RISC-V架構(gòu)在更多實際應(yīng)用場景中得以落地生根。

環(huán)顧當下芯片產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵詞,，RISC-V一定位列其中,。 

自計算機誕生以來，指令集架構(gòu)一直是計算機體系結(jié)構(gòu)中的核心概念之一,。目前市場上主流的指令集架構(gòu)兩大巨頭是x86和ARM,，前者基本壟斷了PC、筆記本電腦和服務(wù)器領(lǐng)域,，后者則在智能手機和移動終端市場占據(jù)主導(dǎo)地位,。近年來,，隨著全球?qū)π酒灾骺煽匦枨蟮脑鲩L以及物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算等領(lǐng)域的需求不斷擴大,，RISC-V在學術(shù)界和工業(yè)界得到了廣泛關(guān)注和應(yīng)用,，逐漸成為第三大指令集架構(gòu)。 

2023年,，RISC-V架構(gòu)在更多實際應(yīng)用場景中得以落地生根,，從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、邊緣計算逐漸邁向AI計算,、高性能計算等領(lǐng)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(yīng)用,，而RISC-V有望打造出下一代的AI引擎,。” 

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？ 

RISC-V如何適用于AI應(yīng)用,？

進入2023年,，AI讓芯片的算力得到無與倫比的表現(xiàn)。隨著AI算法對硬件算力的渴求到達前所未有的高度,，傳統(tǒng)的芯片架構(gòu)正面臨著前所未有的挑戰(zhàn),。因此，實施專用架構(gòu),、針對AI算法進行特定優(yōu)化的芯片設(shè)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(nèi)部歷史遺留指令太多,，后續(xù)工程師很難再對現(xiàn)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(gòu)設(shè)計增添了復(fù)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(shù)門檻和成本,。任何人都可以獲取RISC-V的源代碼，根據(jù)自己的需求進行定制和優(yōu)化,，而無需支付高額的授權(quán)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(guān)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(jù)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(yù)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(lǐng)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(lián)網(wǎng)領(lǐng)域,，RISC-V已經(jīng)展現(xiàn)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(shè)計者可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求進行裁剪和定制,，因此可以更好地適應(yīng)不同的AI算法，包括深度學習,、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等,。 

大廠的押注與布局

在技術(shù)創(chuàng)新和市場需求的雙輪驅(qū)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(jù)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(lǐng)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(gòu)開發(fā)的,，都屬于Arm聯(lián)盟的成員之一。目前為止,，Arm已經(jīng)占據(jù)了智能手機芯片領(lǐng)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(shù)可能會給自身帶來一些風險,，2022年底Arm就曾因知識產(chǎn)權(quán)問題起訴過高通,。 

此外，Arm技術(shù)不僅在智能手機中無處不在,，當下正迅速擴展到大型設(shè)備,、數(shù)據(jù)中心和汽車用途。 

汽車業(yè)務(wù)也是高通的核心業(yè)務(wù)之一,，尤其是智能座艙系統(tǒng),。如今包括英特爾在內(nèi)的其它大型半導(dǎo)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(jīng)將RISC-V用到了微控制器的設(shè)計中,，并已經(jīng)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(lǐng)域,，經(jīng)過多年的積累與開發(fā)，旗下已經(jīng)有了多條MCU產(chǎn)品線,。在32位MCU上,，有基于自研CISC內(nèi)核的RX系列，也有基于Arm Cortex-M架構(gòu)的RA系列,。即便如此,，瑞薩還是決心開拓第三條產(chǎn)品線，而這條產(chǎn)品線正是基于RISC-V架構(gòu),。 

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(shè)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(jīng)過驗證的 RISC-V IP 內(nèi)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(nèi)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(chǎn)品：基于 IFS 技術(shù)制造的合作伙伴產(chǎn)品；RISC-V 內(nèi)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(gòu)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(gòu)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(shè)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(jīng)引發(fā)了半導(dǎo)體行業(yè)的深刻轉(zhuǎn)變，這種合作伙伴關(guān)系將加速開放計算的創(chuàng)新,?！?nbsp;

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(lǐng)域,，是因為中國在這一領(lǐng)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(dǎo)，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,。 

中國是RISC-V的重要基地

據(jù)RISC-V International統(tǒng)計，2022年全球采用RISC-V架構(gòu)的處理器出貨量超過100億顆,，僅用12年就走完了傳統(tǒng)架構(gòu)30年的發(fā)展歷程,，預(yù)計未來幾年RISC-V采用率將以40%年復(fù)合增長率增長，2030年RISC-V架構(gòu)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(lǐng)域最受歡迎的架構(gòu)，中國芯片產(chǎn)業(yè)和整個芯片生態(tài)將會越來越多地聚焦于RISC-V架構(gòu),，中國的巨大市場將成為支撐RISC-V的重要基地,。” 

據(jù)悉,，包括IP內(nèi)核與芯片設(shè)計等主要內(nèi)容在內(nèi),，中國目前有300家以上公司在關(guān)注RISC-V或以RISC-V指令集進行開發(fā)。 

如今,，國內(nèi)已成立了RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟,，集結(jié)了包括華為、阿里云,、紫光展銳,、華米科技等在內(nèi)的眾多知名企業(yè)，共同推動RISC-V在國內(nèi)的生態(tài)建設(shè),。聯(lián)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(shù)在中國的落地與應(yīng)用,。 

中國科研機構(gòu)和企業(yè)積極投身于RISC-V芯片的研發(fā),，取得了一系列關(guān)鍵技術(shù)突破。如中國科學院,、清華大學等高等學府和科研機構(gòu),，以及平頭哥半導(dǎo)體、芯來科技等初創(chuàng)公司,，都在RISC-V處理器設(shè)計,、軟件生態(tài)構(gòu)建以及應(yīng)用解決方案等方面展現(xiàn)了不俗實力。 

同時中國企業(yè)在RISC-V架構(gòu)上開發(fā)出了豐富的處理器產(chǎn)品,，涵蓋嵌入式,、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算,、數(shù)據(jù)中心等多個領(lǐng)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(lián)網(wǎng)領(lǐng)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(dǎo)體,、中科藍訊,、泰凌微電子、樂鑫科技,、中微半導(dǎo)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(xiàn)了強大的研發(fā)實力和優(yōu)秀的產(chǎn)品。 

泰凌微電子的RISC-V芯片產(chǎn)品主要應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)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(xiàn)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(lǐng)域推出了多款高性能的處理器IP,，這些IP可廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng),、智能家居、可穿戴設(shè)備等領(lǐng)域;中科藍訊的RISC-V芯片產(chǎn)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(lǐng)域有著深厚的積累，其RISC-V芯片產(chǎn)品結(jié)合了存儲和計算的優(yōu)勢,，可應(yīng)用于工業(yè)自動化,、智能家居等領(lǐng)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(chǎn)品,，這些產(chǎn)品適用于從邊緣計算到云端的各種應(yīng)用場景...... 

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(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。比如：物奇除了推出WiFi數(shù)傳芯片,，還早就推出并量產(chǎn)了基于RISC-V的電力線載波芯片,，可應(yīng)用于智能表、能源管理系統(tǒng),、汽車-PEV和充電站,、遠程抄表設(shè)備、太陽能,、工業(yè)應(yīng)用等領(lǐng)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(lǐng)域擁有領(lǐng)先地位,，自2020年后的新產(chǎn)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(chǎn)品,，其最新一代產(chǎn)品TLSR9系列就采用了RISC-V架構(gòu)并經(jīng)過認證。 

除了在IoT市場,，RISC-V在服務(wù)器,、汽車等領(lǐng)域也有發(fā)展空間。 

比如：算能的RISC-V CPU SG2042服務(wù)器集群,，可以為下一代云計算,、人工智能、數(shù)據(jù)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(wù)器等應(yīng)用場景,，可落地于云計算,、HPC、AI以及智能座艙等領(lǐng)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(tǒng),，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(tǒng)到商用軟件的RISC-V全鏈路,。 

在汽車領(lǐng)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(lǐng)域 ，比科奇將RISC-V應(yīng)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(jīng)規(guī)模化量產(chǎn),。 

在機器人領(lǐng)域 ,，亞博智能推動RISC-V首次進入ROS機器人領(lǐng)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(dǎo)航小車,。 

在ICT領(lǐng)域 ,，降低算力功耗和成本的需求為基于RISC-V定制的云網(wǎng)設(shè)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(yīng)用。 

此外,，在電力行業(yè),，國網(wǎng)智芯公司基于玄鐵處理器研發(fā)出面向工業(yè)應(yīng)用的AI芯片，用于變電智能巡視,、源網(wǎng)荷儲協(xié)同調(diào)度等場景,。 

加速與AI融合

根據(jù)SHD的數(shù)據(jù)顯示,，RISC-V基金會在2015年時僅有17家會員，到2023年底就已經(jīng)達到了4037家,。同時,，SHD集團預(yù)測，自2022年至2030年,，RISC-V在主流市場年復(fù)合增長率將高達40%?；赗ISC-V指令集架構(gòu)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(yīng)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(gòu)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(shè)及應(yīng)用商業(yè)化進程,，成員將聯(lián)合推動RISC-V處理器在移動通信、數(shù)據(jù)中心,、邊緣計算及自動駕駛等領(lǐng)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(gòu),、支持Wear OS系統(tǒng)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(lǐng)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(lǐng)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(xiàn)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(yù)計將于年內(nèi)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(yīng)用場景需求。躍昉科技和睿思芯科等也是RISC-V在AI領(lǐng)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(shù)學院）在硅谷建立先進處理器實驗室（APL）,，專門從事AI芯片設(shè)計。這支新加強的研發(fā)團隊將充分利用RISC-V架構(gòu)的開放性和靈活性,，設(shè)計和優(yōu)化新一代AI芯片,。三星APL研究所的最終目標是設(shè)計自己的基于RISC-V的AI芯片。歷史上,，三星曾基于ARM產(chǎn)品設(shè)計過Exynos等尖端半導(dǎo)體芯片,。 

據(jù)悉，三星此次加強研發(fā)團隊,，旨在提升其在AI芯片領(lǐng)域的研發(fā)能力,，進一步推動AI技術(shù)的發(fā)展，同時也是為了應(yīng)對英偉達等競爭對手的挑戰(zhàn),。英偉達在AI芯片市場占據(jù)領(lǐng)先地位,，而三星希望通過推出基于RISC-V架構(gòu)的AI芯片，打破現(xiàn)有的市場格局,。 

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(xiàn)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(chǎn)品開發(fā)的主導(dǎo)ISA將是開放的RISC-V架構(gòu)。 

這不僅是一個趨勢,，更像是一場技術(shù)革命的爆發(fā),。 

SHD Group預(yù)計,，2030年基于RISC-V的SoC營收更是預(yù)計高達920億美元，復(fù)合年增長率高達47%,。 

然而,，RISC-V要實現(xiàn)廣泛的市場應(yīng)用，還有許多挑戰(zhàn)需要面對,，比如其生態(tài)系統(tǒng)仍然相對落后于其他主流指令集架構(gòu),，如ARM和x86。要實現(xiàn)廣泛的市場應(yīng)用,，RISC-V需要在軟件兼容性,、開發(fā)工具、操作系統(tǒng)等方面加強生態(tài)建設(shè),。其次，在一些高性能計算場景下,，其技術(shù)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(chǎn)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(jié)尾：RISC-V是從底部開始做起的，如今已經(jīng)到了中高端,，包括服務(wù)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。