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(lián)網(wǎng)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(yōu)勢,其他的應用場景還包括手機、服務器、存儲等市場。
完全開源是RISC-V的初衷也是關鍵特性
2020年,芯片產(chǎn)業(yè)對自主可控的迫切需求,對壟斷危機的擔憂,讓中國半導體從業(yè)者孜孜以求。
開源精神是 RISC-V 初衷,RISC-V的開發(fā)團隊希望這是一個完全開放的指令架構,可以為任何組織機構和商業(yè)組織所使用。
越來越多的中國創(chuàng)業(yè)公司將目光投向RISC-V芯片的設計和開發(fā),以期在物聯(lián)網(wǎng)、AI等新興市場取得突破性發(fā)展。
開源的特性讓RISC-V的使用并不會受到單一公司的綁定,因此也一度被認為是我國實現(xiàn)芯片自主的希望。
如今,在芯片設計的核心環(huán)節(jié)就出現(xiàn)了這樣的機會,即利用完全開源開放,可被自由使用的指令集架構RISC-V來設計處理器。
這一關鍵領域,長期以來都被x86架構和ARM架構主導,而RISC-V卻因其在物聯(lián)網(wǎng)、AI等新興市場的巨大發(fā)展?jié)摿Ρ灰暈锳RM的最強競爭對手。
RISC-V的核心特點
①完全開源:RISC-V是開源指令集架構(ISA),與大多數(shù)指令集相比,RISC-V指令集可以自由地用于任何目的,允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。
②架構簡單:RISC-V的規(guī)范文檔僅有145頁,這意味著使用RISC-V進行軟硬件研發(fā)的工程師們能更容易上手,更快進行開發(fā)驗證,可以縮短芯片和軟件的研發(fā)周期、降低成本。
而在處理器領域的主流架構的x86與ARM指令數(shù)目多、冗余嚴重、文檔數(shù)量龐大使得開發(fā)人員在x86與ARM在這些架構上開發(fā)新的操作系統(tǒng)或者直接開發(fā)應用門檻很高。
③模塊化設計:RISC-V還采用模塊化設計將其不同部分組織在一起,從而使得通過統(tǒng)一架構滿足各種不同的應用成為可能。
但ARM卻難以做到的模塊化兼容,其架構中應用操作系統(tǒng)、實時和嵌入式三個領域,彼此之間并不兼容。
RISC-V擁有的四大優(yōu)勢
①設計優(yōu)勢:它降低了芯片研發(fā)門檻;
②技術上大家都是從零開始,沒有任何歷史包袱;
③市場優(yōu)勢,新的市場可以支持RISC-V發(fā)展;
④管理優(yōu)勢:現(xiàn)在沒有第二家企業(yè)能打敗RISC-V,同時也有利于規(guī)避其他發(fā)達國家的政策管制。
RISC-V受到中國廠商的大力擁抱
有能力購買Arm架構授權的高端客戶,全球也不過十數(shù)家。
但基于RISC-V指令集的開源生態(tài),企業(yè)可以根據(jù)應用場景或是客戶的定制化需求,進行指令集級別的深度優(yōu)化,實現(xiàn)技術上不斷迭代。
RISC-V架構下,企業(yè)無需支付高額的架構授權費用,就可以進行定制優(yōu)化,實現(xiàn)完全自主可控。
RISC-V在中國的成功,與我國芯片研發(fā)受制于人的現(xiàn)狀不無關系。
基于開源的RISC-V,做出具有自主知識產(chǎn)權的芯片,培養(yǎng)相應的產(chǎn)業(yè)生態(tài),對于中國半導體來說無疑是沙漠中的一股清泉。
尤其是在政治環(huán)境不明朗的情況下,全球90%以上的服務器芯片市場都建立在英特爾的x86架構上。
而ARM已經(jīng)被日本軟銀收購,雖然可以買到IP授權,但缺少了設計CPU的核心能力,授權基礎上的產(chǎn)業(yè)能否長期穩(wěn)固,也是一道未解之謎。
而RISC-V指令集本身不是商品,自然也就更少爭議。
除了政策上的風險之外,中國如火如荼的AI建設,也進一步驅(qū)使國內(nèi)廠商擁抱RISC-V。
比如智能音箱、智能家居等更需要邊緣計算能力支撐的AI硬件,對架構的靈活性要求也更高,需要不斷根據(jù)市場和技術的變化來進行調(diào)整。
全球/國內(nèi)RISC-V產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況
Semico Research 預計到 2025 年,采用 RISC-V 架構的芯片數(shù)量將增至 624 億顆,2018 年至 2025 年復合增長率高達 146%。
根據(jù)Tractica的預測,基于RISC-V的IP和軟件工具的全球收入將在2025年增加到11億美元,高于2018年的5200萬美元。
比如西部數(shù)據(jù)還宣布計劃將高達每年20億顆的芯片轉(zhuǎn)向RISC-V架構;
英偉達也公開了其在RISC-V方面的研究,指出了在深度神經(jīng)網(wǎng)絡(DNN)中應用RISC-V指令集的可能性;
三星也披露了將推出多款采用RISC-V內(nèi)核架構的芯片;
另外,Google、三星和高通在內(nèi)的約 80 家公司將聯(lián)合為自動駕駛汽車等應用開發(fā)新的 RISC-V 芯片設計;
GreenWaves推出了基于RISC-V開源處理器架構的低功率AI物聯(lián)網(wǎng)(IoT)應用處理器。
2014年,芯啟科技開始涉足了RISC-V領域,并在接下來的幾年中,陸續(xù)推出了SAR-T6系列、SAR-D9系列和TNA-300系列產(chǎn)品。
2018年4月,晶心科技推出了第一代基于RISC-V架構的AndeStar V5,成為了第一個采用 RISC-V的主流CPU IP公司。
2018年9月,華米公司發(fā)布了號稱全球智能穿戴領域第一顆基于RISC-V的人工智能芯片——黃山1號。
2018年9月,飛利信以RISV-V指令集為核心的自主可控MCU芯片研發(fā)完成基礎測試工作。
2018年10月,中國 RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在上海正式成立,芯原微電子擔任聯(lián)盟首任理事長單位,君正、晶心、芯來、致象爾微擔任副理事長單位,截止 2019 年底,聯(lián)盟已有 130 余家會員單位。
2018年11月,睿思芯科發(fā)布了一款基于64位RISC-V指令集的AI芯片——Pygmy。據(jù)悉,Pygmy可應用于各種物聯(lián)網(wǎng)終端AI inference場景。
2019年7月,平頭哥正式發(fā)布玄鐵910(XuanTie910),稱玄鐵910目前業(yè)界性能最強的一款RISC-V處理器。
2019年兆易創(chuàng)新發(fā)布了GD32VF103系列RISC-V,采用了全新的基于開源指令集架構RISC-V的Bumblebee處理器內(nèi)核,由兆易創(chuàng)新與中國RISC-V處理器內(nèi)核IP和解決方案商芯來科技聯(lián)合開發(fā)。
晶心科技又于2020年1月推出了AndesCore? 27系列處理器核心,該系列成為RISC-V指令集架構中領先支持向量擴展架構(RISC-V V-extension)的處理器。
2020年9月28日,賽昉科技發(fā)布了一款基于RISC-V的人工智能視覺處理平臺驚鴻7100;隨后的12月,發(fā)布了基于RISC-V的處理器內(nèi)核天樞系列處理器。
開源架構≠商業(yè)成功
開源還是閉源,并不是改變競爭格局的關鍵性因素,只有商業(yè)上的成功,才是改變競爭格局的關鍵。
商業(yè)化發(fā)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(chǎn)品,例如智慧電表、智慧穿戴或是智能馬達控制。
RISC-V在關鍵的生態(tài)系統(tǒng)問題上,有人認為相比Arm、x86這類生態(tài)已經(jīng)十分成熟的商業(yè)架構,RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)仍顯脆弱;
但也有人認為在RISC-V最擅長的AIoT領域,生態(tài)鏈比較短,搭建起來其實容易的多。
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。
RISC-V相對于其他老牌的處理器架構來說,從規(guī)范正式發(fā)布至今盡管只有5-6年的歷史。
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。
然而需要正視的是,在手機、桌面、平板、工控等領域,RISC-V獲得的軟件支持力度仍然較為欠缺。
只是,RISC-V是指令集開源,各個公司想要設計結構的話還是要自己出錢,而選擇RISC-V最大的優(yōu)勢就是能夠讓過去那些無效的提高性能的方法得以實現(xiàn)。
而開源指令集方面,有MIPS與RISC-V較為相似,但也存在難以彌補的不足。
此外,成本優(yōu)勢很難成為其與ARM競爭的優(yōu)勢,因為雖然RISC-V核心指令集是免費的,但從設計工具、周邊IP到制造服務等,沒有一項是免費的。
如果說x86時代WinTel拼殺的是PC和服務器,ARM+安卓爭奪的是智能手機的江山,那么RISC-V與中國產(chǎn)業(yè)的擁抱將以AIoT為粘合劑。
RISC-V是本土集成電路產(chǎn)業(yè)振興的最后一個時間窗口,是處理器產(chǎn)業(yè)最后也是最好的機會。
在目前的國際形勢下,發(fā)力RISC-V更有其特殊意義。盡管在中美貿(mào)易話題下,國產(chǎn)替代的話題日益突出,但RISC-V究其根本只是指令集,從指令集到完整設計,仍有一條長路要走。