Semico Research的最新市場調(diào)研報告預(yù)測，預(yù)計到2025年，采用RISC-V架構(gòu)的芯片數(shù)量將達到624億顆，2018年-2025年的年復(fù)合增長率(CAGR)高達146.2%，主要應(yīng)用市場包括計算機、消費電子、通信、交通和工業(yè)，其中物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用市場占比最高，約為167億個內(nèi)核。ThJesmc

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RISC-V內(nèi)核的增長趨勢及主要應(yīng)用市場(來源：Semico Research)ThJesmc

開源硬件產(chǎn)業(yè)開始崛起

在主流指令集X86閉源、Arm授權(quán)費用昂貴的背景下，專攻物聯(lián)網(wǎng)等新興市場的開源RISC-V指令集，能否與X86、Arm生態(tài)形成錯位競爭？其代表的開源硬件產(chǎn)業(yè)生態(tài)，能否成為潛在的打破當(dāng)前處理器壟斷局面的一股重要力量？變成了人們在2020年關(guān)注和討論的焦點。ThJesmc

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核芯互聯(lián)科技有限公司總經(jīng)理兼首席技術(shù)官胡康橋ThJesmc

核芯互聯(lián)(CORELINK)科技有限公司總經(jīng)理兼首席技術(shù)官胡康橋分析稱，目前，RISC-V指令集的商業(yè)模式還是以IP核授權(quán)和定制化芯片為主，盡管有公司開始向通用MCU市場發(fā)力，但短期內(nèi)的格局并不會有太大變化。另一方面，芯片行業(yè)目前想要在商業(yè)模式上進行創(chuàng)新已經(jīng)比較困難了，最終比拼的還是各家產(chǎn)品在性能、功耗、面積、成本、易用性等方面的硬實力。而在業(yè)界最為關(guān)注的安全領(lǐng)域，國產(chǎn)合規(guī)將是大方向，除了引入類似ARM Trust Zone之類的技術(shù)之外，在加解密模塊上也會更多的引入國密算法。ThJesmc

他同時認(rèn)為，在我國的特殊國情和世界當(dāng)前的格局下，其實還有一條路非常值得關(guān)注，那就是走“安全可控”路線。在如今國產(chǎn)化的浪潮中以及“安可”聯(lián)盟的驅(qū)動下，通用處理器和專用處理器的研發(fā)得到了極大的推動和重視，各大指令集(ISA)的國產(chǎn)代表廠商紛紛推出自己的“安可”產(chǎn)品，例如采用X86的兆芯；采用Arm的飛騰、海思；采用阿爾法的申威；采用MIPS的龍芯，唯獨缺少能代表RISC-V指令集的CPU產(chǎn)品。誰要是能以第一款高性能RISC-V處理器入局“安可”聯(lián)盟，必定會在中國市場上掀起波瀾。ThJesmc

事實上，RISC-V架構(gòu)可以應(yīng)用于所有運算設(shè)備，5G通信設(shè)備、服務(wù)器、超算等應(yīng)用都可以采用，而且在技術(shù)和生態(tài)方面也不存在問題。尤其是在當(dāng)前的智能移動時代，AIoT是RISC-V一個很好的切入點，未來市場將會非常龐大，基于RISC-V的微處理器內(nèi)核加上AI運算協(xié)處理器IP，會在AIoT各個細(xì)分領(lǐng)域覓得良機。ThJesmc

以智能硬件產(chǎn)品為例，其對CPU應(yīng)用生態(tài)和性能的依賴低于PC、手機等產(chǎn)品，但它對CPU的功耗、體積和成本有著極高的敏感度，部分RISC-V架構(gòu)嵌入式CPU具備比同類Arm、X86架構(gòu)CPU更低的功耗、更小的面積以及更低的價格。ThJesmc

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北京兆易創(chuàng)新科技股份有限公司MCU事業(yè)部產(chǎn)品市場總監(jiān)金光一ThJesmc

在北京兆易創(chuàng)新(GigaDevice)科技股份有限公司MCU事業(yè)部產(chǎn)品市場總監(jiān)金光一看來，AIoT的發(fā)展需要四大要素：AI算法、IoT安全、處理器和服務(wù)平臺。其中處理器是智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的硬件基礎(chǔ)，大多數(shù)IoT設(shè)備都需要使用低功耗且支持無線連接的嵌入式處理器芯片，而AI相關(guān)應(yīng)用也需要嵌入式處理器進行邊緣計算，才能建構(gòu)完整的AIoT應(yīng)用。RISC-V的開源特性使得芯片設(shè)計具有自主獨立性，芯片設(shè)計規(guī)劃在架構(gòu)上更加自由，開放的基礎(chǔ)平臺也有利于降低門檻并推動產(chǎn)業(yè)升級。ThJesmc

不過胡康橋提醒業(yè)界說，芯片架構(gòu)本身并不是AIoT領(lǐng)域最具決定性的要素，IC廠家對客戶需求的把握能力、芯片定義能力、功耗控制能力和軟硬件算法協(xié)同能力更為關(guān)鍵。比如在常見的電池供電型IoT芯片中，處理器核所占的面積其實只有1/5-1/10，如何做好其他部分的設(shè)計也非常關(guān)鍵。ThJesmc

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上海賽昉科技有限公司CEO徐滔ThJesmc

上海賽昉科技(SiFive)有限公司CEO徐滔特別談到了RISC-V在安全性領(lǐng)域取得的突破。2019年10月，SiFive發(fā)布了面向SoC設(shè)計安全的全新架構(gòu)—SiFive Shield，這是一個開放、可伸縮的系統(tǒng)級安全解決方案，它采用多域安全保護和動態(tài)可審核的信任根來確保SoC安全性，同時又能最大程度的保證兼容性和可定制性，其體系結(jié)構(gòu)規(guī)范是公開的，并在Github上開源了安全啟動代碼和加密庫，對安全領(lǐng)域感興趣的RISC-V開發(fā)者可以直接下載使用。ThJesmc

根據(jù)各自公司的規(guī)劃，SiFive今年將重點聚焦超高性能標(biāo)量處理器、AI向量處理器、特定域架構(gòu)(DSA,Domain Specific Architecture)平臺解決方案和針對上述三個領(lǐng)域的特定IP，目標(biāo)是將解決方案提升到產(chǎn)品等級，讓合作伙伴的產(chǎn)品獲得更有競爭力和差異性的整體性能；核芯互聯(lián)將計劃結(jié)合自身的模擬優(yōu)勢，推出一系列具有高性能模擬IP的RISC-V產(chǎn)品，以及一款極具模擬特色的RISC-V MCU和一款特定行業(yè)定制化MCU，用以滿足下游客戶對專用處理器的需要。兆易創(chuàng)新則會在全球首個RISC-V架構(gòu)32位通用MCU產(chǎn)品系列基礎(chǔ)上持續(xù)完善RISC-V生態(tài)，包括提供多種IDE、中間件、開發(fā)套件等工具支持，與合作伙伴密切合作推出更多基于GD32 RISC-V內(nèi)核MCU的解決方案，舉辦RISC-V主題的線下活動和線上教學(xué)視頻等。ThJesmc

開源架構(gòu)≠商業(yè)成功

RISC-V具備精簡、開源、靈活、模塊化、可配置、“沒有歷史包袱”這些優(yōu)勢特性，但在關(guān)鍵的“生態(tài)系統(tǒng)”問題上，過去一兩年里出現(xiàn)了不同的聲音：有人認(rèn)為相比Arm、x86這類生態(tài)已經(jīng)十分成熟的商業(yè)架構(gòu)，RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)仍顯脆弱；但也有人認(rèn)為在RISC-V最擅長的AIoT領(lǐng)域，生態(tài)鏈比較短，搭建起來其實容易的多。ThJesmc

“生態(tài)的成熟并不是一蹴而就的，需要一個漫長的生態(tài)鏈培育過程。”徐滔認(rèn)為RISC-V相對于其他老牌的處理器架構(gòu)來說，從規(guī)范正式發(fā)布至今盡管只有5-6年的歷史，但從近兩年的發(fā)展態(tài)勢來看，基于RISC-V架構(gòu)的底層軟件技術(shù)、硬件開發(fā)板、上層軟件應(yīng)用、操作系統(tǒng)和終端產(chǎn)品層出不窮，火爆程度絲毫不亞于人工智能，甚至當(dāng)近期人工智能開始遇冷時，RISC-V技術(shù)依舊受到了投資人的追捧。ThJesmc

其中，軟件層面支持力度的繼續(xù)加大，被普遍視作RISC-V生態(tài)系統(tǒng)搭建過程中的重大利好消息，比如實時操作系統(tǒng)FreeRTOS/RT-Thread、Linux操作系統(tǒng)Fedora/Debian、編譯器IAR/卡姆派樂、調(diào)試器Lauterbach/SEGGER等都開始全面兼容并支持RISC-V，越來越多過去與其他處理器合作的軟件企業(yè)也紛紛加入到RISC-V生態(tài)之中。ThJesmc

然而需要正視的是，在手機、桌面、平板、工控等領(lǐng)域，RISC-V獲得的軟件支持力度仍然較為欠缺。盡管Linux是開源的先驅(qū)，在服務(wù)器領(lǐng)域獨占一方天地，但過去幾十年里其在消費級市場所積累的生態(tài)系統(tǒng)依舊不如Windows，所以開源還是閉源，并不是改變競爭格局的關(guān)鍵性因素。只有商業(yè)上的成功，才是改變競爭格局的關(guān)鍵。ThJesmc

“芯片設(shè)計的歷史已經(jīng)告訴我們，消費者所選擇的永遠(yuǎn)不是技術(shù)最好的。”胡康橋列舉了當(dāng)年的Alpha 21264，這樣一顆性能與當(dāng)時Intel奔騰相比一騎絕塵的芯片，最終還是沒能逃脫倒閉的命運，原因就在于其在商業(yè)上敗給了Wintel聯(lián)盟。“這對RISC-V是一個很好的警示”，他說，新架構(gòu)要想在任何領(lǐng)域跟其他指令集架構(gòu)的處理器展開競爭，就一定要在某個領(lǐng)域取得商業(yè)上足夠的成功。當(dāng)然，取得成功的辦法很多，RISC-V設(shè)計廠家可以“八仙過海，各顯神通”，但最短平快的做法應(yīng)該還是緊盯定制化細(xì)分市場。ThJesmc

芯片定制化方興未艾

隨著應(yīng)用領(lǐng)域的日趨細(xì)化，垂直領(lǐng)域的芯片定制化被認(rèn)為是未來的趨勢，因為廠商能夠針對應(yīng)用領(lǐng)域做優(yōu)化的處理器架構(gòu)(DSA)并以此形成核心技術(shù)。ThJesmc

“但凡事都有兩面性”，金光一說，一方面，得益于RISC-V指令的開放性，設(shè)計人員可以基于某個RISC-V規(guī)范加入需要的擴展指令，這賦予了芯片高度的靈活性和可編程性。而RISC-V開源的特質(zhì)，在成本方面也更具優(yōu)勢，有利于降低準(zhǔn)入門檻并加速垂直市場芯片的上市周期。但另一方面，各家廠商對RISC-V標(biāo)準(zhǔn)的擴展，應(yīng)該呈現(xiàn)多元性而非碎片化的特征，這樣才能促進軟硬件生態(tài)系統(tǒng)的繁榮。ThJesmc

徐滔表示，垂直領(lǐng)域SoC芯片設(shè)計包含幾個階段，首先要找到垂直的應(yīng)用，確認(rèn)應(yīng)用場景的軟件(如SDK、協(xié)議棧、操作系統(tǒng)等)需求。除了通用的控制外，計算所需的核心算法(如音視頻、計算機視覺、深度學(xué)習(xí)等)是產(chǎn)品的門檻與競爭優(yōu)勢。在芯片設(shè)計上要采用合適的SoC架構(gòu)來滿足軟件與算法要求以達到最優(yōu)效果，并落實到與具體應(yīng)用領(lǐng)域相關(guān)的核心IP，如CPU、DSP、ISP等。ThJesmc

而RISC-V之所以能夠造就DSA革新，核心原因就在于它能夠在垂直領(lǐng)域形成的SoC平臺模板上加速垂直領(lǐng)域的產(chǎn)品優(yōu)化和創(chuàng)新能力，以及基于云端的快速SoC定制化，特別是在智能音視頻領(lǐng)域中，基于RISC-V的靈活性和可擴展性，無論是結(jié)合第三方還是自有算法，都能夠創(chuàng)造出具備高能效比、低功耗、安全可靠特性的創(chuàng)新型SoC架構(gòu)，這也是RISC-V的價值所在。ThJesmc

與上下游合作伙伴的配合也很重要，這一理念在SiFive所建立的Core Designer平臺上已經(jīng)得以實現(xiàn)。目前，用戶基于網(wǎng)頁界面可以完成兩件事：1. 定制自己所需的CPU內(nèi)核，以RTL的形式授權(quán)給客戶；2. 基于CPU和硬件IP整合成適合特定垂直領(lǐng)域應(yīng)用的子系統(tǒng)，這種硬件架構(gòu)可以提供更好的計算能效甚至性價比，再授權(quán)給客戶使用。ThJesmc

但胡康橋認(rèn)為DSA在技術(shù)上不能稱之為難點，甚至連創(chuàng)新點也談不上，只能算一個不錯的切入點。在這個領(lǐng)域，更考驗的還是廠家的商業(yè)化能力。所謂的領(lǐng)域?qū)Ｓ锰幚砥鳎紫鹊谜业竭@樣的領(lǐng)域，需要有下游應(yīng)用和方案廠家愿意深度配合，閉門造車、不去實地調(diào)研客戶的需求，是永遠(yuǎn)不可能在商業(yè)化上取得成功的。他因此建議準(zhǔn)備在RISC-V領(lǐng)域大干一番的人士們多去跟用戶交流，去深入地了解他們的實際需求，看他們最迫切需要解決什么樣的問題：功耗、成本、面積、性能、實時性、還是安全性？ThJesmc

Arm在去年的Arm Techcon大會上宣布針對Armv8-M架構(gòu)推出Arm定制化指令(Custom Instructions)，并將于2020 年上半年開始首先在Cortex-M33處理核心上實施，也不會對新的或既有授權(quán)廠商收取額外費用。外界普遍對此解讀為Arm一是感受到了來自RISC-V的巨大競爭壓力，二是體會到了定制化指令帶來的好處。ThJesmc

“在指令定制上，現(xiàn)在ARM變成了追隨者，而RISC-V是引領(lǐng)者。”徐滔表示，垂直領(lǐng)域的芯片定制化業(yè)務(wù)是一種現(xiàn)在以及未來的趨勢，在這種趨勢下能找到更多芯片創(chuàng)新的機會。每顆IP不但有針對垂直領(lǐng)域的定制化需求，還要能快速交付，只有定制化才能帶給用戶更大的價值，例如減少不必要的冗余邏輯門數(shù)與降低功耗。ThJesmc

他說定制芯片既是優(yōu)勢也是挑戰(zhàn)，這里涉及兩個關(guān)鍵點：一是參數(shù)的適配性及RISC-V IP、第三方IP和EDA工具之間的互相配合；二是在于對應(yīng)用的理解，理解的越深，定制也就越到位。RISC-V的特點就是適用于定制化，而不需要做架構(gòu)的調(diào)整或者優(yōu)化，因為指令定制在RISC-V是原生的，用戶只需要在RISC-V基礎(chǔ)核上進行參數(shù)的設(shè)置，再選擇適合的模塊即可，而Arm則需要額外添加補丁來實現(xiàn)。ThJesmc

這種新的定制化指令功能，的確為芯片開發(fā)提供了更高的靈活性，但也需要算法、代碼庫、編譯器等配套工具的支持。而且芯片開發(fā)除了指令集架構(gòu)之外，還需要同時關(guān)注芯片的接口外設(shè)、安全性、可靠性、成本等一系列問題，這對定制化來說也是客觀存在的挑戰(zhàn)。ThJesmc

“可以很保守的說，95%以上的客戶對于定制指令集是沒有需求的，對于定制指令集有需求的客戶，很可能更喜歡ASIC協(xié)處理器，因為能在功耗上做得更低。”胡康橋認(rèn)為定制指令集很大程度上是為了在通用和專用之間找一個平衡點，而如何找到這個平衡點，是由市場決定的，考驗著一家公司對市場認(rèn)知的深刻程度。ThJesmc

本文為《國際電子商情》2020年4月刊雜志文章，版權(quán)所有，禁止轉(zhuǎn)載。免費雜志訂閱申請點擊 這里ThJesmc