讓ARM倍感壓力，RISC-V能否成為中國(guó)芯崛起的希望？

近年來(lái)，RISC-V占據(jù)了開(kāi)源指令集架構(gòu)的主流，特別是在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)“自主可控”、“國(guó)產(chǎn)替代”趨勢(shì)之下，RISC-V更是備受追捧，甚至有人把RISC-V稱作“中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)最后一次趕超歐美的希望”。面對(duì)美國(guó)的技術(shù)封鎖，RISC-V值得全力押注嗎？

10月9日凌晨，在一年一度的ARM TechCon 2019大會(huì)上，ARM首次宣布將在部分ARMv8 Cortex-M系列CPU內(nèi)核當(dāng)中引入自定義指令功能，即客戶能夠編寫(xiě)自己的定制指令來(lái)加速其特定用例、嵌入式和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序。

據(jù)了解，ARM Cortex-M系列CPU內(nèi)核主要應(yīng)用于對(duì)性能要求相對(duì)較低、對(duì)于功耗和成本要求較高的應(yīng)用領(lǐng)域，目前在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域應(yīng)用非常的廣泛。

此次ARM在CPU當(dāng)中加入自定義指令功能，可以在無(wú)需增加其他的內(nèi)核，不增加成本和功耗的前提下，幫助客戶實(shí)現(xiàn)性能的提升。

除此之外，今年7月ARM調(diào)整了芯片設(shè)計(jì)授權(quán)費(fèi)的收費(fèi)模式，推出了全新的ARM Flexible Access業(yè)務(wù)模式。

通過(guò)ARM Flexible Access模式，如果芯片制造商使用ARM的一種設(shè)計(jì)方案投產(chǎn)芯片，那么他們每年需要支付7.5萬(wàn)美元的費(fèi)用；如果他們每年支付20萬(wàn)美元，那么就可以獲得不限數(shù)量的芯片設(shè)計(jì)方案。只有在芯片開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)，他們才需要支付授權(quán)費(fèi)和專利費(fèi)。

可以看到，主要針對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的Cortex-M系列IP，以及可適用于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)的Cortex-A53/A35/A34/A32/A7/A5，基本都囊括在其中。

顯然，ARM的“加入自定義指令功能”、“下調(diào)IP授權(quán)費(fèi)”之舉，針對(duì)的正是物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，主要應(yīng)對(duì)的也正是免費(fèi)開(kāi)源的RISC-V架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)對(duì)于ARM的沖擊。

冉冉升起的RISC-V

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，ARM 顯然是絕對(duì)的主流，但隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的結(jié)束和IoT時(shí)代的到來(lái)，ARM已經(jīng)感受到了來(lái)自RISC-V的壓力。

根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)IP Nest此前發(fā)布的IP市場(chǎng)分析報(bào)告顯示，2018年全球最大的IP提供商ARM的營(yíng)收出現(xiàn)了3%的下滑（2017年下滑了6.8%)。IP Nest認(rèn)為其中一個(gè)主要原因應(yīng)該是來(lái)自于開(kāi)源的RISC-V架構(gòu)的沖擊。

RISC-V架構(gòu)是一種開(kāi)源的處理器架構(gòu)，2010年誕生于加州大學(xué)伯克利分校。與大多數(shù)指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允許任何人設(shè)計(jì)、制造和銷(xiāo)售RISC-V芯片和軟件。

換句話說(shuō)，芯片設(shè)計(jì)廠商可以免費(fèi)使用RISC-V架構(gòu)，而不需要像使用ARM的處理器IP那樣付一筆不菲的授權(quán)費(fèi)。

而且，傳統(tǒng)的ARM處理器IP通常是不允許做擴(kuò)展的，但是RISC-V則可以方便的進(jìn)行擴(kuò)展。這種可擴(kuò)展可定制化的特點(diǎn)對(duì)于場(chǎng)景驅(qū)動(dòng)、性能功耗需求各不相同的AIoT芯片特別重要。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)芯片設(shè)計(jì)廠商來(lái)說(shuō)，使用RISC-V架構(gòu)來(lái)做AIoT芯片，不僅可以更加的自主可控，還能夠更加的靈活，成本也將更低。

正是因?yàn)榭吹搅薘ISC-V這個(gè)架構(gòu)的潛力所在，非盈利組織RISC-V基金會(huì)在2015年宣布成立。

包括谷歌、英偉達(dá)、高通、Rambus、三星、恩智浦、華為、晶心、美光、IBM、GlobalFoundries、UltraSoC 和西門(mén)子在內(nèi)的150多家公司，以及加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)、ETH Zurich、印度理工學(xué)院、洛倫茲國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、新加坡南洋理工大學(xué)以及中科院計(jì)算所等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)加入了這個(gè)陣營(yíng)，RISC-V也獲得了快速的發(fā)展。

雖然不是第一個(gè)開(kāi)源指令集，但RISC-V近年來(lái)迅猛的發(fā)展勢(shì)頭，讓不少人都認(rèn)為RISC-V將成為AIoT時(shí)代的主要玩家，甚至是代表性的指令集。

目前，RISC-V已經(jīng)成為了印度國(guó)家指令集。2011年印度實(shí)施處理器戰(zhàn)略計(jì)劃，在全國(guó)范圍資助2-3個(gè)研制處理器的項(xiàng)目。除了印度政府、美國(guó)DARPA、以色列國(guó)家創(chuàng)新局也選擇基于RISC-V研制為全國(guó)企業(yè)服務(wù)的處理平臺(tái)。

去年，RISC-V中國(guó)聯(lián)盟也在在網(wǎng)信辦、中科院等多個(gè)國(guó)家部委支持和指導(dǎo)下成立，聯(lián)盟理事長(zhǎng)是倪光南。RISC-V中國(guó)聯(lián)盟秘書(shū)長(zhǎng)包云崗稱，“RISC-V 指令集有望像開(kāi)源軟件生態(tài)中的Linux那樣，成為計(jì)算機(jī)芯片與系統(tǒng)創(chuàng)新的基石?！?/p>

同時(shí)，上海市政府率先開(kāi)始支持RISC-V架構(gòu)芯片。從產(chǎn)業(yè)端看，國(guó)內(nèi)的平頭哥、兆易創(chuàng)新、華米、樂(lè)鑫、芯來(lái)、格蘭仕等眾多廠商都推出了基于RISC-V架構(gòu)的芯片，華為也在積極的研發(fā)基于RISC-V架構(gòu)的芯片。

這是否代表著RISC-V在中國(guó)的好時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨？

“中國(guó)芯”的機(jī)會(huì)

事實(shí)上，RISC-V在中國(guó)受關(guān)注有許多原因，但最主要的原因還是中興事件之后，美國(guó)對(duì)中國(guó)科技企業(yè)的一系列封禁和打壓，讓產(chǎn)業(yè)界和民眾都意識(shí)到芯片是一個(gè)非常重要的產(chǎn)業(yè)，中國(guó)必須有自主可控的芯片。

從國(guó)內(nèi)芯片發(fā)展歷程來(lái)看，已有兩條路被證明走不通：

一條路是關(guān)起門(mén)來(lái)自己做一套，比較典型的就是龍芯。因?yàn)樾酒€是一個(gè)商品，性能再高，沒(méi)人用就無(wú)法體現(xiàn)出價(jià)值，所以必須有相應(yīng)的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)揮價(jià)值。

另一條路就是跟在別人后面，國(guó)內(nèi)有許多公司做x86、Arm、IBM Power的芯片，在某些特殊領(lǐng)域，用這些指令集架構(gòu)確實(shí)可以做一些事情，但是因?yàn)槭艿絀SA所屬公司知識(shí)產(chǎn)權(quán)的控制，很難取得成功。

RISC-V這種全球開(kāi)放的架構(gòu)出現(xiàn)，既不是關(guān)起門(mén)來(lái)自己做，也不是跟在別人后面，對(duì)中國(guó)而言的確是一個(gè)很好的機(jī)會(huì)。

有人可能會(huì)質(zhì)疑，RISC-V是美國(guó)大學(xué)研發(fā)出的一套指令系統(tǒng)架構(gòu)，國(guó)內(nèi)如何做到自主可控？就設(shè)計(jì)一款芯片而言，RISC-V只是一個(gè)指令集架構(gòu)，定義了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。指令集架構(gòu)的開(kāi)源，代表著開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行自由的設(shè)計(jì)，在自主可控上并不會(huì)有太大的問(wèn)題。

正因?yàn)镽ISC-V能夠繞過(guò)Intel與ARM兩座大山，許多亟欲在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)彎道超車(chē)的國(guó)內(nèi)廠商，都在積極的投入RISC-V當(dāng)中。

雖然RISC-V技術(shù)本身的優(yōu)勢(shì)明顯，但是RISC-V從業(yè)者普遍反映，RISC-V面臨的一個(gè)最大挑戰(zhàn)就是生態(tài)問(wèn)題。RISC-V社區(qū)還處于起步階段，在這一階段不太可能擁有完整的生態(tài)，因?yàn)樯鷳B(tài)建設(shè)需要時(shí)間。

目前RISC-V由RISC-V基金會(huì)牽頭的生態(tài)建設(shè)勢(shì)頭還不錯(cuò)，如果這樣的勢(shì)頭保持下去，同時(shí)由于RISC-V的開(kāi)源特性，每個(gè)感興趣的個(gè)人或者團(tuán)隊(duì)都可以做出自己的貢獻(xiàn)，未來(lái)可能會(huì)看到RISC-V擁有比ARM更為活躍的生態(tài)。

從市場(chǎng)潛力看，在新興的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，RISC-V和ARM處于同一起跑線上。由于物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)對(duì)于成本較敏感，RISC-V免費(fèi)授權(quán)的特點(diǎn)對(duì)于芯片廠商也很重要，在RISC-V基金會(huì)名單中可以看到高通、聯(lián)發(fā)科這樣重點(diǎn)布局物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)。

RISC-V憑著指令集開(kāi)源、免費(fèi)、靈活等特性，很有可能能夠擊敗ARM，或者至少能夠占據(jù)可觀的市場(chǎng)份額，但未來(lái)RISC-V能否成為一個(gè)時(shí)代標(biāo)志性的指令集還未可知。

回顧已經(jīng)取得巨大成功的x86和ARM，這背后分別是英特爾和微軟，ARM和谷歌的深度合作甚至是捆綁，打造標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)，借助PC和智能手機(jī)單體幾十億出貨量的市場(chǎng)，成為兩個(gè)時(shí)代最成功的處理器指令集架構(gòu)。

想要獲得x86和ARM那樣的成功，RISC-V需要與像華為或者蘋(píng)果這樣體量的公司進(jìn)行組合，以及有一個(gè)像手機(jī)和PC一樣出貨量很大的產(chǎn)品品類(lèi)機(jī)型捆綁，才可以把RISC-V CPU做的很大。

對(duì)于中國(guó)而言，RISC-V的確是一個(gè)難得的機(jī)會(huì)，能夠開(kāi)發(fā)出自己的CPU或者M(jìn)PU（微處理器），不過(guò)隨著MIPS、PowerPC 等指令集架構(gòu)的陸續(xù)開(kāi)源，中國(guó)芯似乎也擁有了更多的選擇。

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