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知名咨詢機構(gòu)德勤(Deloitte Global)日前發(fā)文預測稱，RISC-V指令集市場規(guī)模將在2022年比2021年翻一番，并且隨著潛在市場的繼續(xù)擴大，到2023年將再次翻一番，達到近8億美元，高于2021年的近4億美元，預計到2024年，這一數(shù)字將接近10億美元。
2010年，RISC-V項目創(chuàng)始人David Patterson、Andrew Waterman、Yunsup Lee和Krste Asanovic開始思考，既然在互聯(lián)網(wǎng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、編譯器、圖像等行業(yè)都有開放的標準、免費及開放的實現(xiàn)方式和私有化的實現(xiàn)方式，那么有沒有可能在處理器IC領(lǐng)域也打造一個真正開源的、免許可、免授權(quán)費用指令集架構(gòu)？未來，能否用模塊化IC或者是用軟件定義硬件的理念，輔之以社區(qū)的方式，去設(shè)計和維護相關(guān)標準？在這一背景下，RISC-V項目應運而生。
經(jīng)過十余年的發(fā)展，RISC-V指令集從技術(shù)層面來講其實已經(jīng)比較成熟了，相比X86和Arm這樣的專有指令集體系結(jié)構(gòu)(ISA)，它沒有歷史包袱，是一個非常精簡漂亮的系統(tǒng)架構(gòu)。尤其是其具備的開放屬性，是封閉、獨家指令集的最好替代品。
簡單來說，RISC-V指令集基本分為四類：以開源ISA為代表的核心指令集、ISA中的可選擇指令集、用戶指令和系統(tǒng)指令，支持包括圖形引擎、機器學習和人工智能、網(wǎng)絡、存儲、安全性、嵌入式和通用型處理器在內(nèi)的多種應用程序。隨著RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的不斷擴大，其開發(fā)工具、FGPA軟核、IP和設(shè)計服務也會不斷增多，還將支持更多操作系統(tǒng)。
但坦率的說，開源硬件以前一直沒有成過氣候，留給人們的印象總是，“這家公司一定要到快不行的時候，沒辦法，不得不開源?！痹偌由纤鼈兺持林氐臍v史包袱，所以對CPU設(shè)計者來說缺乏吸引力。
但RISC-V顯然不是這樣，它就是為開源而生的，甚至有不少業(yè)內(nèi)人士指出，RISC-V生態(tài)系統(tǒng)將有望為未來50年的計算設(shè)計和創(chuàng)新發(fā)展鋪平道路。尤其是伴隨著人工智能和深度學習的普及，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計已經(jīng)遠不是“無線連接+通信芯片+Arm處理器”這么簡單，它將更加智能、靈活，這很符合RISC-V的設(shè)計初衷。
而且對廣大中小型公司來說，開源免費的RISC-V指令集可以為公司節(jié)省數(shù)百萬美元的許可費用，這對于處于早期階段的公司尤其重要；其次，RISC-V已經(jīng)得到了產(chǎn)業(yè)鏈上下游各環(huán)節(jié)的大力支持，設(shè)計的復雜度和工作量相比之前大幅減少，提高了效率，加速了產(chǎn)品上市時間；最后，作為一個開源指令集，RISC-V 也不受出口限制的影響，這使得那些受到限制影響或害怕受到這些限制影響的公司對其產(chǎn)生了濃厚的興趣，尤其是在中國。
不過，盡管RISC-V具備穩(wěn)定、簡單、模塊化、簡化設(shè)計、為可擴展性/專門化設(shè)計五大優(yōu)勢，非常適合針對特定應用領(lǐng)域做優(yōu)化的處理器架構(gòu)(DSA，Domain Specific Architecture)并形成核心技術(shù)，也符合未來垂直領(lǐng)域的芯片定制化趨勢。但芯片定制也存在幾個方面的挑戰(zhàn)，例如是否有足夠的IP資源和SoC平臺、團隊分工與協(xié)作、從芯片設(shè)計到驗證所花費的時間、以及各種成本等。 
RISC-V指令集目前對于手機、PC和刀片式服務器市場來說還是遠遠不夠成熟的，它更適合碎片化市場。但這會同時引發(fā)另一個話題的討論，即作為指令集開源，在大幅降低準入門檻的同時，是否很容易造成碎片化和分裂？
所幸到目前為止，很嚴重的碎片化問題還沒有發(fā)生，但隨著產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的進一步發(fā)展，這種可能性是不能被排除的。因此，對整個RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的參與者來說，既要盡可能的讓RISC-V順利、靈活的發(fā)展，同時還要防止碎片化，這個“度”的掌握并不是很容易。
那么，誰最在乎RISC-V？
德勤方面給出的答案只有一句話：因利益相關(guān)者而異。
首先，是中國芯片產(chǎn)業(yè)。
該報告指出，由于最近美國的制裁，中國制造商已經(jīng)失去或害怕失去使用x86或Arm ISA的權(quán)限。而RISC-V的出現(xiàn)，則有可能幫助他們繞過這種限制，減少對芯片進口的依賴。數(shù)據(jù)顯示，截止到2020年5月8日，RISC-V基金會共有成員193家，其中有33家來自中國，占比17%。而RISC-V International首席執(zhí)行官Calista Redmond 此前在接受VentureBeat采訪時表示，該集團現(xiàn)在有2,4278名成員，比年初增長了 130%，還有292家公司，2021年增長了27.5%。
其次，是初創(chuàng)公司。
德勤預測，2020年至2022年，風投資金將向各種芯片初創(chuàng)公司投資約220億美元。從這個角度來說，這比2005-2016年這11年間的總投資額210億美元還要多。如前文所述，開源免費的RISC-V指令集可以為公司節(jié)省數(shù)百萬美元的許可費用，這對初創(chuàng)公司而言頗具吸引力。根據(jù)2020年的一項研究，在超過23%的初創(chuàng)公司的專用ASIC芯片和FPGA芯片中，都至少包含一顆RISC-V處理器。
第三，物聯(lián)網(wǎng)、汽車和人工智能市場最關(guān)心。
物聯(lián)網(wǎng)屬于高度碎片化的市場，但它對軟硬件生態(tài)系統(tǒng)的要求不像手機、PC和服務器芯片那么高，一些中小型公司完全可以從實際應用出發(fā)向RISC-V指令集中添加新的指令。以智能音箱、智能家居產(chǎn)品為例，這一類應用更強調(diào)“邊緣計算”能力，對靈活性要求高，遇到市場和技術(shù)變化要求能夠及時做出調(diào)整。
而在汽車市場，德勤的數(shù)據(jù)顯示，僅在2020年，就有高達400萬顆基于RISC-V架構(gòu)的芯片被用于汽車市場，預計到2022年，這一數(shù)字將增加到1.5億，2025年更將增加到29億個。例如今年4月，瑞薩電子就和SiFive達成合作，將共同開發(fā)面向汽車應用的下一代高端RISC-V解決方案。
此外，許多新的AI芯片設(shè)計似乎都在使用RISC-V，原因在于目前人工智能芯片遇到的挑戰(zhàn)包括精度、內(nèi)存帶寬、功耗以及可擴展性等許多方面，傳統(tǒng)的CPU/GPU由于缺乏彈性，可能都無法很好的進行定制化設(shè)計。但對于RISC-V是否用于數(shù)據(jù)中心，業(yè)界仍存在不同看法，比如有人認為RISC-V比較適用于數(shù)據(jù)中心的加速和深度學習，更強調(diào)對應用場景的定制化設(shè)計。
12月2日，RISC-V國際基金會宣布其成員批準了15項新規(guī)范，包含了RISC-V指令集架構(gòu)下的40多個擴展，其中重點強調(diào)的就是向量處理、標量加密和Hypervisor三條規(guī)范。RISC-V國際基金會表示，這些規(guī)范為AI、機器學習、IoT、汽車和數(shù)據(jù)中心等市場創(chuàng)建了新的機遇。
最后，PC芯片制造商和晶圓代工廠可能并不是太關(guān)心。
個人電腦市場在短期內(nèi)不太可能大規(guī)模轉(zhuǎn)向RISC-V。RISC-V是一個開源架構(gòu)，目前在上面運行的只是GCC、Linux等基本軟件，缺少系統(tǒng)級軟件的支持，盡管RISC-V基金會董事會成員和會員公司也都意識到了這一點，但要支持更多的系統(tǒng)軟件，離不開各國政府和企業(yè)的資金支持。
ISA對晶圓代工廠來說并不重要，但也許，RISC-V會憑借更低的成本和更大的靈活性，導致芯片設(shè)計出現(xiàn)爆炸式增長，為代工廠帶來潛在繁榮。
科技巨頭角逐“新藍海”？生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)方興未艾
讓我們先一起看看最近兩三個月里，主要RISC-V玩家的一些最新進展：
海思
近日，華為海思公布了一款全新的高清電視芯片Hi373V110，這是一款支持全球各種制式的模擬電視（ATV）主處理芯片，內(nèi)置海思全自研RISC-V架構(gòu)的CPU。公開信息顯示，這是華為海思首款商用級別的RISC-V架構(gòu)CPU。


據(jù)官網(wǎng)介紹，Hi373V110采用LiteOS操作系統(tǒng)，支持NTSC/PAL/SECAM制式解調(diào)，支持USB播放，支持主流的視頻格式包括MPGE2,H.264,H.265,RMVB等，支持主流音頻解碼及音效處理，以及海思自研的SWS音效處理，支持CVBS/ YPbPr /VGA/HDMI 1.4 輸入，內(nèi)置Memory，支持LVDS和miniLVDS接口，支持主流的Tconless 屏。
中科院
12月6日，中科院計算所研究員包云崗攜高性能RISC-V開源處理器“香山”亮相舊金山RISC-V峰會。目前，基于28nm工藝的“香山”第一代內(nèi)核“雁棲湖”已經(jīng)在7月15日流片，第二代核心“Nanhu”目標是14nm 2GHz。包云崗稱，這套RISC-V架構(gòu)處理器預計每隔6個月就會迭代一次。
SiFive
同樣在RISC-V Summit 2021大會上，賽昉科技(SiFive)重磅宣布自主研發(fā)的目前全球性能最高的RISC-V CPU Core IP“昉·天樞”正式交付客戶。同時，“昉·星光”（VisionFive）單板計算機正式開始發(fā)售。
作為一款基于RISC-V指令集架構(gòu)設(shè)計的64位超高性能內(nèi)核，昉·天樞在微架構(gòu)設(shè)計上采用了超標量、深度亂序執(zhí)行等設(shè)計要素，同時還針對性能和頻率做了深度的優(yōu)化，并提供了至今最完整的指令集，眾多來自于數(shù)據(jù)中心、PC、移動設(shè)備、高性能網(wǎng)絡通訊、機器學習等高端應用領(lǐng)域的客戶表達了與賽昉展開深度合作的意愿。
Imagination
Imagination全新的RISC-V 架構(gòu)處理器Catapult系列也十分引人關(guān)注。首發(fā)包括四款不同的產(chǎn)品：動態(tài)微控制器、實時嵌入式CPU、高性能應用處理器CPU和支持汽車功能安全的CPU。其中，微控制器已開始出貨，主要用于SoC芯片中的GPU模塊；實時嵌入式CPU也已上市；高性能應用處理器CPU和汽車CPU計劃于2022年起開始陸續(xù)上市。


平頭哥
10月13日，阿里平頭哥玄鐵910成功兼容安卓系統(tǒng)，可運行Chrome瀏覽器等應用，這是芯片行業(yè)首次實現(xiàn)RISC-V架構(gòu)對安卓的支持，這意味著RISC-V架構(gòu)有望打破場景壁壘，成為高性能芯片設(shè)計的新選擇。
小結(jié)
其實在RISC-V出現(xiàn)之前，歷史上已經(jīng)出現(xiàn)過多種指令集架構(gòu)，比如DEC(PDP-11、VAX、Alpha)、英特爾(i960、i860、Itanium)、IBM 360、MIPS、SPARC、Arm等，各自命運跌宕起伏。但最終，PC時代的WinTel聯(lián)盟，智能手機時代的Arm+安卓，成為了生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的標桿。后來者并非產(chǎn)品本身不好，更多是難以撼動已有生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢，只能亦步亦趨的跟隨，很難成功。
之所以會出現(xiàn)這樣的情況，分析起來，主要原因在于這些指令集架構(gòu)的生命力往往與核心公司的經(jīng)營狀況、股權(quán)結(jié)構(gòu)、商業(yè)目標、戰(zhàn)略規(guī)劃息息相關(guān)，“一榮俱榮，一損俱損”，存在著很大的風險。
未來，RISC-V生態(tài)需要思考如何通過創(chuàng)新，讓架構(gòu)符合應用，滿足模組化定制化及特殊化需求，讓用戶可以專注于自己的優(yōu)勢上，實現(xiàn)更大的差異化價值。對中國市場來說更是如此，盡管我們更擅長“集中力量辦大事”，但如何將開源的RISC-V指令集與中國具體實踐相結(jié)合，揚長避短，是非常值得考慮的一件事情。