指令集架構(gòu)(Instruction Set Architecture, ISA)是一種計算機硬件的標(biāo)準(zhǔn),，它定義了計算機的指令集，即計算機能夠執(zhí)行的指令的集合,，起到連接計算機硬件和軟件的橋梁作用,。在過去很長時間里，X86和ARM架構(gòu)分別在PC服務(wù)器和移動端市場獨領(lǐng)風(fēng)騷，呈現(xiàn)雙寡頭格局,。而面臨X86和ARM架構(gòu)或不對外授權(quán),，或授權(quán)費用昂貴甚至有斷供風(fēng)險，具備開源開放特殊屬性的RISC-V架構(gòu)被寄予厚望,。
經(jīng)過十幾年的發(fā)展,，RISC-V的商業(yè)化價值已經(jīng)凸顯。根據(jù)RISC-V基金會的數(shù)據(jù),，2022年采用RISC-V芯片架構(gòu)的處理器核已出貨100億顆,，其中一半來自中國。另外,，據(jù)其預(yù)測,，到2025年RISC-V架構(gòu)的處理器核的出貨量將突破800億顆。
為什么是RISC-V,？
RISC-V是在2010年由加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson教授團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)而來,，由于開放源代碼，使得任何人都可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行個性化的開發(fā)和創(chuàng)新,。加之簡化指令集,、模塊化設(shè)計、可擴展等特性,，使得RISC-V成為了一個具有潛力的指令集架構(gòu),，在物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用,。
隨著RISC-V生態(tài)的不斷加速發(fā)展以及市場需求的進(jìn)一步增長,，RISC-V也開始逐漸從物聯(lián)市場走向高性能領(lǐng)域，PC,、汽車,、數(shù)據(jù)中心、AI等高性能領(lǐng)域成為RISC-V的重要機會市場,。
在促進(jìn)RISC-V持續(xù)蓬勃發(fā)展的過程中,，中國各界也在不遺余力地給予積極支持。在近期的2023 RISC-V中國峰會上,，倪光南院士表示：“我們將積極協(xié)同RVI在社區(qū)建設(shè),、標(biāo)準(zhǔn)制訂、學(xué)術(shù)交流,、應(yīng)用推廣,、人才培養(yǎng)等等方面，促進(jìn)RISC-V持續(xù)蓬勃發(fā)展,。今天,，開源軟件已經(jīng)成為軟件發(fā)展的主流,，我們相信，開源RISC-V也將在硬件領(lǐng)域創(chuàng)造輝煌,。中國愿擁抱開源與世界協(xié)同創(chuàng)新,，鼎力打造強大繁榮的RISC-V生態(tài)，有力地支撐RISC-V躋身于世界主流CPU架構(gòu)之列,。從而在CPU領(lǐng)域形成x86,、ARM、RISC-V三分天下有其一,?！?/p>
本次峰會主席、中國科學(xué)院軟件研究所副所長武延軍表示：“近年來,，RISC-V生態(tài)得到快速發(fā)展,，吸引了全世界大量系統(tǒng)級開發(fā)人員，未來最有希望成為指令集領(lǐng)域國際開放標(biāo)準(zhǔn),，中國深度參與其中是重要推動者和貢獻(xiàn)者,。
北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗表示：“RISC-V作為一種開放指令集架構(gòu)在全球范圍內(nèi)的影響力和吸引力日益凸顯，得到了全球?qū)W術(shù)界,、產(chǎn)業(yè)界的積極參與,，中國在的全球RISC-V生態(tài)中發(fā)揮著重要作用?！?/p>
RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond表示：“從中國的學(xué)術(shù)界和企業(yè)中都能看到，中國在積極參與,、積極合作,、積極貢獻(xiàn)開源標(biāo)準(zhǔn)的道路上已經(jīng)走了很長時間，正在為RISC-V繼續(xù)做著貢獻(xiàn),。我們?yōu)橹袊陂_源方面所做的貢獻(xiàn)感到自豪,。”
左起依次為：RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond,、大會主席/中國科學(xué)院軟件研究所副所長武延軍,、北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗（電子技術(shù)應(yīng)用 現(xiàn)場拍攝）
回顧歷史，也曾存在其他指令集架構(gòu)有過短暫輝煌之后便沒了水花的案例,，為什么RISC-V在短短幾年之內(nèi)能得到迅猛的發(fā)展,？
Calista Redmond表示，在過去的50多年,，有不同的指令集架構(gòu)曾經(jīng)出現(xiàn)過，其中Arm和X86兩個指令集架構(gòu)能鶴立雞群，主要是由于它們在工作負(fù)載,、規(guī)模以及縱向的整合能力上有相對突出的表現(xiàn),。
如今移動終端的計算和以前的工作負(fù)載有所不同,，在新的時代，一個指令集架構(gòu)是否能夠變得成熟豐富,，一是取決于生態(tài)的建立,，二是商業(yè)模式的的成熟度，三是架構(gòu)本身的問題,，這些都屬于成功變量,。特別是開放性和合作，在新的指令集架構(gòu)里非常重要,。在這個時代,，指令集架構(gòu)能夠給予設(shè)計者以及設(shè)計過程更大的自由度，避免和一個公司深度捆綁帶來的一種局限,。
顯然,，逐漸完善的生態(tài)建設(shè)與商業(yè)模式，以及架構(gòu)自身的特性,，使得RISC-V能破局CPU架構(gòu)雙寡頭格局,，在新興市場領(lǐng)域中站穩(wěn)腳跟。
生態(tài)共建,，尋找增量生態(tài)
今年的2023 RISC-V中國峰會是成功舉辦的第三屆,，本屆峰會的主題是“RISC-V生態(tài)共建”。Calista Redmond表示：“RISC-V非?？粗厣鷳B(tài)的建設(shè),，硬件沒有軟件、軟件沒有硬件都是不可以的,，它們的相互匹配非常重要,。RISC-V生態(tài)系統(tǒng)中最重要的是利益相關(guān)方，包括工程師,、學(xué)生,、中小企業(yè)、跨國企業(yè),、硬件生產(chǎn)廠商,、軟件生產(chǎn)廠商，以及各種工具和資源,?！?/p>
武延軍進(jìn)一步表示，早期的RISC-V處理器主要集中在微控制器,、微控制單元（MCU）的層次,。對于MCU以及嵌入式領(lǐng)域的一些應(yīng)用，它的生態(tài)非常小,。隨著處理器能力不斷地升級,，如今也有了面向服務(wù)器的處理器,，越來越多的應(yīng)用可以跑在RISC-V上，這時候的生態(tài)才會真正顯現(xiàn)出來,。
芯片必須要有編譯工具鏈才能將其指令集特性發(fā)揮出來,，傳統(tǒng)上一般有兩種方式，一種是廠家自己開發(fā),，提供是私有的工具鏈,，推出一款開發(fā)平臺與工具鏈相匹配；另一種是大家共同打造一個公共的工具鏈,，私有的部分以二進(jìn)制的方式提供,，這對RISC-V來說是更為合適的一種方式。
過去一年的時間批準(zhǔn)了一些新的標(biāo)準(zhǔn)擴展指令集,，更多的指令集標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范陸續(xù)推出,，工具鏈也在不斷地往前發(fā)展?？偟膩碚f,，在這個過程中變得逐漸成熟起來了。大家都意識到,，對于工具鏈應(yīng)該要共建,，對于RISC-V軟件生態(tài)，也應(yīng)該大家去共同建設(shè),。
目前國際上著名的開源社區(qū)Debian已首次把RISC-V作為官方支持的指令集架構(gòu),，此外，openEuler社區(qū),、Google的Android開源版本AOSP也將陸續(xù)會把RISC-V當(dāng)作官方支持的Tier-1指令集,。
武延軍表示，今年9月,，中國科學(xué)院軟件所會推出OpenEuler RISC-V版本，這將是OpenEuler第一次把在x86和Arm之外把RISC-V作為官方支持的指令集,。在軟件生態(tài)建設(shè)的路上,，以后會走得越來越快。
存量生態(tài)里應(yīng)用的遷移是不小的挑戰(zhàn),，以應(yīng)用層的軟件為例,，在Android的軟件上加起來大概900萬個App，Windows的環(huán)境下應(yīng)用也是在幾百萬的級別,，改用RISC-V之后應(yīng)用如何遷移是存量生態(tài)里需要解決的問題,。
包云崗指出，最好的方式是找到增量的生態(tài),、增量的應(yīng)用場景,， X86和ARM現(xiàn)在也沒有形成主流,，RISC-V和它們在同一個起跑線上。這樣的情況下,，RISC-V的優(yōu)勢就可以發(fā)揮出來了,，可以通過開放開源方式聯(lián)合全世界更多的底梁在這個生態(tài)中快速地構(gòu)建和發(fā)展。移動汽車是非常有前景的場景,，將來可以先從自動駕駛領(lǐng)域里切入形成新生的生態(tài),，逐步影響到其他傳統(tǒng)生態(tài)。
RISC-V走向高端
今年能夠看到的RISC-V最大的變化,，就是走向高端了,。
武延軍指出，在MCU領(lǐng)域,，RISC-V對于ARM平行的替代已經(jīng)沒有任何問題了,。它現(xiàn)在正在逐漸地往上走，現(xiàn)在已經(jīng)有了RISC-V筆記本電腦,、RISC-V服務(wù)器,、RISC-V萬兆交換機。隨著生態(tài)的逐漸完善,，處理器能力越來越強,，軟件生態(tài)越來越豐富，RISC-V走向高端的趨勢會更加勢不可擋,。
包云崗表示,，當(dāng)下對AI算力的需求在不斷增加，AI算力需求增加的過程中離不開通用計算的支持,，高性能的RISC-V可以在更多的領(lǐng)域里創(chuàng)造一些新的架構(gòu),，進(jìn)而提供更高的計算效率。如自動駕駛,、大模型運算場景,，RISC-V都能夠在其中發(fā)揮很大的作用。
RISC-V結(jié)合AI加速器,，集成到一顆芯片里,，就不需要通過PCIe總線對數(shù)據(jù)做長距離的遷移，也不會影響到帶寬,。因此,，RISC-V的開放性能夠帶來更多的創(chuàng)新機會，尤其是面對一些未來的應(yīng)用場景,。
如今,，“香山”的最新一代“昆明湖”已經(jīng)可以達(dá)到兩三年前ARM高性能處理器核的水平，接下來還將會對面積,、功耗進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn),。由于采用開源的方式,，這些性能在開源社區(qū)里，全世界的企業(yè)都可以在GitHub上下載得到,。
RISC-V五種商業(yè)模式
RISC-V的商業(yè)化落地是業(yè)內(nèi)非常關(guān)注的問題,，事實上，在RISC-V不斷的發(fā)展過程中,，也衍生出了不同的商業(yè)模式,，包云崗總結(jié)為五種：
第一種，復(fù)制ARM模式,，成立RISC-V IP公司,，提供自研的IP核或Chiplet；
第二種,，在高價值的高性能RISC-V領(lǐng)域,，自研處理器核、Chiplet和SoC,，可省去高昂授權(quán)費,，并且自由定制和擴展；
第三種,，針對某個特定量大的應(yīng)用場景,，自研或基于開源RISC-V處理器核，并開發(fā)專用芯片,；
第四種,，參考TI模式創(chuàng)建一個平臺型公司，為中小用戶提供“一站式芯片設(shè)計服務(wù)”,，滿足面向千億量級IoT場景的成千上萬種定制芯片需求,；
第五種，復(fù)制開源軟件領(lǐng)域的商業(yè)模式,，基于開源的RISC-V實現(xiàn)（比如香山）來為下游SoC芯片設(shè)計企業(yè)提供IP產(chǎn)品和設(shè)計服務(wù),。
其中，前三種商業(yè)模式上比較清晰,，而且可以復(fù)用現(xiàn)有的芯片開發(fā)工具,，大多數(shù)創(chuàng)業(yè)公司也都集中于這三種模式。后面兩種模式會有更大的風(fēng)險或更多的不確定性,，但它相對競爭會少很多，因此將來會有更大的機會,。
8月4日,，博世、高通,、英飛凌,、Nordic以及恩智浦五家頭部汽車電子芯片公司共同宣布,，將投資在德國成立一家基于開源RISC-V架構(gòu)的合資公司。一方面反映出RISC-V的行業(yè)影響在不斷加大,；另一方面,，頭部企業(yè)的入局勢必也會進(jìn)一步推動RISC-V架構(gòu)應(yīng)用加速發(fā)展。
對于那些還沒有支持到RISC-V的組織,，Calista Redmond認(rèn)為,，一種架構(gòu)被多方所擁抱、采納,，歷來上是以波浪式的方式所進(jìn)行的,，最早采納新架構(gòu)的公司稱為“追隨者”，有的公司愿意做“第一個吃螃蟹的人”,，他們在別人起步之前已經(jīng)走出很遠(yuǎn),，成為遙遙領(lǐng)先的第一名；接著是“等待者”,，他們要等待看有更多的同類型的公司擁抱/采納了一種架構(gòu),，他們才會有這種意愿；還有“后到者”,，要看整個行業(yè)都采用這樣的架構(gòu),，整個生態(tài)系統(tǒng)也建立起來了，才會邁出步伐來,。
對于多數(shù)公司來說,，客戶永遠(yuǎn)是最大的推動因素，市場的影響力是巨大的,，比如授權(quán)證書方面的條款,、兼容性方面客戶提出的要求，能夠帶來最大的影響力,，未來公司的機會在什么地方也是他們選擇新的架構(gòu)的驅(qū)動因素,。
從歷史角度來講，擁抱或采納RISC-V,，一開始是為了從降低能耗,、減少尺寸的考慮出發(fā)，現(xiàn)在越來越公司是從增加性能的角度來開始采納RISC-V,，如數(shù)據(jù)中心,、無人駕駛。在這方面,，一個生態(tài)系統(tǒng)的建立是非常重要的,，Android之所以普及起來也是因為有了生態(tài)。RISC-V在不同行業(yè)，汽車,、制造業(yè)方面也在發(fā)展生態(tài)建立的領(lǐng)域,。這些將在一定程度上給“等待者”和“后到者”們提供擁抱RISC-V的動力和信心。
