聚焦RISC-V+AI，未來半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)兩大黃金賽道！

前言：在當(dāng)今的科技浪潮中，RISC-V架構(gòu)和人工智能（AI）正在成為推動半導(dǎo)體行業(yè)變革的重要力量。其中，RISC-V作為一種開放的指令集架構(gòu)，賦予了設(shè)計者更大的靈活性和創(chuàng)新空間，使得定制化芯片的開發(fā)變得更加高效和經(jīng)濟。這種開放性不僅促進了技術(shù)的快速迭代，更推動了整個生態(tài)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。而人工智能的快速進步對計算能力則提出了更高的要求，催生出了一系列專用的AI加速器和處理器，進一步改變了半導(dǎo)體設(shè)計的格局。

結(jié)合RISC-V與AI的潛力，我們正目睹一個全新的半導(dǎo)體時代的到來，這一時代將重塑各行各業(yè)的技術(shù)架構(gòu)和應(yīng)用場景。本文將探討RISC-V和AI如何共同影響半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，推動其向更高效、更智能的未來邁進。

在當(dāng)今技術(shù)迅猛發(fā)展的時代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正面臨著前所未有的變革。尤其是RISC-V架構(gòu)的興起以及人工智能（AI）的廣泛應(yīng)用，正在深刻影響著半導(dǎo)體的設(shè)計和制造，推動著行業(yè)向更加高效、靈活和智能的方向發(fā)展。這一變革不僅為全球科技產(chǎn)業(yè)帶來了新的增長點，也為中國實現(xiàn)科技自立自強、推動產(chǎn)業(yè)升級提供了前所未有的“彎道超車”機遇。

在此大背景下，如何把握這一技術(shù)迭代機遇？國內(nèi)廠商如何實現(xiàn)自我突破？或許，這些問題在第二十一屆中國國際半導(dǎo)體博覽會（IC CHINA 2024）上可以找到答案。

打破封鎖，RISCV成不二法門

提到RISC-V，想必大家都不陌生。作為一種全新的開放處理器指令集架構(gòu)，RISC-V自2010年誕生以來，便受到了包括谷歌、IBM等在內(nèi)的眾多企業(yè)，以及劍橋大學(xué)、中國科學(xué)院等在內(nèi)的知名學(xué)府與研究機構(gòu)的關(guān)注和參與。

隨著AIoT時代的到來，智能化應(yīng)用場景與萬物互聯(lián)的生態(tài)催生出了巨大的芯片市場，使得全球?qū)ISC-V架構(gòu)的關(guān)注度不斷升溫。特別是在中國半導(dǎo)體核心技術(shù)被“卡脖子”之后，RISC-V更被視作國產(chǎn)芯“自主可控”的發(fā)展契機。

在IC CHINA 2024上，中國工程院院士倪光南表示，中國是開源大國，目前已經(jīng)成為開源RISC-V的重要力量，帶動全球開源事業(yè)的發(fā)展。發(fā)展RISC-V生態(tài)是順時代之勢、應(yīng)國家之需、答產(chǎn)業(yè)之盼，對新時代中國開源體系建設(shè)，對推動全球集成電路全產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展都能作出重要貢獻。

要知道，RISC-V最大的優(yōu)勢就是開源和免費。其中，開源意味著開發(fā)者可以針對特定應(yīng)用場景，比如近期火熱的AIoT市場，設(shè)計出自己的AIoT芯片架構(gòu)；而免費意味著RISC-V可以幫助開發(fā)者低成本完成CPU設(shè)計，將芯片設(shè)計門檻大大降低。

除此之外，RISC-V還具有精簡、靈活、模塊化、可配置、“沒有歷史包袱”等諸多優(yōu)勢。具體來說，RISC-V指令集架構(gòu)具備開放性特點，任何人、組織、公司均可自由用于商業(yè)或非商業(yè)用途；RISC-V架構(gòu)十分簡潔，32或64位基礎(chǔ)指令不超過60條，加上擴展指令只有一百多條，它總結(jié)和吸取了歷史上諸多處理器架構(gòu)的精華；在擴展性方面，RISC-V用戶可根據(jù)產(chǎn)品特性擴展自定義指令增加產(chǎn)品差異化和競爭力。

因此，對于設(shè)計人員而言，RISC-V是一種專為高速和低功耗而設(shè)計的簡化架構(gòu)。而基于RISC-V的芯片，不僅適用于學(xué)術(shù)界，也非常適合商業(yè)應(yīng)用。

根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)Semico Research發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2025年，采用RISC-V架構(gòu)的芯片數(shù)量將增至624億顆；預(yù)計2018-2025年，RISC-V CPU內(nèi)核的復(fù)合增長率（CAGR）將達到146%，而這些芯片將主要應(yīng)用在計算機、消費電子、通信、交通和工業(yè)等領(lǐng)域。

另據(jù)國際市場分析機構(gòu)SHD Group發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計到2030年，RISC-V全球市場規(guī)模將達到927億美元，未來幾年的年均復(fù)合增長率為47.4%?。此外，用于AI加速器的RISC-V SoC出貨量預(yù)計將達到41億顆，營收將達到422億美元?。

而中國作為RISC-V發(fā)展的重要市場之一，目前已有100多家規(guī)模相當(dāng)大的公司正在使用RISC-V設(shè)計芯片，至少還有100家初創(chuàng)公司也在嘗試使用RISC-V架構(gòu)芯片?。例如，中國移動和中移芯昇發(fā)布的全球首顆采用RISC-V CPU內(nèi)核的超級SIM芯片“CC2560A”，而中國電信也部署了以RISC-V CPU為核心的“北?！逼脚_?。這些成果不僅標志著中國RISC-V發(fā)展已初具規(guī)模，更為健全強化集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈提供了新的機遇。

倪光南指出，中國集成電路產(chǎn)業(yè)鏈往往分為四個環(huán)節(jié)，即芯片設(shè)計、芯片制造、封裝測試和下游應(yīng)用。發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)應(yīng)該用系統(tǒng)思維去思考，每個環(huán)節(jié)都息息相關(guān)、不可偏廢。而RISC-V繁榮生態(tài)，則需要來自社會各個方面的相關(guān)支撐，包括政府、高校、產(chǎn)業(yè)界、科研院校、市場應(yīng)用等多個方面協(xié)同。對此，我國應(yīng)該發(fā)揮新型舉國體制優(yōu)勢、超大規(guī)模市場優(yōu)勢和人才優(yōu)勢，大力支持開源創(chuàng)新，積極參與全球科技創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)和科技治理，與世界協(xié)同，為促進RISC-V生態(tài)繁榮貢獻中國智慧和中國力量。

另外，伴隨著RISC-V的興起，一種創(chuàng)新的處理器架構(gòu)DSA也引起了人們的關(guān)注。在當(dāng)前摩爾定律放緩的趨勢下，RISC-V的DSA系統(tǒng)可面向特定領(lǐng)域，通過定制的架構(gòu)以更好地適應(yīng)需求。DSA需融合硬件和軟件技術(shù)，包括更有效的并行算法，更有效的存儲帶寬利用，削減不必要的計算精度，采用面向領(lǐng)域的編程語言DSL；同時，DSA還可能與面向領(lǐng)域的語言DSL相結(jié)合，如OpenGL、TensorFlow等。因此，發(fā)展基于RISC-V架構(gòu)的DSA新型服務(wù)器也是我國“彎道超車”的機遇，這一架構(gòu)有望實現(xiàn)對X86服務(wù)器的替代。

而RISC-V工委會輪值會長、知合計算CEO孟建熠也認為，當(dāng)前RISC-V生態(tài)正在加速成長，RISC-V也將改變“芯片架構(gòu)”領(lǐng)域的市場結(jié)構(gòu)，成為AI時代計算架構(gòu)變革的技術(shù)底座。

在AI時代的“下半場”，RISC-V將呈現(xiàn)四大發(fā)展方向：一是針對AI的架構(gòu)創(chuàng)新，RISC-V具有計算架構(gòu)的定制化能力，可以適配各種最新的應(yīng)用需求；二是RISC-V處理器的產(chǎn)品性能將超過閾值，達到主流性能需求；三是RISC-V通用CPU的功能將更加完善；四是基于Vetor和Matrix，RISC-V在AI加速以及各類應(yīng)用中的擴展將更加迅速。

可以預(yù)見，隨著AI落地的不斷深入，RISC-V將在更多領(lǐng)域和場景中展現(xiàn)出其強大的潛力與價值，而中國半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也將有望取得更大的發(fā)展。

守正創(chuàng)新，掘金AI“芯”賽道

健全強化集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，除了需要社會各個方面的相關(guān)支撐，以及資本和市場的力量，還離不開創(chuàng)新技術(shù)的加持，比如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)等。而在SEMI全球副總裁、中國區(qū)總裁居龍看來，以AI為代表的智能化技術(shù)，正在給全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來革命性變化。

居龍表示，去年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)處于下行周期，但SEMI綜合各機構(gòu)預(yù)測，預(yù)計今年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)至少有15%-20%的增長，預(yù)計全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模將會突破6000億美元，有望在2030年達到銷售額萬億美元的里程碑。在實現(xiàn)這一目標的過程中，AI是最大的驅(qū)動力。2023年是生成式AI的元年，新的科技革命浪潮興起，在AI的賦能下，半導(dǎo)體在AI數(shù)據(jù)中心、智能汽車、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的需求持續(xù)增長。預(yù)計到2030年，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)萬億美元的銷售額中，將有70%以上的芯片中含有AI元素。

另據(jù)Gartner發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2023年全球AI芯片收入為540億美元，預(yù)計2024年將達到710億美元，到2025年將增至920億美元，年均增長率為20%-41%。這些數(shù)據(jù)可以更直觀地顯示出AI半導(dǎo)體市場強勁的增長趨勢和巨大的市場潛力。

不僅如此，新紫光集團董事、聯(lián)席總裁陳杰也認為，人工智能對集成電路的發(fā)展更具重要意義。2023年是人工智能發(fā)展里程碑的一年，在AI的引領(lǐng)下，全球半導(dǎo)體市場規(guī)模創(chuàng)新高，僅今年二季度就達到了1621億美元。在大模型、大數(shù)據(jù)、大算力這“三大動力”的支撐下，人工智能有望邁入通用智能時代，具備人類記憶、思考、推理的能力。

不過，實現(xiàn)這一切還要有一段很漫長的路要走。陳杰指出，當(dāng)前人工智能在商業(yè)模式、能源供應(yīng)、技術(shù)路線等多方面都存在挑戰(zhàn)，應(yīng)該采取“守正創(chuàng)新”的態(tài)度和模式，去迎接人工智能帶來的機遇和挑戰(zhàn)。

具體來說，在商業(yè)模式上，人工智能現(xiàn)在進入到了大模型“百模大戰(zhàn)”階段，競爭非常激烈，知名的產(chǎn)業(yè)公司也投入了巨大的人力、物力、財力，以發(fā)展一些進入大模型的人工智能。當(dāng)前，整個商業(yè)模式大部分都是虧錢的狀態(tài)，比如OpenAI公司，未來可能還要虧上100多億美金。它的商業(yè)模式到底在哪兒？究竟怎樣才能產(chǎn)生收益？其實大家都在探索之中。

在能源供應(yīng)上，大模型需要巨大的算力，需要大量的能耗，而現(xiàn)在包括微軟、谷歌、亞馬遜等知名公司，都在考慮是不是要租用核電站來解決未來大算力的問題。可以預(yù)見，能耗很可能成為左右未來人工智能發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。不過，這對中國來說，或許是一個機會。因為中國的能源，特別是新能源（如太陽能、風(fēng)力），可以為全球的人工智能發(fā)展提供巨大的能源支持。

在技術(shù)路線上，我們可以看到，人工智能研究熱潮主要基于transfomer大模型、大數(shù)據(jù)、巨大的參數(shù)。然而，探索通用人工智能的發(fā)展，到底是一條正確的道路，還是唯一的道路，現(xiàn)在都不好說，包括圖靈獎得主Yann LeCun對這個問題也有不同的看法，但更多的人認為，人工智能通向通用人工智能一定不只有transfomer和大模型一條路可走，還有很多值得我們思考和探索的地方。

針對以上問題，陳杰建議，我們應(yīng)該采取“守正創(chuàng)新”的態(tài)度和模式，去迎接人工智能給我們帶來的機遇和挑戰(zhàn)。

在“守正”方面，要密切跟蹤AI領(lǐng)域國際前沿技術(shù)發(fā)展趨勢，集中力量對已經(jīng)被證明有效的技術(shù)卡點進行正面突破，比如算法模型中Transfomer架構(gòu)通用LLM的研究與實現(xiàn)，算力方面的GPGPU、NVlink，工藝方面的FinFET、GAA等。此外，在大算力芯片要用到的大容量、大帶寬的存儲器方面，也應(yīng)該集中力量進行突破。

在“創(chuàng)新”方面，要重視開拓AI新技術(shù)路線，開展架構(gòu)創(chuàng)新、系統(tǒng)創(chuàng)新、端側(cè)創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新。在當(dāng)前還看不清楚通向人工智能的正確道路的時候，可以集中力量跟蹤目前國際上比較流行的進入大模型的算法和它搭建的通用架構(gòu)，以及相應(yīng)的大算力系統(tǒng)。除了大模型以外的RWKV、JEPA等新的算法和架構(gòu)，也可能演變成未來通向通用人工智能有效的手段?；诖?，我們呼吁行業(yè)可以進行大膽的研究和探索，包括新型的存算一體化架構(gòu)、芯片結(jié)構(gòu)、3D晶體管等。

總之，中國在應(yīng)用端有著巨大優(yōu)勢，從移動互聯(lián)網(wǎng)時代起就有著很多成功經(jīng)驗。針對AI時代的到來，可以發(fā)揮我們在移動互聯(lián)網(wǎng)時代積累的應(yīng)用端的優(yōu)勢，在做好端側(cè)AI芯片的同時，還要做好端側(cè)的應(yīng)用。只有這樣，才能形成一個應(yīng)用的高地，做出我們自己的特色。

結(jié)語：

綜上所述，RISC-V和人工智能的崛起正在深刻改變著半導(dǎo)體行業(yè)的格局。RISC-V以其開放性和靈活性，為芯片設(shè)計帶來了前所未有的創(chuàng)新機會，使得企業(yè)能夠根據(jù)特定需求定制處理器，從而加速了技術(shù)的進步與應(yīng)用的普及。同時，AI的廣泛應(yīng)用對計算架構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)，推動了對高性能、低功耗解決方案的迫切需求。這兩者的結(jié)合不僅推動了新一代半導(dǎo)體產(chǎn)品的開發(fā)，還為智能設(shè)備、邊緣計算和大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域的未來發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

在這個快速變化的環(huán)境中，持續(xù)關(guān)注RISC-V與AI的協(xié)同發(fā)展，將為國內(nèi)企業(yè)帶來競爭優(yōu)勢，并引領(lǐng)中國半導(dǎo)體行業(yè)走向更加智能化和可持續(xù)的未來。