十年苦心經(jīng)營，RISC-V正在迎來屬于自己的光榮時代，AIoT、人工智能以及芯片國產(chǎn)化的趨勢下，我們正在見證一顆種子長成參天大樹，而中國則是最重要的一片土壤。

本文內(nèi)容來自Scale Partners與光錐智能聯(lián)合發(fā)布的《RISC-V主題相關(guān)行業(yè)研究》報告，旨在通過梳理全球芯片指令集發(fā)展脈絡探討RISC-V崛起原因，并借此觀察中國半導體行業(yè)近三年行業(yè)格局變化，推斷行業(yè)窗口期內(nèi)潛在機遇和風險，并希望為相關(guān)從業(yè)者及投資者提供幫助。

作為上世紀80年代美國發(fā)起星球大戰(zhàn)計劃的“副產(chǎn)品”，個人計算機在如今成為我們每天都離不開的東西，隨之受益的IBM、英特爾、微軟等科技巨頭，聯(lián)合開啟了屬于X86架構(gòu)的光輝時代，而如今，近半個世紀過去，盡管我們依然在使用X86架構(gòu)，但處理器停滯不前、芯片架構(gòu)臃腫和效率低下等種種問題，似乎正在逐漸顯現(xiàn)。

這種情況何時會改變？

蘋果在去年推出了基于ARM架構(gòu)的M1芯片，并以此為基礎帶來了全新的MacBook、Mac mini系列，再一次成為行業(yè)焦點。

而事實上，不論是X86架構(gòu)亦或是ARM架構(gòu)，二者作為如今市場霸主卻并不能安心，只因為在互相爭斗的這十年間，RISC-V這顆小小的種子發(fā)了芽，并且很可能在未來長成參天大樹，這個靜悄悄的對手，很可能在下個十年里成為行業(yè)大變革的關(guān)鍵。

加入戰(zhàn)場的角斗士

指令集作為指揮計算機工作、提供命令的指揮官，是芯片產(chǎn)業(yè)中不可或缺的基礎部分。其標準被分為復雜指令集（CISC）和精簡指令集（RISC）兩大類，分別誕生于60和70年代，發(fā)展至今，ARM占據(jù)RISC的90%市場份額，X86占據(jù)CISC的90%市場份額。

相對于這兩者，RISC-V 誕生于2010年，歷史很短。

2010年，一支來自加州大學伯克利分校的研究團隊遇到了一個問題，當時他們需要設計一款中央處理器，但在對比了市面上的ARM、MIPS、SPARC和X86指令集架構(gòu)之后，他們發(fā)現(xiàn)這些指令集不僅會涉及到專利問題，而且收費昂貴，要解決這一問題，要想出其他方法。

但當時X86基本難以獲得授權(quán)，ARM授權(quán)價格不菲，思來想去，這支團隊最終決定設計一套全新的指令集。

于是，這個小組僅用三個月時間就完成了一個全新指令集的開發(fā)，這就是之后大名鼎鼎的RISC-V。RISC是精簡指令集計算機（Reduced Instruction Set Computer）的簡稱，最初由加州大學伯克利分校教授David Patterson提出，而RISC-V是第五代精簡指令集計算機的縮寫。

從2010年誕生開始，RISC-V這個角斗士就表現(xiàn)出了和市面上其他玩家完全不同的獨特氣質(zhì)。作為開源項目，RISC-V遵從BSD協(xié)議，可以為任何組織機構(gòu)和商業(yè)組織使用，這意味著基于RISC-V指令集架構(gòu)開發(fā)的內(nèi)核、相關(guān)芯片以及開發(fā)工具既可以免費開源 ，也可以專有收費，這在當時可不多見。

開源僅僅只是RISC-V的武器之一，角斗士參與決斗，不僅要有堅實的盾還要有鋒利的矛，RISC-V一出世就有了三個吸引大眾眼球的重磅武器：開源免費、設計成本低、功耗低體積小。

首先，是開源免費。

RISC-V之所以能掀起精簡指令集的變革，其獨特架構(gòu)是重要原因，隨著半導體領(lǐng)域標準越來越下沉、開放性越來越高，從X86到ARM再到RISC-V這個過程的演進是從板卡、SOC到指令集，持續(xù)下沉、且持續(xù)開放，同時，這場變革開啟之后，RISC-V在半導體產(chǎn)業(yè)鏈的位置愈發(fā)重要起來。

RISC-V最大的特點是開放，它的開放性允許它自由地被用于任何目的，允許任何人設計、制造和銷售基于RISC-V的芯片或軟件，這在處理器領(lǐng)域具有深刻意義，因此得到了學術(shù)界以及更多公司的關(guān)注和參與。實際上，在RISC-V之前也曾出現(xiàn)過開源指令集，但沒有一個能夠進入主流圈，RISC-V之所以成為具有潛力的角斗士挑戰(zhàn)其他巨頭，在于它聚集了全球數(shù)量眾多的科技巨頭。

2015年，非盈利性組織RISC-V基金會成立，截至目前已經(jīng)有超過50個國家的300多家企業(yè)和機構(gòu)加入。從谷歌到特斯拉，從英偉達到阿里巴巴，在聚集了數(shù)量眾多的科技巨頭之后，越來越多同行開始采用RISC-V架構(gòu)。2020年11月9日舉辦的慕尼黑電子展會上，MIPS技術(shù)持有者Wave Computing明確表示，將在MIPS核心中增加RISC-V支持。作為老對手和同行，MIPS在2019年芯片出貨量達到了10億，這一切都預示著RISC-V在未來競爭中將會有一席之地，而這一次，中國的腳步尤其迅速。

其次，是設計成本低。

其一，架構(gòu)簡單。RISC-V發(fā)布時僅有47條基礎指令，追求簡潔至上的設計原則。為了保持向后的兼容性，當時的兩大巨頭ARM和X86都保留了許多過時的定義，而RISC-V可以說是站在巨人的肩膀上，借助已經(jīng)成熟的技術(shù)優(yōu)勢輕裝上陣。

其二，易于移植。RISC-V提供了特權(quán)指令和用戶指令，可以非常方便的將Linux和Unix移植到RISC-V平臺，如今還包含了ARM Mbed OS、FreeRTOS等平臺，便于開發(fā)者建立自己需要的生態(tài)。

其三，模塊化設計。RISC-V不僅短小精悍，而且擁有模塊化的設計，依托于簡單實用的基礎架構(gòu)，開發(fā)者可以根據(jù)需要靈活地選擇不同組合實現(xiàn)定制化需求，添加自己所需要的特定功能，大大拓展其深度。

其四，完整的工具鏈。RISC-V誕生于伯克利大學，很快便成為眾多大學共同推進的開源項目，并以此組建起學術(shù)界具有高度影響力的社區(qū)，社區(qū)中不但擁有完整的工具鏈，并且通過RISC-V基金會持續(xù)維護，減輕開發(fā)者負擔。

第三，則是功耗低 、體積小，這極大契合了當前物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下芯片的需求特點，成為RISC-V興起的最大推動力之一 。

RISV-V在中國

芯片危機或許是中國近三十年遭遇的最大科技問題之一，這場危機背后，暴露出半導體領(lǐng)域存在的四個方面被卡脖子的事實。

這是四道難以逾越的關(guān)卡：光刻機、電子設計自動化軟件、晶元、指令集。每一方面都是過去沒能實現(xiàn)突破并依賴于外部資源的領(lǐng)域，而RISC-V的出現(xiàn)，則為解決指令集問題提供了千載難逢的機遇。

首先，依托于開源開放的優(yōu)勢，中國企業(yè)正在借助RISC-V推進芯片國產(chǎn)化進程，并且，RISC-V更加明確的中立性也為之后的發(fā)展奠定了良好的基礎。中立性曾是奠定ARM成為智能手機時代霸主的重要原則，但去年9月，由于英偉達發(fā)布聲明將斥資400億美元收購ARM，盡管目前收購案尚未最終確定，但以ARM為架構(gòu)進行開發(fā)一旦受到地緣政治影響則會對企業(yè)和國家造成非常多后續(xù)影響。

而為保證技術(shù)中立性，RISC-V早在去年三月就正式宣布RISC-V基金會已完成瑞士注冊，其法律實體過渡至瑞士，并將從美國遷出。官方表示這是為了防止任何國家、公司或個人對RISC-V進行任何限制或禁運，這也將成為RISC-V的另一個競爭優(yōu)勢。如此一來，RISC-V的中立性為中國企業(yè)推進RISC-V相關(guān)領(lǐng)域研究吃下了一顆定心丸。

RISC-V誕生在一個特殊的時間節(jié)點，2010年全球智能手機行業(yè)爆發(fā)式增長，AIoT領(lǐng)域也開始蓬勃興起。對于國內(nèi)科技企業(yè)來說，尋找更具靈活性、拓展性、可定制性的芯片架構(gòu)也開始成為重點。

2018年10月，中國RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CRVIC）在上海成立，同年11月，中國開放指令生態(tài)聯(lián)盟（CRVA）宣布成立。隨后的一年，華米黃山一號、阿里巴巴玄鐵910等基于RISC-V開發(fā)的處理器相繼發(fā)布，中國科技公司在對RISC-V的開發(fā)中漸漸找到各自的方式。

近幾年，受到國際局勢影響，中國半導體國產(chǎn)化進程開始加速，從產(chǎn)業(yè)鏈上下游的情況來看，中國廠商在芯片知識產(chǎn)權(quán)開發(fā)，芯片設計、終端品牌和平臺環(huán)節(jié)均已有所布局。天眼查數(shù)據(jù)顯示，截止去年年底，國內(nèi)共有2.1萬家企業(yè)擴充了半導體業(yè)務，國內(nèi)科創(chuàng)板前五大行業(yè)中半導體位列第三，企業(yè)數(shù)達22家，占科創(chuàng)板企業(yè)總數(shù)的10%。

Scale Partners合伙人劉英航透露，目前國內(nèi)“不了解或未布局RISC-V的大廠幾乎沒有，而即便沒有量產(chǎn)產(chǎn)品，通常也加入了產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟”，這無疑對芯片國產(chǎn)化進程起到了加速作用。

作為原本曾經(jīng)復雜而昂貴的產(chǎn)業(yè)，芯片制造在很多年間都不是熱門賽道。但是，如今RISC-V的發(fā)展，正在為更多公司和機構(gòu)提供標準工具。

正因如此，2019年，中國才有了阿里平頭哥、芯來、紫光展銳等公司和產(chǎn)品異軍突起，歐洲公司也在虎視眈眈，其他國家如印度等也加大了在RISC-V上的投入。

站在巨人肩膀看未來

從架構(gòu)上來看，ARM與RISC-V終有一戰(zhàn)，它們起源于同宗，應用領(lǐng)域也大體相同，但幸運的是物聯(lián)網(wǎng)時代到來讓它有了發(fā)展的潛力。ARM與RISC-V已經(jīng)在布局物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進行了競爭，但從目前市場情況來看，由于目前物聯(lián)網(wǎng)的應用場景碎片化，距離這個市場的全面爆發(fā)還有一段時間。

但是站在巨人的肩膀上，RISC-V騰飛的速度比ARM更加快速。從ARM和RISC-V進軍個人電腦市場的時間點上看，ARM在2000年左右開始騰飛，到2011年進軍個人電腦市場大概用了十年時間，而RISC-V從2010年誕生到現(xiàn)在剛剛度過了第一個十年。

目前，RISC-V的商業(yè)模式已經(jīng)初步形成，形成三種知識產(chǎn)權(quán)模式，分別是開放免費、需要授權(quán)以及封閉的設計。

目前看來，雖然RISC-V生態(tài)尚不如ARM強大，但它卻十分具有競爭力，不僅在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域RISC-V逼得ARM改變了授權(quán)模式，也正在改變計算機教育領(lǐng)域。

RISC-V基金會CEO曾強調(diào)過，“RISC-V是免費且開放的，因此沒有任何一個實體可以控制RISC-V技術(shù)，公司、學術(shù)界和機構(gòu)都可以自由地在RISC-V指令集架構(gòu)上進行創(chuàng)新。共同推動迅速發(fā)展的計算前沿?！斑@讓不少高校開始采用RISC-V作為其課堂教材。

因為沒有版權(quán)使用費，美國眾多高校的微機原理教科書和許多研究生階段課程都開始使用RISC-V，并從底層開始向?qū)W生們解釋計算機硬件的工作原理。過去，教師們上這樣的課都是用憑空造出的架構(gòu)規(guī)避授權(quán)問題，但造成的結(jié)果是當學生們真正接觸到計算機硬件會發(fā)現(xiàn)真實情況并不一致，因此在教育領(lǐng)域流行起來的RISC-V正悄悄改變著學生的習慣，長期下來，當他們在開始工作之后，很可能會繼續(xù)使用RISC-V架構(gòu)。

這是一個微小但潛移默化的信號。

AIoT：RISC-V的商業(yè)化應用土壤

另一方面，物聯(lián)網(wǎng)的崛起也為RISC-V在內(nèi)的上游產(chǎn)業(yè)鏈提供了新的土壤。2019年全球物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)達到120億，預計到2025年全球物聯(lián)網(wǎng)總連接數(shù)將達到246億，Semico預測，到2025 年，采用RISC-V架構(gòu)的芯片數(shù)量將增至624億顆，并進入包括計算機，消費者，通訊，運輸和工業(yè)市場在內(nèi)的細分市場。

同時，采用RISC-V架構(gòu)的芯片預計到2025年芯片數(shù)量將增至624億顆，預計2018年至2025年復合增長率高達146%。

相比之下，ARM芯片最近三年每年出貨量在200億顆以上，但增長速度放緩，RISC-V芯片在單價上預計會低于ARM及X86芯片，而數(shù)量則會遠超ARM芯片。

此前，在接受雷鋒網(wǎng)采訪時，GreenWaves Technologies CEO Loic Lietar曾表示，基于RISC-V開發(fā)的處理器相比手機、PC上的高性能處理器，其應用于傳感設備的微控制器對生態(tài)的依賴性沒有那么高，這也是在AIoT領(lǐng)域RISC-V快速打開局面的原因之一。

RISC-V的指令集如此小巧精悍，以至于能夠有機會擊敗包括ARM在內(nèi)的所有競爭對手。英偉達在研究中也發(fā)現(xiàn)，選擇RISC-V可以制造出比其他任何產(chǎn)品都小的芯片，還能將功耗降至最低。而功耗，正是在物聯(lián)網(wǎng)場景中對芯片非常重要的衡量指標之一。

因此，未來我們很可能見到更多使用RISC-V的定制硬件，它們可能在你的硬盤里、顯卡里和汽車里，甚至在某一天成為家用電腦的主架構(gòu)。中國工程院院士倪光南此前預測，未來 RISC-V 很可能發(fā)展成為世界主流CPU之一，從而形成CPU領(lǐng)域X86、ARM、RISC-V三分天下的格局。

另外，由于應用于AIoT產(chǎn)品上的處理器并不會像手機或電腦一樣需要安裝和卸載各種應用程序，因此在兼容性上不會有太大問題。Loic Lietar還提到，RISC-V已經(jīng)能夠移植到ARM Mbed OS、FreeRTOS，因此可以適應終端在不同生態(tài)圈的發(fā)展需求。

彎道超車，醞釀變革

顯然，如今的RISC-V之于半導體，就像Linux之于個人電腦操作系統(tǒng)，安卓之于手機操作系統(tǒng)一樣，其獨特的開源特性受到全球開發(fā)者們青睞。

而當越來越多企業(yè)開始進入這一市場，芯片制造商、工具供應商、大學和代工廠也開始進行支持——這是一個良好的信號，發(fā)令槍響之后，只有更多玩家跑起來，這場比賽才會有新紀錄誕生。

再來看看當年的安卓系統(tǒng)為何成功吧，在開源之后，智能手機開始興起與普及。下游終端為上游產(chǎn)業(yè)鏈打開了增長空間，在谷歌的推動下，安卓系統(tǒng)在發(fā)展初期得到了摩托羅拉、三星、HTC、索尼愛立信等眾多手機品牌廠商的支持，隨后不到十年，安卓的接力棒又交到了華為、小米、OPPO、vivo的手上。

開源的價值在于，無論終端廠商更替如何，其內(nèi)在將延續(xù)下來，并不斷進化，而這些特點，RISC-V同樣具備。

RISC-V很可能是處理器端最后的趨勢變革，是中國半導體國產(chǎn)化超車的最重要的機會。

不論是國內(nèi)生態(tài)聯(lián)盟建立，還是阿里、紫光展銳等企業(yè)的加速深入，都表明RISC-V在國內(nèi)遇到了最適合其發(fā)展的時代，背后則是舉國之力在推動其前進。

同時，我們也認為RISC-V是物聯(lián)網(wǎng)最好的選擇，通過從物聯(lián)網(wǎng)切入再往上走向手機與PC，這條路大有可為。

但是，盡管有經(jīng)濟、科技、國家推動帶來的諸多信心，當下我們依然要意識到RISC-V的生態(tài)是一個長期構(gòu)建的過程，需要Foundry（在集成電路領(lǐng)域是指專門負責生產(chǎn)、制造芯片的廠家）的培養(yǎng)、系統(tǒng)的支持，以及細分賽道的量產(chǎn)多輪推動，這既是挑戰(zhàn)，也可以成為機會。

現(xiàn)在讓我們再回頭看，一個用十年時間默默發(fā)育的種子，現(xiàn)如今正在攪動半導體領(lǐng)域的一池春水，更大波瀾也許很快就會出現(xiàn)。
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