能和Intel、ARM三分天下的RISC-V究竟为何物？

“未来RISC-V很可能发展成为世界主流CPU之一，从而在CPU领域形成英特尔（x86）、ARM、RISC-V三分天下的格局。”——倪光南。大众并不为熟悉的RISC-V真的能和Intel、ARM三分天下吗？或许，是时候关注这个小众却并不冷门的处理器分支了。

本科生设计出64位RISC-V处理器

近期，RISC-V处理器内核IP和生态平台公司企业芯来科技完成新一轮战略融资，由小米长江产业基金领投，老股东蓝驰创投和新微资本继续追投。让这个看起来有些“小众”的处理器再次走进大众视野。

实际上，在2020年7月，一则“国科大本科生设计出64位RISC-V处理器”的新闻，同样引发了不少人对RISC-V处理器的关注。@中国科学院大学 公布了首期“一生一芯”计划成果——在国内首次以流片为目标，由5位2016级本科生主导完成一款64位RISC-V处理器SoC芯片设计并实现流片，芯片能成功运行Linux操作系统以及学生自己编写的国科大教学操作系统UCAS-Core。

本科生、国产芯片、“一生一芯”计划……当这些词汇汇聚在一起时，本身就足以引发大众关注，而RISC-V处理器也就再一次成为市场关注的焦点。

备受推崇的开源芯片

对于关注我国半导体产业的科技粉而言，RISC-V处理器并没有多陌生，中国工程院院士、中国开放指令生态（RISC-V）联盟（CRVA）理事长倪光南发表演讲《迎接开源芯片新潮流》时就有提到过，“未来RISC-V很可能发展成为世界主流CPU之一，从而在CPU领域形成英特尔（x86）、ARM、RISC-V三分天下的格局。”

倪光南表示，从世界的角度来看，两类架构的 CPU 已经占据市场。第一类是 X86，英特尔和AMD 两家公司掌握，在服务器等领域占有垄断地位;第二类是 ARM，在移动领域有垄断的地位。

移动端霸主ARM，精简和灵活是RISC-V的两大優势。RISC-V指令集在最初设计时，其研发团队就明确表示要追求简约，丢弃历史包袱。RISC-V的基本指令仅40余条，并且采用了模块化的指令集，能满足从微控制器到超级计算机等各种复杂程度的处理器需求，支持从FPGA、ASIC乃至未来器件等多种实现方式。

事实上，RISC-V每一次现身都很容易引发热议，“没有历史包袱”的RISC-V很容易成为半导体芯片产业“后进者”的希望，其从诞生起就具备一定的后发优势，精简的指令集意味着精简的开发文档，这也将吸引更多开发者的使用。

十年磨一剑的RISC-V

RISC-V源于 2010年，当时加州大学伯克利分校的一个研究团队要设计一款CPU，为该项目选架构的时候研究团队对比了当时的ARM、MIPS、SPARC和X86等，发现这些指令集不仅越来越复杂，还有很多IP法律问题，再加上X86授权难以获取，ARM授权价格昂贵，所以该研究团队最终决定设计一套全新的指令集。于是成立了一个四人小组，仅用了3个月的时间就完成了RISC-V指令集的开发。其目标是新的指令集能满足从微控制器到超级计算机等各种尺寸的处理器。

技术当然是成功的重要方面，但也需要成功的运营。其实在RISC-V指令集架构之前，伯克利分校已经有了四代RISC指令集架构的设计经验，第一代RISC指令集早在1981年就已经出现，因此指令集的开发简单与否并不是那么容易得出结论。

从2015年非盈利性组织R ISC-V基金会（RISC-V Foundation）成立时的25个成员，至今已经有300多个单位加入，为RISC-V的发展建立了良好的生态环境。除了学术机构外，像芯片开发、软件工具、设计服务与系统等厂商，都有加入。其中包括阿里、谷歌、华为、英伟达、高通、麻省理工学院、普林顿大学、印度理工学院、中科院计算所、英伟达、联发科、Mentor Graphics、Express Logic（于2019年4月被微软收购）、西部数据、希捷等。

开放的生态得到众多机构、企业支持的同时，RISC-V生态自身也在不断成长，尤其是近年来面对着异构计算的趋势，越来越多的人认为，未来X86、ARM、RISC-V有机会三分天下。

生态建设尚在初期

对于高壁垒的芯片设计、芯片架构行业而言，十年时间犹如“弹指一挥间”，年轻的RISC-V虽然潜力十足，可相对Intel、ARM等前辈而言，其自身生态依旧处于发展初期。

RISC-V的优势在于在指令集发展上以开源方式为主，在RISC-V基本的指令集不变的情况下，任何人（或厂商）皆可以在基本的指令集上，进一步建构属于符合市场所需的指令集。由于开源的关系，社群彼此之间可以交流互通有无，对于RISC-V社群形成更多贡献，进而有助于技术上的长足发展。

CPU领域不是靠自己单打独斗，还需要更多生态环境的配合，包括编译器、工具链等，需要更多的伙伴参与生态的建设，RISC-V早期产生和发展都是在国外，发展节奏里，国际协作是非常关键的。作为新的指令集，RISC-V现在在早期阶段，生态环境不够完整。在发展初期，主要是一些软件生态环境的成熟性和丰富性，需要一定时间发展，但是在特定的边缘应用领域对这个依赖度没有那么高，发展的会更好一些。

X86和ARM之后的新势力

在半导体的历史上，X86、ARM作为主流架构一直都占有着很大的市场。随着物联网时代的来临，而RISC-V作为新兴架构，以其精简的体量，或许在未来的IoT领域中能取得绝对的优势，其他的应用场景还包括手机、服务器、存储等市场。

商业化发展最为重要的关键，还是终端应用是否有意愿大量使用RISC-V架构的主流产品，例如智慧电表、智慧穿戴或是智能马达控制。广泛地讲，这些产品都可被归类在互联网（IoT）领域中，由于这个领域应用范围极为多元，拥有相对较高客制化的需求，其实是RISC-V可以发挥其特色的舞台。

如EDA与晶圆代工业者，大多都与ARM阵营有较为深厚的合作关系。若能取得EDA与晶圆代工业者的合作，在28与22nm制程方面能有突破性的进展，以取得效能与成本上的优势，这将有机会取得一些芯片与OEM业者的青睐。

RISC-V的商业引入填补了计算机行业长期以来的空白。它不仅打破了ARM和Intel现有的ISA双寡头垄断，允许用户掌控自己的命运，还建立了一个开放的框架来推动全球合作和创新。

中国有望成为中坚力量

RISC-V在中国受到极大挂住，这背后也有地缘政治的原因。伴随着中美之间的贸易摩擦，科技冷战也开始打响。美国政府加大美国先进技术对中国企业的出口管制，迫使以华为为首的中国高科技企业寻求自主创新之道。虽然多年来中国科研院所和企业先后购买Intel、AMD、MIPS和Arm架构授权，但在微处理器研发和产业化方面都没能形成突破性进展，更谈不上“自主可控”了。RISC-V恰逢其时，短短两年时间内就在中国半导体业界形成“芯芯之火”的燎原之势。

“中国RISC-V产业联盟”和“中国开放指令生态系统（RISC-V）联盟”也在去年相继成立，上海市经济信息委发布的《上海市经济信息化委关于开展2018年度第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金（集成电路和电子信息制造领域）项目申报工作的通知》中包含了基于RISC-V指令集架构的处理器芯片方向，可以被视为国内首个支持RISC-V的相关政策。

在这样的大背景下，RISC-V被看作中国集成电路领域的新机遇，被寄予很高的期望， 对于国内市场来说，全新的RISC-V使得我国得以与其他国家站在同一起跑线上，有望在全新生态构建中树立话语权，另外，其开源的特点有利于我国自主可控的实现。

而中国之外，RISC-V的开源同样吸引了全球的关注，印度已经将RISC-V定为国家指令集;以色列国家创新局将基于RISC-V研制作为全国企业服务的处理平台。

大有可为的物联网时代

时势造英雄，RISC-V的崛起，离不开5G、大数据、物联网整个IT科技大生态的推动，其大大降低了芯片门槛，让更多人有能力定制处理器芯片，可谓是ARM之后的又一次生态更新。

当前全球物联网应用主要分为三大主线：面向需求侧的消费性物联网、面向供给侧的生产性物联网以及与智慧城市发展相关的物联网。物联网下游场景极具多元化，其中的诸多场景对已有通信技术提出了更高要求，这也成为了物联网发展瓶颈之一。支持更大带宽、更低时延、更高可靠性和更多连接数的5G网络自标准探讨之日起就以为各物联网场景服务为主要定位，随着5G网络商用新周期的开启，物联网有望迎来快速发展期。

在产业发展过程中，指令集架构已经形成了较为稳定的市场格局，X86和ARM作为当前最成功的两大指令集，一个主宰了服务器和PC市场，另一个则统治了移动通讯市场。全新的RISC-V指令集很难在短期内挑战现有竞争格局，而全新的物联网市场为RISC-V的发展提供了难得的历史机遇。RISC-V具有开源、精简、模块化的特征完全符合物联网市场下游多元化、碎片化的应用场景，有望提供更高性价比的服务，成为未来物联网市场的首选。

根据分析机构Semico Research的最新报告《RISC-V市场分析：新兴市场》估计，到2025年，市场将总共消费624亿个RISC-VCPU内核，预计工业领域将是最大的细分市场，拥有167亿个内核。Semico预测RISC-V CPU内核的复合年增长率（CAGR），估计包括计算机，消费者，通讯，运输和工业市场在内的细分市场在2018年至2025年之间的平均复合年增长率为146.2%。

让更多的人和公司能拥有自己的芯片

RISC-V选择开源的道路，目标就是让芯片设计更平民化，降低芯片设计的门槛，从而让更多的人和公司能拥有自己的芯片。

过去，芯片设计有时需要上亿研发费用，投入上百人年，中小企业不易承担，而且也不一定能掌握发展的主动权，开源芯片设计可望将芯片设计门槛大大降低，以至于3—5人的小团队在3—4个月内，只需几万元便能研制出一款有市场竞争力的芯片，从而将促进芯片产业的繁荣，能更好地支持人工智能等等新一代信息技术和数字经济的发展。

异构计算出现的背景是半导体制造工艺的摩尔定律遇到瓶颈，先进工艺制造成本快速上升但是在性能上却无法带来很大提升。在这样的背景下， 通用化的芯片通过摩尔定律提升性能的速度变得很慢，而系统厂商也无法再指望使用一款通用芯片平台来满足不同应用场景的需求，而必须针对不同的场景使用专用的定制化芯片，这也就是异构计算的范式，而这也是RISC-V生态成长的推动力。

尚需沉淀的商业模式

罗马不是一天建成的，RISC-V想要成为半导体芯片处理器三巨头之一，显然还有一条很长的路要走。IP必须满足严格的验证标准以及在当今商业硬件中的长期支持和维护而不破坏SoC或系统设计人员现有的总拥有成本模型，风险在于，对于一款几乎没有差异的设备，通常通过在验证、物理设计和软件开发上花费的时间和成本，最大程度地减少与许可相关的成本节省。

RISC-V目前只有在一些低频低功耗的简单场景有一些应用，但高端市场依然是ARM的天下，就连能够支持linux（无论芯片还是软件工具链等）也都是近些年的事。

同时，RISC-V虽然是开源的，但不是像Linux和Android一样拿来就可以用，RISC-V是一个指令集架构，想要使用它还要做很多设计工作，这些工作不仅必要而且辛苦，甚至比ARM的设计还要难一些。想要借助RISC-V真正的盈利，就必须先构建起整个从软件到硬件，从设计到工具的整个完整的生态系统，这就需要吸引更多的公司和人才加入研究，以及长时间的沉淀。

写在最后：三分天下或可期

RISC-V的商业引入填补了计算机行业长期以来的空白。它不仅打破了ARM和Intel现有的ISA双寡头垄断，允许用户掌控自己的命运，还建立了一个开放的框架来推动全球合作和创新。

通过模块化设计，允许用户根据特定的计算需求添加特定的扩展，RISC-V开启了完全不同的可能性。同样重要的是，RISCV从占主导地位的行业巨头英特尔和AMR手中夺取了微处理器的控制权。

RISC-V芯片可以用于专注于特定的人工智能任務，如图像识别或机器语言翻译，也可以用于建立跨越几代设备和产品的微控制器框架，而细分市场的刚需也能推动RISC-V进一步成长。