前言

指令集架構(gòu)(Instruction Set Architecture，縮寫為ISA），是一組指令的集合，指令是指處理器進(jìn)行操作的最小單元（譬如加減乘除操作或者讀／寫存儲(chǔ)器數(shù)據(jù)）。指令集架構(gòu)，有時(shí)簡(jiǎn)稱為“架構(gòu)”或者稱為“處理器架構(gòu)”有了指令集架構(gòu)，便可以使用不同的處理器硬件實(shí)現(xiàn)方案來設(shè)計(jì)不同性能的處理器。處理器的具體硬件實(shí)現(xiàn)方案稱為微架構(gòu)（Micro architecture）。雖然不同的微架構(gòu)實(shí)現(xiàn)可能造成性能與成本的差異，但是，軟件無須做任何修改便可以完全運(yùn)行在任何一款遵循同一指令集架構(gòu)實(shí)現(xiàn)的處理器上。因此，指令集架構(gòu)可以理解為一個(gè)抽象層。該抽象層構(gòu)成處理器底層硬件與運(yùn)行于其上的軟件之間的橋梁與接口，也是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)處理器中重要的一個(gè)抽象層。

01主流芯片架構(gòu)

目前市場(chǎng)上主流的芯片架構(gòu)有 X86、ARM、RISC-V和MIPS四種，每一種架構(gòu)都有自己的優(yōu)勢(shì)和主要應(yīng)用場(chǎng)景。

X86是微處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語言指令集，指一個(gè)Intel通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫，也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)指令集合。1978年6月8日，Intel 發(fā)布了新款16位微處理器 8086，也同時(shí)開創(chuàng)了一個(gè)新時(shí)代：X86架構(gòu)誕生了。X86指令集是美國Intel公司為其第一塊16位CPU（i8086）專門開發(fā)的，美國IBM公司1981年推出的世界第一臺(tái)PC機(jī)中的CPU–i8088（i8086簡(jiǎn)化版）使用的也是X86指令。

ARM架構(gòu)是一個(gè)32位精簡(jiǎn)指令集處理器架構(gòu)，其廣泛地使用在許多嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)。由于節(jié)能的特點(diǎn)，ARM處理器可以在很多消費(fèi)性電子產(chǎn)品上看到，從可攜式裝置到電腦外設(shè)甚至在導(dǎo)彈的彈載計(jì)算機(jī)等軍用設(shè)施中都有它的存在。

RISC-V 架構(gòu)是基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算（RISC）原理建立的開放指令集架構(gòu)（ISA），RISC-V是在指令集不斷發(fā)展和成熟的基礎(chǔ)上建立的全新指令。RISC-V 指令集完全開源，可以自由地用于任何目的，允許任何容人設(shè)計(jì)、制造和銷售RISC-V芯片和軟件，并不需要ARM、MIPS那樣需要經(jīng)過授權(quán)，受到各種使用的限制。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于移植Unix系統(tǒng)，模塊化設(shè)計(jì)，完整工具鏈，同時(shí)有大量的開源實(shí)現(xiàn)和流片案例，得到很多芯片公司的認(rèn)可。

RISC-V 架構(gòu)的起步相對(duì)較晚，但發(fā)展很快。它可以根據(jù)具體場(chǎng)景選擇適合指令集的指令集架構(gòu)。基于RISC-V 指令集架構(gòu)可以設(shè)計(jì)服務(wù)器CPU，家用電器CPU，工控CPU和用在比指頭小的傳感器中的CPU。

02AIOT時(shí)代的RISC-V

在物聯(lián)網(wǎng)概念被頻繁提及的今天，大家仍然對(duì)智能物聯(lián)網(wǎng)的認(rèn)知很低，容易理解為它是一種算力比較低的設(shè)備?；ヂ?lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了信息的交互和互通，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了人與人之間的信息交互與互通，智能物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的是物和物之間的信息化互聯(lián)。車作為物的一種，車聯(lián)網(wǎng)和智能機(jī)器人網(wǎng)也隸屬于智能物聯(lián)網(wǎng)的范疇。

互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代是 x86 架構(gòu)，它是一個(gè)封閉的指令架構(gòu)，同時(shí)搭載在硬件之上的 Windows 是一個(gè)封閉的操作系統(tǒng)。到了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，ARM 就演變成了半開放的指令架構(gòu)，而它的主流操作系統(tǒng) Android 就是純開放的操作系統(tǒng)。如今的智能物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，需要一種更為開放的指令架構(gòu)以及操作系統(tǒng)。

AIoT 時(shí)代應(yīng)用的多樣化與 RISC-V 的優(yōu)點(diǎn)是高度吻合的。RISC-V 的開放性、設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)潔性以及功耗的優(yōu)勢(shì)，都非常符合 AIoT 時(shí)代的場(chǎng)景。得益于可定制、可擴(kuò)展的特質(zhì)，RISC-V 架構(gòu)更容易面向 AIoT 細(xì)分領(lǐng)域應(yīng)用去設(shè)計(jì)出具有針對(duì)性和競(jìng)爭(zhēng)力的核，從而更適配特定場(chǎng)景的應(yīng)用需求。這正是它跟 ARM 完全不一樣的地方。ARM 提供的是標(biāo)準(zhǔn)處理器，為了最大化商業(yè)價(jià)值，其在設(shè)計(jì)處理器核時(shí)主要面向各種通用領(lǐng)域，不限定具體的場(chǎng)景，而 RISC-V 的可定制化恰恰是它面向 AIoT 時(shí)代重要的優(yōu)勢(shì)。

03RISC-V在汽車中的應(yīng)用

汽車芯片的控制類芯片主要包括MCU和AI芯片，AI芯片通常要求較高的處理性能，邊緣應(yīng)用則需要低功耗、小尺寸的MCU，而RISC-V剛好是一種適合通用MCU和特定領(lǐng)域?qū)Ｓ眉铀倨鞯腎SA。

MCU作為嵌入式系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)控制器的核心，提供應(yīng)用控制層，執(zhí)行總線通信協(xié)議，并提供用戶接口。然而，MCU 芯片的發(fā)展需要 IP 授權(quán)，中國在獨(dú)立可控的MCU開發(fā)之路上嘗試多年，但在架構(gòu)方面仍然受制于人，要知道ARM授權(quán)費(fèi)用高昂，Arm的License Fee能占到芯片售價(jià)的2%-15%，按照50%毛利率來算，能占芯片成本的4%-30%。RISC-V的出現(xiàn)燃起了國產(chǎn)MCU的新希望。

采用RISC-V指令集設(shè)計(jì)的MCU可讓芯片廠商/開發(fā)者快速完成低門檻、低成本的芯片設(shè)計(jì)，并可針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行定制化指令設(shè)計(jì)，具有很強(qiáng)的靈活性，另外RISC-V也被認(rèn)為是長產(chǎn)品壽命的良好平臺(tái)，可以說RISC-V與MCU是完美結(jié)合。

在智能汽車領(lǐng)域， AI 芯片的應(yīng)用發(fā)展已有些時(shí)日?！八懔υ礁?，車越智能”已成為眾多車企都在喊的口號(hào)。

汽車在人機(jī)交互、視覺處理、智能決策等眾多情境下，需要處理大量圖片、視頻等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，對(duì)車載算力提出了更高的要求，這時(shí)或許會(huì)有人拿RISC-V與X86作比較，RISC-V確實(shí)精簡(jiǎn)，不過也可能有人提出疑問：它沒有X86穩(wěn)定的高性能計(jì)算能力，面對(duì)智能汽車的需求，如何獨(dú)當(dāng)一面？

以自動(dòng)駕駛為例：如今的自動(dòng)駕駛還主要集中在L2級(jí)別，各家企業(yè)和新車拼算力，拼的不是當(dāng)前的“自動(dòng)駕駛輔助”水平，而是未來幾年的“自動(dòng)駕駛輔助”水平。使用高算力的芯片，相當(dāng)于在車?yán)镱A(yù)埋了一種能力，以后可以不斷的解鎖這種能力。一個(gè)高性能的芯片，不是現(xiàn)在的剛需，它是未來的一種剛需。要知道，向高性能發(fā)展也是RISC-V發(fā)展的必然趨勢(shì)，巧就巧在，RISC-V與智能汽車同屬新賽道，AI芯片與智能汽車也在互相推動(dòng)。

今年年初，英特爾在CES 2022上推出了專為自動(dòng)駕駛打造的Eye Q Ultra系統(tǒng)集成芯片，但要注意的是，Mobileye EyeQ Ultra 不包含任何x86內(nèi)核，而是具有12個(gè)RISC-V 內(nèi)核、Arm GPU和DSP。

04DDR市場(chǎng)格局與國產(chǎn)進(jìn)展

目前為止，RISC-V 架構(gòu)的軟件生態(tài)還不成熟，如何展望它的未來發(fā)展？

首先，我們要對(duì) RISC-V 的發(fā)展有包容心和戰(zhàn)略耐心。x86 架構(gòu)和 ARM 架構(gòu)軟件生態(tài)的完善度也不是一次生成的。x86 架構(gòu)是上世紀(jì) 70 年代末 80 年代初開始發(fā)展的，到現(xiàn)在已經(jīng)有 40 多年的歷史。ARM 架構(gòu)是上世紀(jì)的 80 年代末 90 年代初開始發(fā)展的，到現(xiàn)在也有 30 多年的歷史。打個(gè)比喻，如果說 x86 和 ARM 宛如一個(gè)成熟的中年人以及青年人，那么 RISC-V 架構(gòu)還是個(gè)小朋友，從它以基金會(huì)的形式運(yùn)營到現(xiàn)在只有 7 年的時(shí)間，但是它成長的加速度遠(yuǎn)超 x86 和 ARM。

現(xiàn)在，RISC-V 除了不支持 Windows、安卓、 iOS 外， Linux 的軟件組件基本上是完善的。因此，對(duì)于 RISC-V 的長期發(fā)展，我們也應(yīng)該抱有樂觀主義。拿ARM來說，它在上世紀(jì) 80 年代末推出時(shí)也只是一個(gè)三級(jí)流水線的 DPU，其能力是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如當(dāng)時(shí)的 x86。但這并不乏妨礙 ARM 一點(diǎn)一點(diǎn)地發(fā)展起來。而 RISC-V 在經(jīng)營模式上比 ARM 架構(gòu)更先進(jìn)、更開放，所以它在加速度上已經(jīng)體現(xiàn)出了優(yōu)勢(shì)。

德勤曾經(jīng)預(yù)測(cè)，目前RISC-V架構(gòu)在近10年內(nèi)還難以撼動(dòng)ARM和x86架構(gòu)的地位，但是預(yù)計(jì)到2025年，基于RISC-V技術(shù)的芯片銷量在汽車領(lǐng)域的可服務(wù)市場(chǎng)（SAM）有望達(dá)到29億個(gè)。

總 結(jié)

ARM架構(gòu)和X86架構(gòu)分別在移動(dòng)終端、PC和服務(wù)器市場(chǎng)壟斷多年，在這些領(lǐng)域RISC-V滲透進(jìn)去還需時(shí)日。但是在AIoT、新能源汽車、異構(gòu)計(jì)算等新興領(lǐng)域，RISC-V和其他架構(gòu)站在同一起跑線，反而具備一些巨頭們不具備的新起跑優(yōu)勢(shì)。

審核編輯：湯梓紅