芯片架構(gòu)RISC-V崛起 生態(tài)建設(shè)尚在初期

近期ARM的爭斗、收購事件持續(xù)在業(yè)界引發(fā)熱議，芯片設(shè)計領(lǐng)域的企業(yè)再次進入到公眾視野。而與此同時，發(fā)展迅猛的ARM還面臨著新晉者RISC-V架構(gòu)的挑戰(zhàn)。

或者說，芯片設(shè)計、芯片架構(gòu)的高壁壘行業(yè)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(gòu)計算的趨勢，甚至有業(yè)內(nèi)專家預(yù)測，未來X86、ARM、RISC-V有機會三分天下。

此處所說的芯片架構(gòu)便是指令集架構(gòu)，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(tǒng)，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(guī)范，需要在設(shè)計CPU的時候都制定好。

發(fā)展至今，CPU主要有兩大指令集，復(fù)雜指令集（CISC）架構(gòu)x86，精簡指令集（RISC）架構(gòu)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(gòu)，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(wèi)告訴21世紀經(jīng)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(yè)中的Linux，“現(xiàn)在大家接受程度也越來越高，但是一個RISC-V逐漸發(fā)展的過程。今年在輿論的發(fā)聲上非常熱鬧，也是和地緣政治有關(guān)系，但從技術(shù)本身發(fā)展過程來講，還是需要時間積累。”

新生力量

當年的英特爾堅持研發(fā)復(fù)雜指令集，贏得了勝利，現(xiàn)在也依然強大。但是不得不面對的現(xiàn)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(gòu)，并且精簡指令集在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域大有風(fēng)生水起之勢，包括后起之秀RISC-V。

根據(jù)公開資料顯示，1979年加州大學(xué)伯克利分校David Patterson教授提出的精簡指令集，其本質(zhì)是主張硬件專注于加速常用的程序指令，優(yōu)點是架構(gòu)設(shè)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(xué)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(fā)現(xiàn)x86架構(gòu)非常封閉，而ARM指令集授權(quán)費又十分昂貴，于是轉(zhuǎn)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(jīng)濟報道記者：“RISC-V的優(yōu)勢在于在指令集發(fā)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(gòu)屬于符合市場所需的指令集。由于開源的關(guān)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(shù)上的長足發(fā)展。”

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(gòu)，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(gòu)短小精悍。相比于X86和ARM動輒幾百數(shù)千頁，RISC-V的規(guī)范文檔僅有145頁，且“特權(quán)架構(gòu)文檔”的篇幅也僅為91頁。

此外，RISC-V的中立性質(zhì)，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(yè)。今年，由于對潛在貿(mào)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(wèi)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(huán)境下。”

生態(tài)初期

因此，國內(nèi)外都有不少企業(yè)投入到RISC-V的生態(tài)當中。

國內(nèi)來看，阿里巴巴旗下的中天微已經(jīng)推出支持RISC-V第三代指令系統(tǒng)架構(gòu)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(fā)計劃，2018年發(fā)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(gòu)AI SOC，可應(yīng)用于智能語音、智能玩具、機器人、工業(yè)視覺、可穿戴等應(yīng)用場景。

王衛(wèi)向記者表示，睿思芯科的芯片將在今年年底量產(chǎn)，“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(qū)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(jié)構(gòu)。當然，特定場景下結(jié)合特定算法，會有最優(yōu)解，我們的產(chǎn)品面向終端、邊緣。”

但是目前RISC-V還在發(fā)展初期，這股新興力量的商業(yè)化仍在探索階段，在王衛(wèi)看來：“主要的挑戰(zhàn)在于，CPU領(lǐng)域不是靠自己單打獨斗，還需要更多生態(tài)環(huán)境的配合，包括編譯器、工具鏈等，需要更多的伙伴參與生態(tài)的建設(shè)，RISC-V早期產(chǎn)生和發(fā)展都是在國外，發(fā)展節(jié)奏里，國際協(xié)作是非常關(guān)鍵的。作為新的指令集，RISC-V現(xiàn)在在早期階段，生態(tài)環(huán)境不夠完整。在發(fā)展初期，主要是一些軟件生態(tài)環(huán)境的成熟性和豐富性，需要一定時間發(fā)展，但是在特定的邊緣應(yīng)用領(lǐng)域?qū)@個依賴度沒有那么高，發(fā)展的會更好一些。”

西南證券報告指出，在半導(dǎo)體的歷史上，X86、ARM作為主流架構(gòu)一直都占有著很大的市場。隨著物聯(lián)網(wǎng)時代的來臨，而RISC-V作為新興架構(gòu)，以其精簡的體量，或許在未來的IoT領(lǐng)域中能取得絕對的優(yōu)勢，其他的應(yīng)用場景還包括手機、服務(wù)器、存儲等市場。

姚嘉洋向記者分析道：“商業(yè)化發(fā)展最為重要的關(guān)鍵，還是終端應(yīng)用是否有意愿大量使用RISC-V架構(gòu)的主流產(chǎn)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(chǎn)品都可被歸類在互聯(lián)網(wǎng)（IoT）領(lǐng)域中，由于這個領(lǐng)域應(yīng)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(fā)揮其特色的舞臺。

另一方面，如EDA與晶圓代工業(yè)者，大多都與ARM陣營有較為深厚的合作關(guān)系。若能取得EDA與晶圓代工業(yè)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(yōu)勢，這將有機會取得一些芯片與OEM業(yè)者的青睞。”