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作者：豐寧
環(huán)顧當下芯片產業(yè)的關鍵詞，RISC-V一定位列其中。
自計算機誕生以來，指令集架構一直是計算機體系結構中的核心概念之一。目前市場上主流的指令集架構兩大巨頭是x86和ARM，前者基本壟斷了PC、筆記本電腦和服務器領域，后者則在智能手機和移動終端市場占據主導地位。近年來，隨著全球對芯片自主可控需求的增長以及物聯網、邊緣計算等領域的需求不斷擴大，RISC-V在學術界和工業(yè)界得到了廣泛關注和應用，逐漸成為第三大指令集架構。
2023年，RISC-V架構在更多實際應用場景中得以落地生根，從物聯網設備、邊緣計算逐漸邁向AI計算、高性能計算等領域。
在AI時代，RISC-V更是迎來爆發(fā)的新機遇。硅谷芯片傳奇Jim Keller表示，“RISC-V的潛力是無限的。未來我們會迎來前所未見的AI軟件應用，而RISC-V有望打造出下一代的AI引擎?！?/p>
那么，RISC-V究竟有著怎樣的魔力？它又是如何在AI時代掀起一場科技風暴的呢？
?01、RISC-V如何適用于AI應用？
進入2023年，AI讓芯片的算力得到無與倫比的表現。隨著AI算法對硬件算力的渴求到達前所未有的高度，傳統的芯片架構正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)。因此，實施專用架構、針對AI算法進行特定優(yōu)化的芯片設計，已成為滿足高算力需求的新趨勢。
指令集簡單便于擴展、成本低
ARM與X86，作為老牌指令集，它們內部歷史遺留指令太多，后續(xù)工程師很難再對現有指令進行更新或添加。很多讀者或許下載過ARM官方的文檔介紹，幾千頁讀下來，熟練掌握尚且困難，推陳出新更是難辦。多指令模式更為ARM架構設計增添了復雜性。因此，在指令集的擴展方面，更富活力的RISC-V天然具有極大優(yōu)勢，畢竟開源、精簡是RISC-V的一大特長。
與此同時，開源也帶來了另一個重要的好處，那就是降低了RISC-V的技術門檻和成本。任何人都可以獲取RISC-V的源代碼，根據自己的需求進行定制和優(yōu)化，而無需支付高額的授權費用。
契合邊緣AI
RISC-V并不是適合所有的AI模型。很明顯，在AI大模型方面，由于其需要的極高算力與超高的相關資源消耗，讓幾乎所有RISC指令集望而卻步。以ChatGPT這類大模型為例，據OpenAI測算，ChatGPT訓練階段總算力消耗約為3640 PF-days（約1PFLOP/s效率跑3640天），GPT-3訓練成本預計能達到500萬美元/次。邊緣AI無法承載大模型對算力的高需求，瞄準單一領域、對算力要求相對低的小模型AI則可以施展拳腳，RISC-V的機會就來了。尤其是物聯網領域，RISC-V已經展現出了優(yōu)勢。
與AI算法相匹配
從算法角度來說，更高自由度的RISC-V指令集恰好與需要更快速迭代與高算力的AI算法相匹配。眾所周知，RISC-V具有高度的可擴展性和模塊化特點，這也意味著設計者可以根據具體的應用需求進行裁剪和定制，因此可以更好地適應不同的AI算法，包括深度學習、神經網絡等。
?02、大廠的押注與布局
在技術創(chuàng)新和市場需求的雙輪驅動下，RISC-V發(fā)展?jié)摿ΡM顯。在此趨勢下，各大芯片巨頭紛紛投身其中，共同探索RISC-V的廣闊前景，以期在未來的競爭中占據有利地位。這其中包括蘋果、英特爾、高通、瑞薩、英飛凌、恩智浦、博世等。
究其原因，各大芯片廠商之所以紛紛押注RISC-V領域，背后究竟隱藏著怎樣的考量與布局？
對于任何一個芯片大廠而言，在ISA的選擇上都是相當謹慎的。ISA不僅決定了芯片開發(fā)的難易程度，也決定了與之綁定的軟件和開發(fā)生態(tài)，甚至可能會影響到市場面臨的競爭。
當前，移動芯片市場的性能之爭愈演愈烈，不論高通、英偉達，還是三星、蘋果，實際上它們都是基于Arm架構開發(fā)的，都屬于Arm聯盟的成員之一。目前為止，Arm已經占據了智能手機芯片領域95%以上的市場份額，包括平板電腦等。
過于依賴軟銀集團旗下Arm公司的技術可能會給自身帶來一些風險，2022年底Arm就曾因知識產權問題起訴過高通。
此外，Arm技術不僅在智能手機中無處不在，當下正迅速擴展到大型設備、數據中心和汽車用途。
汽車業(yè)務也是高通的核心業(yè)務之一，尤其是智能座艙系統。如今包括英特爾在內的其它大型半導體芯片制造商也表示，他們未來將支持RISC-V芯片的開發(fā)。這可能會給高通帶來更多動力。在2022的RISC-V全球峰會上，高通高管宣布，早在2019年發(fā)布的驍龍865 SoC中，高通就已經將RISC-V用到了微控制器的設計中，并已經出貨了上億個RISC-V核心。
瑞薩作為MCU大廠之一，尤其是在汽車領域，經過多年的積累與開發(fā)，旗下已經有了多條MCU產品線。在32位MCU上，有基于自研CISC內核的RX系列，也有基于Arm?Cortex-M架構的RA系列。即便如此，瑞薩還是決心開拓第三條產品線，而這條產品線正是基于RISC-V架構。
英特爾對推進RISC-V也頗有興趣，2022年英特爾大力扶植RISC-V——以Premier（高級會員）的身份，加入了RISC-V International基金會。與此同時，它還設立了10億美元 （約合人民幣64億）的IFS基金，用于扶持初創(chuàng)和成熟企業(yè)進行代工生態(tài)的創(chuàng)新，其中很大一部分用于RISC-V。
IFS 計劃提供一系列經過驗證的 RISC-V IP 內核，并針對不同的細分市場進行了性能優(yōu)化，確保 RISC-V 在 IFS 芯片上跨所有類型的內核（從嵌入式到高性能）運行最佳。同時將提供三種類型的 RISC-V 產品：基于 IFS 技術制造的合作伙伴產品；RISC-V 內核被許可為差異化 IP；利用先進的封裝和高速芯片間接口，提供基于 RISC-V 的小芯片構建塊。
其實，英特爾在很早之前就在RISC-V路線上有所動作，2021年英特爾就推出了基于RISC-V架構的Nios V處理器。在此之前，英特爾還欲花費20億美元收購RISC-V芯片設計公司SiFive，但最終并沒有成功，不過這也讓大眾看到了英特爾面對 RISC-V 的心態(tài)。
RISC-V CEO Calista Redmond 表示：“RISC-V 的開放合作已經引發(fā)了半導體行業(yè)的深刻轉變，這種合作伙伴關系將加速開放計算的創(chuàng)新?！?/p>
英特爾研究院副總裁、英特爾中國研究院院長宋繼強表示，英特爾中國研究院專門把RISC-V這個開放開源的指令集列入研究領域，是因為中國在這一領域的影響力比較明顯，在RISC-V國際基金會高級會員里，接近一半是中國企業(yè)或者學校。另外，中國還有政府方面的引導，想讓RISC-V成為未來自主創(chuàng)新的重點。因此，中國未來在RISC-V發(fā)展上一定會走的很好。
接下來看一看，中國在RISC-V賽道的布局。
?03、中國是RISC-V的重要基地
據RISC-V International統計，2022年全球采用RISC-V架構的處理器出貨量超過100億顆，僅用12年就走完了傳統架構30年的發(fā)展歷程，預計未來幾年RISC-V采用率將以40%年復合增長率增長，2030年RISC-V架構芯片更有望突破160億顆。而這100億顆出貨量中，有近一半來自中國，中國的巨大市場將成為支撐RISC-V的重要基地。此外，在RISC-V基金會會員當中，中國企業(yè)占比也近一半。
中國工程院院士倪光南在3月2日召開的首屆玄鐵 RISC-V 生態(tài)大會上表示：“可以毫不夸張地說，今天RISC-V是中國CPU領域最受歡迎的架構，中國芯片產業(yè)和整個芯片生態(tài)將會越來越多地聚焦于RISC-V架構，中國的巨大市場將成為支撐RISC-V的重要基地?！?/p>
據悉，包括IP內核與芯片設計等主要內容在內，中國目前有300家以上公司在關注RISC-V或以RISC-V指令集進行開發(fā)。
如今，國內已成立了RISC-V產業(yè)聯盟，集結了包括華為、阿里云、紫光展銳、華米科技等在內的眾多知名企業(yè)，共同推動RISC-V在國內的生態(tài)建設。聯盟通過搭建合作平臺、舉辦研討會、推動標準制定等工作，加快了RISC-V技術在中國的落地與應用。
中國科研機構和企業(yè)積極投身于RISC-V芯片的研發(fā)，取得了一系列關鍵技術突破。如中科院、清華大學等高等學府和科研機構，以及平頭哥半導體、芯來科技等初創(chuàng)公司，都在RISC-V處理器設計、軟件生態(tài)構建以及應用解決方案等方面展現了不俗實力。
同時中國企業(yè)在RISC-V架構上開發(fā)出了豐富的處理器產品，涵蓋嵌入式、物聯網、邊緣計算、數據中心等多個領域。例如，阿里平頭哥推出的玄鐵系列處理器，以及芯來科技針對物聯網領域的多款MCU芯片等。除了上述公司外，芯原股份、中科藍訊、兆易創(chuàng)新、賽昉科技、全志科技、晶心科技、先楫半導體、中科藍訊、泰凌微電子、樂鑫科技、中微半導體、航順芯片、國芯科技、芯昇科技、博流智能、納思達、晶視智能、方寸微電子等諸多廠商均展現了強大的研發(fā)實力和優(yōu)秀的產品。
泰凌微電子的RISC-V芯片產品主要應用于物聯網領域，如智能穿戴、智能家居等，其RISC-V處理器在連接性、功耗和性能等方面表現出色，為用戶提供了穩(wěn)定的無線連接體驗。芯原股份在RISC-V領域推出了多款高性能的處理器IP，這些IP可廣泛應用于物聯網、智能家居、可穿戴設備等領域;中科藍訊的RISC-V芯片產品主要面向藍牙音頻市場，如藍牙耳機、音箱等;兆易創(chuàng)新在存儲和MCU領域有著深厚的積累，其RISC-V芯片產品結合了存儲和計算的優(yōu)勢，可應用于工業(yè)自動化、智能家居等領域；賽昉科技提供了一系列基于RISC-V指令集的處理器和SoC產品，這些產品適用于從邊緣計算到云端的各種應用場景......
?04、RISC-V的商業(yè)化落地
從目前出貨情況來看，RISC-V芯片早些年更多是集中在低算力的MCU市場以及生態(tài)依賴性低的物聯網領域。比如：物奇除了推出WiFi數傳芯片，還早就推出并量產了基于RISC-V的電力線載波芯片，可應用于智能表、能源管理系統、汽車-PEV和充電站、遠程抄表設備、太陽能、工業(yè)應用等領域，2019年時披露該款芯片出貨量就已達到百萬顆以上。
樂鑫科技，在WiFi MCU領域擁有領先地位，自2020年后的新產品都全部使用自研的基于RISC-V指令集的IP。
泰凌微，以低功耗藍牙SoC為主要產品，其最新一代產品TLSR9系列就采用了RISC-V架構并經過認證。
除了在IoT市場，RISC-V在服務器、汽車等領域也有發(fā)展空間。比如：算能的RISC-V CPU SG2042服務器集群，可以為下一代云計算、人工智能、數據分析提供支撐。超?？萍家?guī)劃了A系列（高性能）、AE（高可靠性）、E系列（高能效）三個系列。A系列著重考慮性能，適用于桌面、服務器等應用場景，可落地于云計算、HPC、AI以及智能座艙等領域。
在玄鐵RISC-V生態(tài)大會上，中國科學院軟件研究所展示了基于RISC-V的開源筆記本電腦“如意BOOK”。這臺電腦綜合續(xù)航達12小時，集成了支持語音對話與文字交互的第三方大模型AI助手。如意BOOK搭載玄鐵C910處理器、openEuler操作系統，可流暢運行釘釘、Libre Office等大型辦公軟件，首次打通了從底層芯片到操作系統到商用軟件的RISC-V全鏈路。
在汽車領域，已有頭部客戶使用玄鐵，達摩院會對可靠性、包括高實時的處理器做更多布局。
在通信領域，比科奇將RISC-V應用在5G基帶芯片。其第一顆高性能、低功耗5G小基站物理層SoC芯片PC802已經規(guī)?；慨a。
在機器人領域，亞博智能推動RISC-V首次進入ROS機器人領域，基于玄鐵處理器的Mlik-V Meles開發(fā)板研發(fā)SLAM建圖與避障導航小車。
在ICT領域，降低算力功耗和成本的需求為基于RISC-V定制的云網設備帶來了增量空間。中國電信研究院采用玄鐵RISC-V研發(fā)云桌面、AI邊緣盒子等新硬件，打造“端-邊-云”全鏈應用。
此外，在電力行業(yè)，國網智芯公司基于玄鐵處理器研發(fā)出面向工業(yè)應用的AI芯片，用于變電智能巡視、源網荷儲協同調度等場景。
?05、加速與AI融合
根據SHD的數據顯示，RISC-V基金會在2015年時僅有17家會員，到2023年底就已經達到了4037家。同時，SHD集團預測，自2022年至2030年，RISC-V在主流市場年復合增長率將高達40%?；赗ISC-V指令集架構的芯片的年出貨量將由6億顆增長至160億顆。在MCU、筆記本電腦、5G、工業(yè)、消費類AI、汽車AI等主流應用中的占比將達到約30%。
在剛剛過去的一年時間里，RISC-V生態(tài)獲得了進一步的發(fā)展。因此，2023年也被認為是RISC-V的突破年。
2023年5月，Meta基于RISC-V架構推出首代AI推理加速器;2023年6月，谷歌、英特爾、英偉達、高通、阿里等13家企業(yè)發(fā)起的全球RISC-V軟件生態(tài)計劃“RISE”正式啟動，旨在加速RISC-V的軟件生態(tài)建設及應用商業(yè)化進程，成員將聯合推動RISC-V處理器在移動通信、數據中心、邊緣計算及自動駕駛等領域的市場化落地，阿里是中國大陸唯一董事會成員;2023年10月，高通宣布將與谷歌合作推出基于RISC-V架構、支持Wear OS系統的智能穿戴芯片，并將在全球市場進行商用推廣。
與此同時，可以明顯看到這些芯片行業(yè)的領軍企業(yè)不僅在RISC-V賽道加碼布局，還將更多的注意力放在了RISC-V與AI的深度融合上。
在消費電子領域，達摩院宣布玄鐵處理器家族全新迭代升級-玄鐵C907首次實現矩陣運算（Matrix）擴展，為未來AI加速計算提供更多選擇，并將集成到其他玄鐵處理器中；下一代旗艦處理器C930也將將持續(xù)向更高性能演進，顯著提升AI計算處理能力，預計將于年內推出。
奕斯偉計算等廠商已推出基于RISC-V的邊緣計算AI芯片，具備強大視頻編解碼能力和豐富接口，滿足多種應用場景需求。躍昉科技和睿思芯科等也是RISC-V在AI領域的佼佼者，提供高性能處理器IP核和定制芯片解決方案。
近日，三星也有所動作。三星旗下SAIT（前身為高級技術學院）在硅谷建立先進處理器實驗室（APL），專門從事AI芯片設計。這支新加強的研發(fā)團隊將充分利用RISC-V架構的開放性和靈活性，設計和優(yōu)化新一代AI芯片。三星APL研究所的最終目標是設計自己的基于RISC-V的AI芯片。歷史上，三星曾基于ARM產品設計過Exynos等尖端半導體芯片。
據悉，三星此次加強研發(fā)團隊，旨在提升其在AI芯片領域的研發(fā)能力，進一步推動AI技術的發(fā)展，同時也是為了應對英偉達等競爭對手的挑戰(zhàn)。英偉達在AI芯片市場占據領先地位，而三星希望通過推出基于RISC-V架構的AI芯片，打破現有的市場格局。
?06、機遇眾多，挑戰(zhàn)亦然
無論是各地興起的RISC-V熱潮，還是從全球芯片巨頭的態(tài)度和布局中都能看到，RISC-V必然是一個重要選擇。
RISC-V之父、圖靈獎得主David Patterson也表示：“RISC-V是一個全球現象，有超過60個國家的開發(fā)者們在研究它，幾年后RISC-V將無處不在！”他甚至斷言，到本世紀末，未來產品開發(fā)的主導ISA將是開放的RISC-V架構。
這不僅是一個趨勢，更像是一場技術革命的爆發(fā)。
SHD Group預計，2030年基于RISC-V的SoC營收更是預計高達920億美元，復合年增長率高達47%。
然而，RISC-V要實現廣泛的市場應用，還有許多挑戰(zhàn)需要面對，比如其生態(tài)系統仍然相對落后于其他主流指令集架構，如ARM和x86。要實現廣泛的市場應用，RISC-V需要在軟件兼容性、開發(fā)工具、操作系統等方面加強生態(tài)建設。其次，在一些高性能計算場景下，其技術成熟度仍然不足。要在更激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢，RISC-V需要在性能、功耗和成本等方面進一步優(yōu)化。在商業(yè)模式與合作方面，由于RISC-V的開放性，企業(yè)在使用和發(fā)布RISC-V產品時也面臨著一定的商業(yè)挑戰(zhàn)。
這里以Semidynamics 創(chuàng)始人兼CEO Roger Espasa的話結尾：RISC-V是從底部開始做起的，如今已經到了中高端，包括服務器，當然需要一定時間發(fā)展壯大。最終會進入到HPC、GPU，以至于全覆蓋。
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