面都已實現(xiàn)大規(guī)模出貨。

另據(jù)分析機構Semico Research預測，到2025年，市場將總共消費624億個RISC-V CPU核心。雖然和基于Arm出貨量在2019年10月就超過1500億相差甚遠，但不妨礙產(chǎn)業(yè)暢想未來物聯(lián)網(wǎng)是否真的能催生新的IP公司。
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