RISC-V能否和ARM和X86三分天下？

根據(jù)RISC-V國際基金會(huì)數(shù)據(jù)，2021年其會(huì)員數(shù)量為300多家，而到2023年7月，其會(huì)員數(shù)量已經(jīng)超過3820家。短短兩年的時(shí)間，增長(zhǎng)超過90%，是什么魅力讓RISC-V引得如此多的關(guān)注和青睞？RISC-V最終能否和Arm和X86三分天下呢？

什么是RISC-V？

2010年加州伯克利大學(xué)并行計(jì)算實(shí)驗(yàn)室（Par LAb）的一位教授（David Patterson）和兩個(gè)研究生想要選擇一款指令集架構(gòu)（ISA）用于他們的科研和教學(xué)，最初他們打算在X86和ARM等指令集架構(gòu)中選擇一個(gè)，但專有ISA缺乏靈活性，他們需要獲得許可后才能使用或修改這些專有指令集，最終他們決定自己設(shè)計(jì)一個(gè)全新的指令集，RISC-V由此誕生。

RISC-V是一個(gè)基于精簡(jiǎn)指令集（RISC）原則的開源指令集架構(gòu)（ISA），其指令集采用模塊化的方式進(jìn)行組織設(shè)計(jì)，由基本指令集和擴(kuò)展指令集組成，每個(gè)模塊用一個(gè)英文字母表示。其中，整數(shù)（Integer）指令集用字母“I”表示，這是RISC-V處理器最基本也是唯一強(qiáng)制要求實(shí)現(xiàn)的指令集。其它指令集均為可選模塊，使用者可自行選擇是否支持。

RISC-V的最初設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)用、開源、可在學(xué)術(shù)上使用，并且在任何硬件或軟件設(shè)計(jì)中部署時(shí)都無需版稅。之后，隨著RISC-V應(yīng)用的越來越廣泛，它慢慢滲透至越來越多的行業(yè)，包括汽車、高性能計(jì)算（HPC）、5G、人工智能等。

為何是RISC-V？

雖然相較于X86和ARM架構(gòu)，RISC-V相對(duì)來說還比較年輕，但它的增長(zhǎng)速度卻是非常驚人的。據(jù)Counterpoint Research預(yù)測(cè)，到2025年時(shí)采用RISC-V架構(gòu)的芯片數(shù)量將增長(zhǎng)至800億顆，屆時(shí)RISC-V將占據(jù)全球14%的CPU市場(chǎng)、28%的IoT市場(chǎng)、12%的工業(yè)市場(chǎng)和10%的汽車市場(chǎng)。

那為何RISC-V能夠在ARM和X86架構(gòu)統(tǒng)治下，在夾縫中走出一條路來，而且有越走越好的趨勢(shì)呢？這是因?yàn)樗邆湟韵聨状筇攸c(diǎn)：

一是開源自由性。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(shè)計(jì)、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。另外，由于RISC-V的指令集開源的特點(diǎn)，使用者無需支付授權(quán)費(fèi)，使得企業(yè)、機(jī)構(gòu)或個(gè)人可以節(jié)省一部分的研發(fā)經(jīng)費(fèi)。

二是模塊化和可擴(kuò)展性。設(shè)計(jì)人員可以使用RISC-V或現(xiàn)有模塊定制處理器，這些處理器只需符合他們的目標(biāo)應(yīng)用，這樣可以加快產(chǎn)品開發(fā)的速度。另一方面，設(shè)計(jì)人員也可以選擇將定制后的產(chǎn)品不進(jìn)行代碼公開，從而保護(hù)他們的產(chǎn)品安全和知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

三是嶄新的商業(yè)模式。如下圖所示，RISC-V可以讓用戶自由選擇開發(fā)方案，他們可以從第三方獲取，也可以自行進(jìn)行內(nèi)核的開發(fā)。

圖1：三大指令集商業(yè)模式對(duì)比

誰在用RISC-V？

過去，RISC-V因其架構(gòu)開放、靈活等優(yōu)勢(shì)，似乎多應(yīng)用于場(chǎng)景多樣化和差異化的領(lǐng)域，如AIoT市場(chǎng)，但RISC-V主要發(fā)明人Krste Asanovi?教授在一次活動(dòng)中表示：“RISC-V的應(yīng)用領(lǐng)域沒有限制，它幾乎適合所有領(lǐng)域的應(yīng)用?！盧ISC-V似乎已從僅能支持小生態(tài)逐漸進(jìn)入到復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)。

首先在汽車領(lǐng)域，隨著汽車電動(dòng)化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化和共享化的“四化”發(fā)展趨勢(shì)，車內(nèi)需要進(jìn)行的計(jì)算將大幅增加。對(duì)于汽車SoC，RISC-V處理器可以幫助滿足包括信息娛樂、高級(jí)駕駛員輔助和通信在內(nèi)的系統(tǒng)性能、功率、成本和安全性要求。

另外，相較于傳統(tǒng)的手機(jī)、PC領(lǐng)域，它們已經(jīng)形成完整的軟件生態(tài)系統(tǒng)，新的架構(gòu)想要進(jìn)行替代，則需要開發(fā)新的軟件、Apps等，這就為后來者設(shè)置了障礙，替代的速度相對(duì)會(huì)比較慢。而汽車行業(yè)的這些發(fā)展趨勢(shì)可以說是一個(gè)全新的市場(chǎng)，對(duì)于RISC-V來說是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)者的角色而非后來者。所以，對(duì)于RISC-V架構(gòu)來說，這是一個(gè)絕佳的機(jī)會(huì)。

在HPC和數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，RISC-V的可定制ISA非常適合用于處理復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，RISC-V的擴(kuò)展性可以支持開發(fā)簡(jiǎn)單、安全和靈活的核心，從而提供HPC和數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用所需的能效。

據(jù)投資機(jī)構(gòu)ARK invest預(yù)測(cè)，到2030年，ARM和RISC-V可能成為新的處理器標(biāo)準(zhǔn)，在云業(yè)務(wù)領(lǐng)域?qū)⑷〈⑻貭朮86架構(gòu)，ARM＋RISC-V的組合所占據(jù)的市場(chǎng)份額，將從2020年的0%，增加至2030年的71%。可見，RISC-V未來在高性能應(yīng)用領(lǐng)域也會(huì)有一席之地。

在人工智能領(lǐng)域，AI芯片的架構(gòu)將越來越趨向于采用異構(gòu)架構(gòu)，在此情況下，芯片設(shè)計(jì)師們會(huì)盡可能地選擇現(xiàn)成處理器，然后更多地專注開發(fā)高性能、高能效的AI加速器，用于處理神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和自然語言等任務(wù)。而開發(fā)這些現(xiàn)成的處理器，RISC-V就是一個(gè)很好的選擇。

而在物聯(lián)網(wǎng)及可穿戴領(lǐng)域，多數(shù)設(shè)備都采用電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)，且設(shè)計(jì)空間有限，這也讓RISC-V處理器有很大的用武之地，可以很好滿足這些領(lǐng)域設(shè)備的電源設(shè)計(jì)需求。

RISC-V發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

當(dāng)然，RISC-V可應(yīng)用的領(lǐng)域還有很多，隨著未來RISC-V的生態(tài)構(gòu)建的進(jìn)一步完善，它的發(fā)展空間還很大。

但RISC-V雖然具有諸多技術(shù)優(yōu)勢(shì)，且也在諸多領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足發(fā)展，未來想要取得進(jìn)一步的發(fā)展，還需解決一些問題和挑戰(zhàn)。

其中最重要的就是生態(tài)的構(gòu)建。生態(tài)可以從兩個(gè)方面來理解，一是在同一個(gè)技術(shù)鏈上很多從事不同工作的人，連接在一起，共同構(gòu)建完整生態(tài)鏈；二是需要與現(xiàn)有的生態(tài)進(jìn)行兼容連接。

從第一個(gè)方面來看，2015年RISC-V國際基金會(huì)的成立對(duì)于RISC-V的生態(tài)發(fā)展具有重要意義。它在全球積極發(fā)展和推廣RISC-V架構(gòu)，吸引越來越多的全球企業(yè)和個(gè)人參與其中，提供技術(shù)支持和知識(shí)分享，構(gòu)建越來越龐大、越來越全面的RISC-V生態(tài)系統(tǒng)。

在這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中，越來越多的廠商基于RISC-V架構(gòu)進(jìn)行產(chǎn)品開發(fā)，也有越來越多的廠商提供相關(guān)的IP產(chǎn)品。作為在商業(yè)處理器IP開發(fā)、交付和支持方面有豐富和領(lǐng)先經(jīng)驗(yàn)的新思科技，最近也看到了RISC-V處理器越來越受歡迎的趨勢(shì)，為了順應(yīng)這一市場(chǎng)趨勢(shì)，新思科技升級(jí)了其ARC?處理器IP產(chǎn)品組合，推出了全新的RISC-V ARC-V?處理器IP，為RISC-V生態(tài)伙伴提供一系列靈活、可擴(kuò)展的處理器選擇。

新思科技的ARC-V處理器IP久負(fù)盛名，目前已提供多代高能效、高度可擴(kuò)展的ARC處理器，已幫助許多開發(fā)者設(shè)計(jì)具有差異化優(yōu)勢(shì)的SoC，并優(yōu)化實(shí)現(xiàn)行業(yè)領(lǐng)先的功耗、性能和面積（PPA）的平衡。此次發(fā)布的32位和64位ARC-V處理器IP，基于新思科技現(xiàn)有ARC處理器的成熟微架構(gòu)基礎(chǔ)之上，可提供高性能、中端和超低功耗選項(xiàng)及相應(yīng)功能安全版本，可滿足各類應(yīng)用廣泛的工作負(fù)載需求。

除此之外，新思科技還為RISC-V ARC-V處理器IP配置了幾大神器。一是為了加速軟件開發(fā)，新思科技ARC-V處理器IP配套了強(qiáng)大且經(jīng)驗(yàn)證的MetaWare開發(fā)工具包，它包含了開發(fā)、調(diào)試和協(xié)調(diào)軟件應(yīng)用程序所需的所有組件，可生成高效代碼。另外，ARC MetaWare安全開發(fā)工具包還有助于加速開發(fā)符合ISO 26262標(biāo)準(zhǔn)的代碼。

二是新思科技ARC-V功能安全（FS，F(xiàn)unctional Safety）處理器IP集成了硬件安全功能，可檢測(cè)系統(tǒng)失效，支持ASIL B和ASIL D安全級(jí)別，并加速ISO 26262功能安全認(rèn)證和ISO 21434汽車網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證。ARC-V FS處理器IP基于新思科技ISO 9001質(zhì)量管理體系（QMS）開發(fā)，可助力開發(fā)者滿足具有挑戰(zhàn)性的ASIL-D系統(tǒng)開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)。

上述兩個(gè)功能對(duì)于汽車領(lǐng)域的發(fā)展至關(guān)重要。

三是Synopsys.ai?全棧式AI驅(qū)動(dòng)型EDA解決方案與ARC-V處理器IP進(jìn)行了協(xié)同優(yōu)化，提供了開箱即用的開發(fā)和驗(yàn)證環(huán)境，有助于提高基于ARC-V片上系統(tǒng)（SoC）的生產(chǎn)率和結(jié)果質(zhì)量（QoR）。

同時(shí)，新思科技也加入了RISC-V International董事會(huì)和技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)，將支持業(yè)界采用RISC-V ISA，并參與未來計(jì)算架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

相信未來如果有越來越多像新思科技這樣的企業(yè)投入和支持RISC-V，RISC-V生態(tài)的構(gòu)建也會(huì)越來越快。

從第二個(gè)方面來看，RISC-V需要和已有的開源生態(tài)進(jìn)行融合，如安卓、Linux等。據(jù)悉，谷歌已經(jīng)將RISC-V列為安卓系統(tǒng)的主要支持架構(gòu)之一了，這對(duì)于RISC-V未來的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的推動(dòng)。

倪光南院士更是認(rèn)為，安卓已全面支持RISC-V，那么無論是在個(gè)人電腦、手機(jī)、服務(wù)器、人工智能以及物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，RISC-V芯片都有望迅速取代ARM芯片。

寫在最后

據(jù)SHD集團(tuán)分析師的預(yù)測(cè)，2030年全球RISC-V處理器的數(shù)量將超過160億塊，未來幾年的復(fù)合年增長(zhǎng)率將保持在40%左右。這是一個(gè)驚人的數(shù)字，但考慮到越來越多的新開發(fā)項(xiàng)目都在使用RISC-V，尤其是在中國市場(chǎng)，有這樣的數(shù)字也不足為奇。

但RISC-V最終是否能與ARM和X86形成三足鼎立之勢(shì)，還需要整個(gè)生態(tài)中如新思科技一樣的企業(yè)和個(gè)人共同努力，才能讓RISC-V走得更好、更穩(wěn)也更遠(yuǎn)。