浪潮已在腳下，RISC-V峰會掀起開源指令集潮流，中國企業能否抓住機遇

浪潮已在腳下，RISC-V峰會掀起開源指令集潮流，中國企業能否抓住機遇

老李頭 / 2023-08-28 17:0976882

“RISC-V能夠為各種應用場景提供更加多元化、更靈活、更低成本的解決方案，被認為是一種具有顛覆性的技術創新?！苯衲昴瓿酰琑ISC-V被《麻省理工學院技術評論》選為了十大突破性技術之一，很多人認為“芯片設計正在走向開放，而靈活、開源的RISC-V有望成為改變一切的芯片設計”。

那么問題來了，聲勢浩大的RISC-V究竟是什么？它與x86及ARM的“戰爭”勝算有幾分？這一波聲勢浩大的“浪潮”是虛張聲勢還是“已到腳下”？這其中我國企業處于怎樣的位置？又能否逆勢成為“弄潮兒”？今天我們就一起來聊一聊……

一、RISC-V是什么

2010年，加州大學伯克利分校的David Patterson教授與Krste Asanovic教授研究團隊正在準備啟動一個新項目，需要選擇一種處理器指令集。他們分析了ARM、MIPS、SPARC、X86等多個指令集，發現它們不僅設計越來越復雜，而且還存在知識產權問題。于是他們決定從零開始設計一套全新的指令集，而這就是RISC-V指令集。

由于RISC-V從一開始就是為了簡潔而生，所以它的核心指令集只有47條，比x86和ARM等指令集要少得多。又由于每條指令的功能較為單一，每條指令的執行時間較為固定，從而提高了處理器的性能和效率。

RISC-V還支持多種可選的擴展指令集，用來增加一些特定的功能，比如浮點運算、向量運算、原子操作等。RISC-V還允許用戶自定義一些專用的指令，用來滿足特定的應用需求，比如加密、圖像處理、人工智能等。

RISC-V最大的特點是它是開放免費的，這意味著任何人都可以免費使用RISC-V指令集規范，不需要支付任何版權費用或授權費用。這與x86和ARM等指令集有本質的不同，由于受到專利保護，要想使用它們，就必須向Intel或ARM等公司支付高昂的費用。

RISC-V和 ARM、x86架構對比（來源：華安證券研報）.png

RISC-V和 ARM、x86架構對比（來源：華安證券研報）

不僅如此，RISC-V的開放性使得它具有很強的靈活性和可定制性，可以根據不同的應用場景來設計和實現適合的處理器芯片。同時，RISC-V的開源模式也使得它的技術成果更容易共享，傳播速度更快，進而形成了一個龐大的開源社區，包括學術界、產業界、政府機構等各方力量，共同推動RISC-V的發展和創新，在全球范圍內引起了廣泛的關注和參與。

這其中，我國發揮著至關重要的作用，不僅有眾多企業和科研機構加入了RISC-V國際基金會（RISC-V International），還成立了中國開放指令生態（RISC-V）聯盟（CRVA），推動中國開源芯片生態建設。可以說，中國在RISC-V領域具備了“天時、地利、人和”的優勢。

二、RISC-V在中國的“天時、地利、人和”

“天時”就是發展機遇。

如果說x86是抓住了個人PC普及的機遇，ARM抓住了移動端發展的機遇，那么下一波RISC-V的機遇在哪里？很明顯，隨著互聯網、物聯網、人工智能等技術的發展，對芯片的需求越來越大，而傳統的x86和ARM等指令集已經不能滿足各種應用場景的需求。

比如，在邊緣計算、物聯網終端、嵌入式系統等領域，需要低功耗、低成本、高性能、高安全性、高可定制性的芯片；而在云計算、大數據、人工智能等領域，需要高并行、高吞吐量、高效率、高可擴展性的芯片。這些領域都需要一種新型的指令集架構來支撐，而RISC-V正好符合這些需求。

另一方面，從行業發展機遇而言，目前也是正當其時。事實上，在處理器芯片領域，變革的浪潮差不多每隔40年就會襲來一次，上一輪浪潮要追溯到上個世紀70-80年代，主要是RISC（精簡指令集）顛覆CISC（復雜指令集），也是計算機輔助設計（CAD）和電子設計自動化（EDA）技術崛起的時代，那個時代誕生了諸如ARM、MIPS、Synopsys、Cadence等一批新型企業。

而目前這一輪正是由RISC-V為代表的開源指令集興起的時期，新一輪芯片設計技術與產業變革浪潮已經到來，而這將會帶來很多新的機遇，甚至在未來的10-20年讓產業重新洗牌，形成新的格局，可以預期的是將會有一批新興企業、技術成為新的巨頭，此所謂趕上了行業發展的“天時”。

復雜指令集向精簡指令集、指令集私有向指令集開源.png

“地利”就是產業基礎、市場需求。

中國是全球最大的芯片市場，也是全球最大的芯片進口國。根據統計數據，2020年中國進口了約5400億美元的芯片產品，占全球芯片市場份額的近40%。然而，中國自主研發和生產的芯片卻只占到了不到10%。這說明中國在芯片領域存在著巨大的缺口和依賴。這給中國的芯片產業帶來了巨大的壓力和挑戰，也激發了中國芯片產業發展的動力和決心。

不僅如此，RISC-V作為一種開放指令集架構，為中國的芯片產業提供了一個新的選擇和機會。隨著中美持續芯片脫鉤和“逆全球化”加劇，國內開始加速擁抱開源RISC-V架構發展，以避免在主流CPU芯片架構上受制于人，實現更多的自主創新和自主控制，這對中國芯片甚至是整個科技發展都有著非常重要的意義。

為了促進發展，中國政府還在“十四五”規劃中明確提出了加快芯片自主創新的戰略目標，同時也給予了芯片產業各方面的政策支持和資金投入。中國的芯片企業也積極響應國家號召，加大了研發投入和人才培養，探索了多種技術路徑和合作模式。與此同時，中國整體完整的芯片產業鏈和巨大的芯片消費市場為中國芯片提供了一個強大的產業優勢和市場潛力，這些都是基于中國這片土地的發展驅力，此為行業發展的“地利”。

“人和”就是人才資源、參與企業。

從此次RISC-V峰會我們不難發現，中國在RISC-V領域擁有一批優秀的科研機構和企業，它們在RISC-V的研究、開發、應用、推廣等方面都做出了突出的貢獻。比如，清華大學作為RISC-V國際基金會的創始成員之一，在RISC-V指令集、微架構、編譯器、操作系統等方面都有深入的研究。

此次峰會上，北京開源芯片研究院公布第二代“香山”（南湖）開源高性能RISC-V處理器內核等，性能已超過ARM A76；阿里巴巴平頭哥也發布了首個自研RISC-V AI平臺，通過軟硬件的深度協同，提升了近8成的性能，支持運行170余個目前主流的AI模型，推動RISC-V進入高性能AI應用時代。

除此之外，還有很多其他知名或新興的企業和機構，如中科院計算所、華為、紫光展銳、龍芯、星辰微、平頭哥科技等，都在積極布局RISC-V領域；包括清華大學、北京大學、浙江大學在內的一大批高等院校都開設了RISC-V相關課程，推動相關人才的培養；中科大“一生一芯”計劃已經發展到第四期，大幅提升了中國芯片行業人才培養的規模與質量。大量的人才與相關企業形成了一個龐大而活躍的生態圈，此所謂RISC-V在中國的“人和”。

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“一生一芯”計劃總體介紹

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“一生一芯”第一期成果“果殼”板卡

可以說，RISC-V作為一種具有強大發展勢能的開放指令集架構，在中國的發展具有“天時、地利、人和”的優勢，如果能夠抓住機遇充分發揮優勢，中國有望在RISC-V領域取得突破和領先地位，推動中國芯片產業的發展和創新。

不過，RISC-V雖然具有很多優勢，但也面臨著不少挑戰。其中最大的挑戰還是來自于ARM。目前環境中，ARM仍然是目前全球最流行的指令集架構之一，它占據了移動設備、物聯網終端、嵌入式系統等領域的絕大部分市場份額。那么，RISC-V能否在與ARM等競爭中脫穎而出呢？

三、RISC-V能否擔當大任

要回答這個問題，我們需要從技術和商業兩個方面來分析。

從技術方面來看，RISC-V和ARM都是基于RISC原則設計的指令集架構，它們在性能和效率上都有一定的優勢。但是，RISC-V相比ARM更加簡潔和靈活，它可以根據不同的應用需求來定制和擴展指令集，而ARM則相對更加固定和封閉，它的指令集擴展需要經過ARM公司的審核和授權。

此外，RISC-V還有一個重要的優勢，那就是它是開放免費的，這意味著使用RISC-V的芯片設計者不需要向任何人支付任何費用，而使用ARM的芯片設計者則需要向ARM公司支付高昂的授權費用。這對于芯片設計者來說，無疑是一個巨大的誘惑和激勵。

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但就目前階段而言，RISC-V和x86、ARM在生態上仍然存在一定的差距，無論從軟件的規模還是性能優化上，都還沒有達到x86和ARM的狀態，在面對加速計算等復雜環境的性能處理缺陷也很明顯，而這可能會是以后一段時間內長期要面臨的問題。

從商業方面來看，RISC-V和ARM都有自己的優勢和劣勢。ARM的優勢在于它擁有龐大的市場份額和用戶基礎，它已經形成了一個成熟而穩定的生態系統，包括各種軟件、工具、平臺、服務等。但與此同時，它的劣勢在于它受到了美國政府的制裁和干預，可能會被禁止向中國等國家或地區提供技術許可和支持，進而損失部分市場及發展機會。

而RISC-V的優勢則在于它擁有廣泛的社區支持和創新活力，它已經吸引了全球各地的科研機構、企業、政府等各方力量的參與和貢獻，形成了一個開放而多元的生態系統，包括各種項目、產品、標準、教育等。

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