芯片行业正处于蓬勃发展的阶段,各种芯片设计的指令集备受关注。在个人计算机和互联网时期,x86架构占据了优势地位,目前也是全球高性能计算领域的主导者;在移动互联网时代,ARM的特色被充分挖掘,现在也主导着移动计算领域;而随着智能互联的到来,RISC-V架构迸发出新的活力,在IoT(物联网)、AI等领域探索出了广阔的发展潜力和市场,逐渐与x86、ARM形成了三足鼎立的局面。

RISC-V(Reduced Instruction Set Computer)是一种基于既定精简指令集计算机(RISC)原理的开放标准指令集架构(ISA)。诺辉基金合伙人陈顺发表示,与大多数ISA不同的是,RISC-V具有免版税的开源许可,其最核心的优势在于完全免费开放,同时不会产生版权纠纷问题。由于其开放性和灵活性,RISC-V现已成为全球范围内应用最广泛的开放式计算机架构之一。

早在1979年,精简指令(RISC)就被提出,当时主要考虑简化计算机指令功能以提高计算机的工作效率。RISC-1原型在1981年被推出,历经十年不断改良优化,最终在1988年推出了第四代RISC-IV。之后,x86架构和ARM架构相继迎来了高速发展期,迅速占据市场,在PC设备、服务器和移动产品中得到广泛应用。直到2010年,加州大学伯克利分校开发出了RISC-V指令集的雏形。

陈顺发称,RISC-V架构是一种基于BSD协议许可的开源共享指令集,与x86架构的完全封闭性和ARM架构高昂的授权使用费相比,具有显著的优势。该架构不仅具有性能优越、免费开放的特性,同时以指令简单、模块化组织为主要特点。RISC-V的基本指令只有不到50条,包括RV32I、RV32E、RV64I和RV128I,却能实现所有基本逻辑功能,因此它是图灵完备的。此外,RISC-V还支持扩展指令集,从而实现用更少的代码完成更多的任务。RISC-V压缩指令集(如RV32C和RV64C)还具有极高的指令密度,能够实现更小的尺寸和更低的功耗。RISC-V的出现无疑符合了未来信息技术的发展需求。RISC-V精简的指令集顺应了CPU架构的发展趋势,并且采用了开源模式,极具科学开放精神。同时,它也降低了芯片产业门槛,加快了人才培养,缩短了研发周期,为其后续的发展提供了强大的支撑。

陈顺发补充,这些优势使得RISC-V在全球范围内得到广泛应用,同时也为中国的芯片设计者提供了一个开放和灵活的架构,使他们能够定制出符合自己需求的RISC-V处理器。目前,中国正面临“国产化”进程,RISC-V在一定程度上能够解决国内芯片发展的问题。基于中国强大的制造和生产能力, RISC-V架构能够被大规模制造和生产,使得RISC-V成为了中国芯片设计者的首选之一。

在国家政策层面上,我国参与RISC-V产业得到一定的支持,具体包括政府扶持对象城市、生态联盟、产业联盟的成立、创新论坛的召开、产学研基地的成立等。在企业方面,中国企业在RISC-V领域也取得了进展:黄山1号、玄铁910的发布等。而目前出货的100亿颗RISC-V架构处理器中,有一半产自中国。国内众多芯片厂商都开始布局RISC-V,其中包含芯来科技、紫光展锐、兆易创新、中科蓝讯、汇顶科技等。统计数据显示,中国目前有超过300家公司在关注RISC-V或正在以RISC-V指令集进行开发。国内现以高度参与RISC-V生态。总的来说,RISC-V作为全新开源的指令集架构,符合了中国国情的发展,同时有助于中国突破长期在处理器芯片领域的知识产权局限。

陈顺发分析,RISC-V架构的国产优势不仅有助于降低对国外技术的依赖,同时也为中国芯片产业带来更多的机遇和发展。以下是RISC-V在国内的优势:

1.自主可控:RISC-V是一种开放标准,中国企业可以在其基础上进行自主研发和创新,从而降低对国外技术的依赖,提高自主可控能力。这对于实现国家信息化建设、提升国家安全能力等方面都具有重要意义。

2.低成本:RISC-V采用了精简指令集,指令数量少、结构简单,能减少芯片的制造成本,以此降低整个产业链的成本。这使得中国的芯片设计者能够更加灵活地进行设计,降低生产成本,提高市场竞争力。

3.定制化:RISC-V的指令集能够根据不同的应用领域进行区别化设计,而符合国内应用需求的芯片可以更好地实现中国市场的特点和需求。这使得中国的芯片设计者能够更好地满足国内市场的需求,提升市场占有率。

4.可扩展性:RISC-V的指令集可以进行扩展和定制,可以满足不同应用场景的需求,也能够针对新兴技术进行更新和升级。这为中国的芯片产业提供了更多的发展机会和潜力,同时也使得中国芯片设计者能够更好地应对不断变化的市场需求。

5.开放性:RISC-V的指令集是开放的,可以在全球范围内进行自由使用和开发,促进了全球芯片产业的发展和合作。这也符合中国信息化和产业发展的开放态度和发展理念,为中国芯片产业提供更多的机遇和发展空间。

陈顺发称,目前,以阿里平头哥“玄铁”和中科院“香山”为代表的中国RISC-V高性能计算发展迅猛,尽管现在还处于技术研究与芯片开发阶段,但在未来随着新兴市场的爆发,性能得到改善,需求得到扩张之后,将实现进一步飞跃,促进整个行业的技术进步和升级。

同时传统的汽车电子电气架构(EEA)难以适应发展需要。而以自动驾驶为代表的新一代汽车,其作为“轮子上的计算机”,具有庞大的市场空间和发展潜力,是RISC-V切入的最佳领域。MCU在物联网、汽车电子、消费电子等领域内被广泛运用,全球市场规模超过200亿美元。由于RISC-V的技术架构充分契合了MCU的市场特点,特别是在ARM IP核的32位以上充分应用的MCU产品中具有成本优势,显示出了替代机会。RISC-V芯片最先会在总线控制系统、电池管理、高级辅助驾驶系统等领域获得大批量应用,而后逐步走到域控、车身控制,再进一步发展到智能座舱领域。

对于中国市场来说,国内正在推行半导体核心技术自主可控,提供了大量技术支撑,将有望以国产替代进程引领全球MCU产品发展。从更长远的角度看,智能汽车、AI、物联网等领域将逐步拓展,预计2025年全球市场空间超过40亿美元。RISC-V架构已获得谷歌、高通、英特尔等巨头的支持,目前安卓正在为RISC-V架构打造系统适配,RISC-V将逐步进入消费电子市场,替代部分ARM的份额。RISC-V行业的龙头SiFive也在智能驾驶、航天计算机领域取得了进展,未来将进一步实现更多领域的拓展。这些迹象表明,RISC-V架构将成为未来MCU产品的重要选择之一。

陈顺发解释,整体来说RISC-V架构广泛适用的场景包括以下几个:

移动设备:RISC-V处理器可被优化为节能模式,以延长移动设备的电池寿命。同时,基于RISC-V架构的灵活性,处理器可以被定制以满足特定的应用需求,提供高性能和低功耗的优点。

服务器:RISC-V架构提高性能和改善能效比,从而降低数据中心的能源和运营成本。其也可以被设计为多核处理器,提供更高的并行计算能力和更好的负载均衡。RISC-V的开放性和灵活性也使得处理器可以满足不同的特定的服务器应用需求。

物联网设备:RISC-V架构通过定制指令集和优化处理器设计来实现低功耗和高性能,被应用于物联网设备。

人工智能:RISC-V架构提供人工智能需要的高性能处理器,同时也可以被设计为支持向量处理器(Vector Processor),提供更高的并行计算能力,优化不同的机器学习算法和应用程序。

RISC-V架构的开放性、灵活性和适应性使它成为全球芯片设计者的首选之一。研究机构Counterpoint Research的数据显示,到2025年,RISC-V在IoT市场占有率将达到28%,在工业市场的占有率将达到12%,在汽车市场的占有率将达到10%。

未来,RISC-V将进一步发展,在MCU、IoT、AI等多个领域实现更多方面的应用,成为芯片设计和制造领域的重要组成部分。在中国政府芯片自主可控战略的推动下,许多中国企业已开始研发和生产基于RISC-V架构的芯片,RISC-V架构将逐渐成为中国芯片设计和制造领域的重要一步,帮助中国在芯片开发和生态建设方面取得成就。

陈顺发总结,我们可以看到RISC-V架构将成为芯片产业发展的重要组成部分,将为不同应用场景提供高性能、低功耗的处理器解决方案。而随着新兴技术的发展,RISC-V架构的开放性和灵活性使得它能够适应不断变化的市场需求。我们也期待RISC-V架构的不断发展将为整个科技产业带来更多的机遇和挑战,未来将大有可为。

图:诺辉基金合伙人陈顺发

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