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(guān)于國內(nèi)芯片產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀與風(fēng)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(shè)計、中游制造、下游封裝和測試。產(chǎn)生的業(yè)務(wù)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(tuán)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(shè)計服務(wù)提供商）。

那么問題來了，芯片產(chǎn)業(yè)鏈頗為復(fù)雜，當(dāng)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(jìn)造芯企業(yè)可以選擇哪些技術(shù)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(gòu)正在國內(nèi)越來越受到關(guān)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(fēng)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(dān)憂。

為什么關(guān)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(shè)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(lǐng)域仍需要長期且有步驟的投入和積累。

其二就是關(guān)于核心IP、指令集架構(gòu)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(shè)計與制造過程中最為復(fù)雜的一類，是各國爭相搶占的制高點，而指令集架構(gòu)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(gòu)設(shè)計，并將設(shè)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(wù)成CPU可理解的底層代碼的一項硬程序，說白了就是計算機(jī)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(dǎo)CPU進(jìn)行運算，確保CPU高效運行。

1978 年，英特爾率先推出指令集架構(gòu)——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(xué)伯克利分校教授提出的對精簡指令集研究的基礎(chǔ)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(quán)的方式經(jīng)營業(yè)務(wù)，適逢此后抓住移動電話的機(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)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(dāng)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(gòu)，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(shè)計市場長期被認(rèn)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(jī)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(dá)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(kuò)展等特點。

RISC-V的前世今生

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

1981年，美國加州大學(xué)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(fù)雜指令集CISC是相對的，RISC主張精簡指令種類和格式，倡導(dǎo)硬件應(yīng)重點加速常用的指令，達(dá)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(shè)計理念獲得了成功。

2010年，同樣是在美國加州大學(xué)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(gòu)授權(quán)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(jié)合現(xiàn)代設(shè)計需求，在RISC架構(gòu)的基礎(chǔ)上，拋掉不必要的歷史包袱，自己做個開源的CPU指令集架構(gòu)來使用。

2014年，Krste團(tuán)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(gòu)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(quán)。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(xué)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(fù)責(zé)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的 RISC-V 指令集手冊與架構(gòu)文檔，促進(jìn)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(jìn)行嚴(yán)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(rèn)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(gòu)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(shù)指導(dǎo)委員會席位，從而幫助全世界企業(yè)擁有相同的機(jī)會爭取話語權(quán)。

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(dá)、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(dá)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(guān)注。有數(shù)據(jù)顯示，中國有300家以上公司在關(guān)注RISC-V或以RISC-V指令集進(jìn)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(lǐng)域的限制，主要是成本的問題，包括產(chǎn)權(quán)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(kuò)展，支持用戶使用和修改架構(gòu)后進(jìn)行商用，且不做代碼上的公開，保護(hù)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(jìn)程上相比其他開源項目更加領(lǐng)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(dāng)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(rèn)為，這里說的生態(tài)包括開放架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)+硬件生態(tài)+工具鏈軟件生態(tài)+應(yīng)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(yīng)的軟硬件應(yīng)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(yīng)用，比如物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)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(biāo)。

就像去年TWS藍(lán)牙無線耳機(jī)大火，結(jié)合該應(yīng)用需要考慮小型、快速、低功耗的特性，紫光展銳對應(yīng)推出了采用RISC-V處理器的TWS真無線藍(lán)牙耳機(jī)芯片—春藤5882，中科藍(lán)訊選擇RISC-V指令集作為藍(lán)牙SOC指令研發(fā)的基礎(chǔ)，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(jī)構(gòu)Semico Research預(yù)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(yuǎn)，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。