近日，2022年圖靈獎(jiǎng)?lì)C給了“以太網(wǎng)之父”、3Com公司創(chuàng)始人羅伯特·梅特卡夫。他研發(fā)的以太網(wǎng)設(shè)備及其協(xié)議，允許設(shè)備連接到局域網(wǎng)并共享打印機(jī)和文件等資源，極大降低了網(wǎng)絡(luò)連接成本。

在中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟秘書長、中科院計(jì)算技術(shù)研究所研究員包云崗看來，以太網(wǎng)成功的最大啟示是做開放標(biāo)準(zhǔn)，它為下一步創(chuàng)新提供平臺(tái)、拓展市場、繁榮生態(tài)，其背后的開源文化實(shí)則是一種生產(chǎn)方式的革新。

在日前舉行的開源硬件與新一代工業(yè)革命論壇上，專家表示，開源作為一種創(chuàng)新協(xié)作模式不僅引發(fā)了軟件產(chǎn)業(yè)變革，未來還將引發(fā)硬件、數(shù)據(jù)、算法、內(nèi)容等產(chǎn)業(yè)變革，將重構(gòu)產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈、價(jià)值鏈，基于開源的新工業(yè)革命正在到來。

發(fā)展迅猛的RISC-V

1978 年，英特爾率先推出復(fù)雜指令集架構(gòu)X86。不僅產(chǎn)品性能極強(qiáng)，在經(jīng)過一系列商業(yè)化運(yùn)作后，比如Wintel聯(lián)盟的成立，X86幾乎壟斷了PC芯片市場，開創(chuàng)了屬于X86架構(gòu)的時(shí)代。1985年，Arm的前身Acorn公司成功研發(fā)了第一款面向低功耗、低成本場景的處理器芯片ARM1，到1990年Arm開始采用芯片IP授權(quán)的方式經(jīng)營業(yè)務(wù)，適逢此后抓住移動(dòng)電話的機(jī)遇，尤其在獲得蘋果iPhone、谷歌安卓的采用后，后來全球95%的手機(jī)芯片都基于ARM框架開發(fā)。

對(duì)比之下，X86指令集架構(gòu)有40多年歷史，ARM架構(gòu)有30多年歷史，而時(shí)下正在興起的RISC-V架構(gòu)其實(shí)只有大約10年歷史。雖然RISC-V很年輕，但已經(jīng)有太多跡象表明，它的發(fā)展正在按下快進(jìn)鍵。RISC-V是一個(gè)基于精簡指令集(RISC)原則的開源、免費(fèi)指令集架構(gòu)，它的一大特點(diǎn)在于開源：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)、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。

另一方面，不同于主流的x86與ARM架構(gòu)指令數(shù)目多、冗余嚴(yán)重，文檔數(shù)量龐大，導(dǎo)致在此兩種架構(gòu)上開發(fā)新操作系統(tǒng)或應(yīng)用門檻較高，RISC-V基礎(chǔ)指令集只有40余條，加上其他的模塊化擴(kuò)展指令總共不到100條，開發(fā)門檻非常低，同時(shí)，RISC-V具有功耗更低、操作系統(tǒng)易移植、模塊化設(shè)計(jì)等優(yōu)點(diǎn)。

得益于這些優(yōu)點(diǎn)，RISC-V芯片發(fā)展得非常迅猛，目前累計(jì)出貨量已經(jīng)突破100 億顆。作為比較，出貨 100 億顆處理器所花的時(shí)間，英特爾的X86 架構(gòu)花了幾十年，ARM 花了 17 年，而 RISC-V 只用了大約 10 年的時(shí)間。有數(shù)據(jù)預(yù)測，到 2025 年，采用 RISC-V 架構(gòu)的處理器將突破 800 億顆。


抓住第三次芯片浪潮機(jī)遇

目前，RISC-V芯片開始出現(xiàn)在耳機(jī)、硬盤和AI處理器中，已經(jīng)售出了100億個(gè)內(nèi)核。在上月在滬舉行的首屆玄鐵RISC-V生態(tài)大會(huì)上，“RISC-V之父”、圖靈獎(jiǎng)得主大衛(wèi)·帕特森表示，在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，預(yù)計(jì)到2025年有28%的市場會(huì)被RISC-V所占有；在RISC-V最有機(jī)會(huì)發(fā)力的人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，其復(fù)合增長率將超過70%；預(yù)計(jì)2027年左右，將會(huì)有250億設(shè)備融入RISC-V生態(tài)中。

“這一輪開源芯片浪潮，我們沒有掉隊(duì)。”包云崗說。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2022年全球采用RISC-V架構(gòu)的100億顆處理器中，一半來自中國，這標(biāo)志著國內(nèi)的RISC-V生態(tài)已初步形成。中國工程院院士倪光南也指出，RISC-V的出現(xiàn)為推動(dòng)中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新的機(jī)遇。

從全球范圍看，RISC-V國際基金會(huì)也在不斷壯大，過去幾年的會(huì)員增長率均超過100%，吸引了全球70多個(gè)國家的3100多名會(huì)員加入。從基金會(huì)中的實(shí)力占比看，中美處于第一梯隊(duì)。在全球24個(gè)高級(jí)會(huì)員中有13個(gè)來自中國，22個(gè)理事會(huì)成員中有9個(gè)來自中國。

“過去我國發(fā)展處理器芯片有兩種模式，即高鐵模式和北斗模式。前者是在現(xiàn)有生態(tài)下引進(jìn)、消化、吸收、再創(chuàng)新，后者是完全自主構(gòu)建技術(shù)體系。有了RISC-V后，我們可以走第三種模式——5G模式?！卑茘徴J(rèn)為，國內(nèi)企業(yè)應(yīng)加速參與到開放標(biāo)準(zhǔn)的制定中，同時(shí)自主研發(fā)一批關(guān)鍵核心技術(shù)，面向國際市場，兼容國際生態(tài)，抓住第三次芯片浪潮的時(shí)代機(jī)遇。

RISC-V架構(gòu)被廣泛采用

近期對(duì)于arm公司來說過得也不是很順利，兩月前剛剛傳出重大消息，arm全球裁員18%，其中英國總部所在地更是裁員20%，arm還沒能緩過氣來，美國芯片企業(yè)高通的高管Manju Varma突然表示他們?cè)缫蜒邪l(fā)RISC-V架構(gòu)，并已出貨6.5億顆RISC-V芯片。顯然一場RISC-V和arm的未來市場爭奪之戰(zhàn)已經(jīng)悄然展開。

RISC-V架構(gòu)作為一種新興的架構(gòu)技術(shù)，正在悄悄地被越來越多的國內(nèi)外廠商采用。對(duì)于這樣一種誕生于2010年的開源指令集，到底有何優(yōu)勢，能讓各大半導(dǎo)體巨頭企業(yè)紛紛布局呢？

首先，RISC-V是完全開源的指令集，對(duì)于指令集使用，RISC-V基金會(huì)不收取高額的授權(quán)費(fèi)。開源采用寬松的BSD協(xié)議，企業(yè)完全自由免費(fèi)使用，同時(shí)也容許企業(yè)添加自有指令集拓展而不必開放共享以實(shí)現(xiàn)差異化發(fā)展；

其次，RISC-V架構(gòu)秉承了簡單的設(shè)計(jì)哲學(xué)，其基礎(chǔ)指令集則只有40多條，加上其他的模塊化擴(kuò)展指令總共幾十條指令。RISC-V的規(guī)范文檔僅有145頁，而“特權(quán)架構(gòu)文檔”的篇幅也僅為91頁。并且有著優(yōu)秀的兼容性，開發(fā)者能非常方便的移植Linux和Unix系統(tǒng)到RISC-V平臺(tái)。

而反觀arm這邊，不論是高通還是蘋果，都同樣嫌棄arm的高昂授權(quán)費(fèi)。蘋果這邊還好說，有著強(qiáng)大的獨(dú)立定制能力，使用arm架構(gòu)的A系列和M系列處理器有口皆碑。但是高通這邊就是苦arm久已了，arm的公版核心功耗實(shí)在太高了，近兩代arm的超大核心X1、X2核心都出現(xiàn)功耗過高的問題，加上三星代工技術(shù)的不成熟，直接導(dǎo)致高通的驍龍888、驍龍8 Gen 1發(fā)熱嚴(yán)重，讓高通在消費(fèi)者心中的口碑是一降再降，為此高通就開始試圖擺脫arm。

為此，高通早就收購了一家初創(chuàng)芯片企業(yè)Nuvia，Nuvia并未采用arm的公版核心而是獲取arm的授權(quán)自研核心架構(gòu)，如此可以降低授權(quán)費(fèi)，還可以研發(fā)性能強(qiáng)大的芯片。顯然，arm不可能就此坐以待斃，不僅直接起訴了高通，甚至在10月還放出消息，將禁止公版 CPU 使用外部 GPU、NPU 或 ISP，也就是說，在未來只要使用了arm指令集的設(shè)計(jì)，就必須搭配ARM自己的產(chǎn)品（ARM GPU/NPU/ISP），這就意味著，未來手機(jī)端的SoC設(shè)計(jì)個(gè)性化定制程度將極大受到限制，單個(gè)計(jì)算單元的優(yōu)化會(huì)極大地依賴arm的設(shè)計(jì)，這在很大程度上已經(jīng)向著x86架構(gòu)生態(tài)發(fā)展，但是很明顯，第一，市場肯定會(huì)極力阻止出現(xiàn)第二個(gè)Wintel聯(lián)盟；第二，arm目前也沒有英特爾和微軟的統(tǒng)治能力。亦敵亦友的高通和arm已經(jīng)對(duì)簿公堂，一旦arm贏得訴訟，那對(duì)高通將是不利的，其芯片戰(zhàn)略布局會(huì)因此被打亂，而轉(zhuǎn)投RISC-V能形成反制?？梢灶A(yù)見的是，RISC-V IP廠商可能迅速崛起，這將迅速加快RISC-V的路線圖。

如今高通進(jìn)一步表態(tài)早已研發(fā)RISC-V架構(gòu)并已應(yīng)用于自家的驍龍系列芯片，顯示出arm限制高通采用Nuvia核心之后，直接舍棄arm指令集，另起爐灶研發(fā)RISC-V架構(gòu)，這對(duì)arm無疑是釜底抽薪。高通對(duì)于arm來說是至關(guān)主要的企業(yè)，不僅是經(jīng)濟(jì)上，還是對(duì)于整個(gè)市場來說，高通一定是一家有著重要象征意義的企業(yè)，高通代表著arm架構(gòu)的最高水平之一，在某種程度高通、蘋果和arm在市場的心中是綁定的，毫不夸張的說，一旦高通轉(zhuǎn)向RISC-V對(duì)于arm來說無疑是巨大的打擊，意味著arm的地盤有崩潰的可能性。

轉(zhuǎn)向RISC-V架構(gòu)的這個(gè)口子已經(jīng)被高通打開，在往后的日子里，高通一定會(huì)持續(xù)開發(fā)RISC-V芯片處理器，恐怕不需要以后，現(xiàn)在的高通就已經(jīng)開始規(guī)劃將RISC-V架構(gòu)技術(shù)用于可穿戴設(shè)備、智能汽車、移動(dòng)設(shè)備等終端芯片產(chǎn)品中了，而隨著高通正式研發(fā)RISC-V架構(gòu)芯片，筆者相信蘋果一定不會(huì)選擇把雞蛋全放在arm這一個(gè)籃子里，也極有可能轉(zhuǎn)投一部分資源到RISC-V陣營。

RISC-V，還是國產(chǎn)替代的一條出路

事實(shí)上，在目前出貨的100億顆RISC-V架構(gòu)的處理器里，有一半來自中國。RISC－V國際基金會(huì)的19個(gè)高級(jí)會(huì)員中，和中國相關(guān)的會(huì)員有12個(gè)。中國有很多的芯片廠商都在布局RISC-V，包括芯來科技、紫光展銳、兆易創(chuàng)新、樂鑫、中科藍(lán)訊、全志科技、匯頂科技等等。據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括IP內(nèi)核與芯片設(shè)計(jì)等主要內(nèi)容在內(nèi)，中國目前有300家以上公司在關(guān)注RISC-V或以RISC-V指令集進(jìn)行開發(fā)。

中國芯片公司如此關(guān)注RISC-V，一方面是因?yàn)槠浜啙嵑糜?，另一方面，在外國?duì)傳統(tǒng)架構(gòu)的芯片有壟斷優(yōu)勢，且對(duì)我國的芯片封鎖日益嚴(yán)格的背景下，RISC-V開源的特性可以防止我國所需芯片又出現(xiàn)被管制的現(xiàn)象。之前很火的Chiplet是繞過晶圓制造技術(shù)，通過封裝環(huán)節(jié)來達(dá)到更強(qiáng)性能，而CPU中繞開現(xiàn)有體系另起爐灶的一條路徑就是RISC-V體系。

計(jì)算機(jī)專家，中國工程院院士，中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員倪光南表示：“未來RISC-V很可能發(fā)展成為世界主流CPU之一，從而在CPU領(lǐng)域形成X86、ARM、RISC-V三分天下的格局。對(duì)RISC-V，中國只要加大投入，依靠中國科技人員的創(chuàng)新，有可能在CPU核心技術(shù)上獲得很大的話語權(quán)?！?/span>

因此，RISC-V目前可能是國產(chǎn)替代的一條好出路甚至唯一出路。