對抗ARM和X86，少不了中國市場這塊“福地”，RISC-V還有哪些本事？
那么，RISC-V芯片為何具有如此強(qiáng)大的市場潛能，而未來發(fā)展又有哪些值得期待的增長翼？
出貨量分析——市場生機(jī)
指令集作為軟件與硬件之間溝通的“翻譯官”，是芯片產(chǎn)業(yè)中不可或缺的基礎(chǔ)部分。
目前主流的指令集可以分為兩大陣營——以X86指令集為代表的復(fù)雜指令集（CISC）和以ARM指令集為代表的精簡指令集（RISC）。
RISC-V指的是RISC系列指令集的第五代產(chǎn)品，和目前廣泛應(yīng)用的ARM架構(gòu)“師出同門”，雖發(fā)展歷史較短，但在架構(gòu)精簡性、運(yùn)行效率、成本和靈活性上優(yōu)勢明顯，且兼容性適應(yīng)性高，因而受到產(chǎn)業(yè)界的要一致看好。
目前，RISC-V在中國市場的信心走高主要有以下幾個因素：
（1）開源優(yōu)勢帶來國產(chǎn)芯片新機(jī)遇
RISC-V起初為教學(xué)所用，后轉(zhuǎn)為商用，完全開源一直是其顯著的特色。與此同時，RISC-V采用BSD協(xié)議，允許用戶自由地使用、修改源代碼，可以自行選擇是將修改后的代碼作為開源使用還是專有軟件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的差異化。這種開源但不閉流的規(guī)則，不僅為企業(yè)節(jié)省了一大筆基礎(chǔ)成本，更為實(shí)現(xiàn)其產(chǎn)品豐富創(chuàng)新提供了有力支撐。
隨著在中美貿(mào)易戰(zhàn)愈演愈烈，國產(chǎn)芯片開始追求自主可控的芯片指令集架構(gòu)。RISC-V的開源特質(zhì)較之市面上主流的指令集，其自身并不易受政治立場所裹挾，因此，RISC-V成為近年來國內(nèi)廠商紛紛跟投的安全領(lǐng)域。據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，包括IP內(nèi)核與芯片設(shè)計等主要內(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)。
從發(fā)展現(xiàn)狀來看，近年來國產(chǎn)RISC-V商業(yè)化產(chǎn)品不斷落地，平頭哥、華米、兆易創(chuàng)新等企業(yè)已發(fā)布了可商用化產(chǎn)品。其中兆易創(chuàng)新和芯來科技更是開創(chuàng)了IP核供應(yīng)商與設(shè)計企業(yè)聯(lián)手先例。隨著RISC-V終端應(yīng)用市場不斷發(fā)展，國內(nèi)芯片廠商將擁有和歐美芯片公司同臺競爭的資本，以及實(shí)現(xiàn)變道超車的可能。
（2）模塊化定制滿足產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求
RISC-V模塊化的特點(diǎn)意味著它可以像搭樂高積木一樣拼接組合、自由擴(kuò)展，這便為個性化定制提供了充分的空間，比如自行設(shè)計的加速器控制指令、緩存管理指令等。并且還能在硬件譯碼單元、軟件編譯器上進(jìn)行修改和擴(kuò)展，這使得RISC-V處理器非常適合用于設(shè)計領(lǐng)域?qū)Ｓ锰幚砥鞯目刂破鳌?/span>
此外，RISC-V自身模塊化的另一個優(yōu)點(diǎn)是可以輕松實(shí)現(xiàn)指令集和微架構(gòu)松耦合，使得微架構(gòu)設(shè)計上的自由度更大。一個突出例子是RISC-V取消了像MIPS和SPARC等RISC架構(gòu)上歷史悠久等分支延遲槽設(shè)計，給具體的處理器實(shí)現(xiàn)留出更多的操作空間
趨勢分析——加速推廣
自誕生起，RISC-V就因其模塊化的擴(kuò)展設(shè)計和簡潔統(tǒng)一的編碼規(guī)則完美契合著物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的多元碎片化的需求而被寄予著厚望。而從RISC-V的相關(guān)出貨數(shù)據(jù)我們也可以窺知到物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的圖景。
從市場發(fā)展空間來看，根據(jù)統(tǒng)計，2020年全球RISC-V指令集市場規(guī)模約2.2億美元，預(yù)計到2024年有望超過10億美元。從RISC-V芯片終端應(yīng)用市場來看，近年來全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量呈高速增長態(tài)勢，年出貨量超過100億個，隨著萬物互聯(lián)成全球未來主要發(fā)展方向之一，預(yù)計到 2025 年，全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量將達(dá)到 251 億個，如果RISC-V芯片實(shí)現(xiàn)20%的市場滲透率，年出貨量將超過50億顆以上，而據(jù)機(jī)構(gòu)預(yù)測，2025 年將會有 28% 的市場會被 RISC-V 所占有。
可以預(yù)見的未來里，RISC-V將迎來加速發(fā)展。而目前刺激其發(fā)展的主要因素有以下幾點(diǎn)：
（1）Arm提價，價格杠桿刺激
近年來，軟銀陷入財務(wù)困境，其標(biāo)志性的Vision基金遭受了嚴(yán)重虧損。作為軟銀繼優(yōu)步之后最大的投資之一，Arm將成為解決軟銀財務(wù)危機(jī)的重要支撐。
此外，隨著軟銀的財務(wù)困境的持續(xù)，Arm也正在考慮IPO。Arm計劃提高授權(quán)費(fèi)用，以高額收入來吸引華爾街投資者。
同是RISC架構(gòu)和嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域的主要參與者，Arm的提價或?qū)⒊蔀榇碳ISC-V加速推廣的良機(jī)。
（2）賽道細(xì)分 ，開拓市場空間
在不斷加速落地物聯(lián)網(wǎng)中低端應(yīng)用的同時，RISC-V在高端領(lǐng)域也迎來實(shí)質(zhì)性的突破，在服務(wù)器領(lǐng)域中的占比有望不斷提高。
此前，RISC-V芯片在高端服務(wù)器市場的應(yīng)用基本上是一片空白。自2021年開始，隨著以云計算、大數(shù)據(jù)和人工智能等為代表的技術(shù)快速發(fā)展以及 RISC-V架構(gòu)生態(tài)的逐漸完善，越來越多的芯片廠商開始在服務(wù)器中采用RISC-V指令集架構(gòu)，以提高芯片的性能、靈活性和可定制性。
截至目前，已有部分有技術(shù)研發(fā)實(shí)力的國外內(nèi)大廠率先發(fā)布及量產(chǎn)了RISC-V指令集架構(gòu)的服務(wù)器產(chǎn)品。具體來看，主要分為兩大陣營：一是主要基于美國SiFive公司P550/ P650的IP核為基礎(chǔ)的服務(wù)器產(chǎn)品，包括英特爾的HorseCreek、谷歌的Intelligence X280等；二是主要基于阿里平頭哥玄鐵內(nèi)核系列的產(chǎn)品，主要包括算能科技的SG2042、阿里巴巴的含光800等。
正如高通產(chǎn)品總監(jiān)Varma所言：“現(xiàn)在擁有一個通用的基本指令集架構(gòu)，可以從低端微控制器一直擴(kuò)展到高性能計算，以及介于兩者之間的任何東西，它確實(shí)提高了整個行業(yè)的效率?！彪S著賽道的細(xì)分，RISC-V將走向更為開闊的市場局面。
（3）規(guī)范明確，規(guī)避碎片化風(fēng)險
要知道，RISC-V的價值基于開源而展開，但開源CPU項(xiàng)目并不少見，但絕大多數(shù)都是曇花一現(xiàn)，其背后的致命缺點(diǎn)便是缺少一個強(qiáng)有力的非盈利組織在推動和維護(hù)。而RISC-V由非盈利的會員制組織RISC-V基金會推動。不論基金會的發(fā)展還是指令集標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)推廣都由會員做主。RISC-V的未來不會受到任何單一公司的興衰浮沉影響。
RISC-V的時代已經(jīng)到來
RISC-V 不再只是嵌入式工具，在全球最大的半導(dǎo)體制造商、全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和消費(fèi)設(shè)備公司的創(chuàng)新和采用的推動下，RISC-V 已經(jīng)到來。
SiFive處于 RISC-V 的最前沿，可以看到有幾個有趣的趨勢繼續(xù)推動整個行業(yè)的強(qiáng)勁增長。人工智能 (AI) 和機(jī)器學(xué)習(xí)正變得幾乎無處不在，從數(shù)據(jù)中心到消費(fèi)設(shè)備和企業(yè)，需要新的架構(gòu)、數(shù)據(jù)卸載和管理以及低延遲，同時還要管理大量工作負(fù)載的功耗。
在汽車領(lǐng)域，自動駕駛汽車和電動汽車 (EV) 的快速增長以及汽車中從傳感器到安全、動力傳動系統(tǒng)和娛樂的芯片數(shù)量激增，也需要新的設(shè)計、靈活性和支持生態(tài)系統(tǒng)。在移動和可穿戴設(shè)備中，隨著人工智能的發(fā)展，設(shè)備的功能及質(zhì)量正在超越傳統(tǒng)設(shè)備。在這里，與其他地方一樣，占地面積、功耗和性能從未像現(xiàn)在這樣重要。
所有這些趨勢都有利于 RISC-V，因?yàn)樗哂凶吭降挠嬎忝芏?、靈活性、高性能和不斷發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。RISC-V 現(xiàn)在是不可避免的，在接下來的幾年里，你會看到令人興奮的進(jìn)步，因?yàn)樗鼜闹饕那度胧綉?yīng)用程序轉(zhuǎn)移到最高性能芯片中的關(guān)鍵功能，初創(chuàng)公司進(jìn)步為成熟公司。我們相信，隨著 RISC-V 的不斷發(fā)展，未來十年的情況將大不相同。它已經(jīng)受到世界一流大學(xué)教授的支持，也受到美國、中國、印度和日本等國政府的鼓勵，它們渴望幫助本國產(chǎn)業(yè)，也清楚地看到開放式架構(gòu)的好處，以及他們產(chǎn)品的未來。
無論是Arm，還是RISC-V，其基礎(chǔ)應(yīng)用領(lǐng)域都是嵌入式系統(tǒng)。不過隨著相關(guān)處理器性能的提升，以及應(yīng)用的發(fā)展，它們在高性能計算領(lǐng)域開始展現(xiàn)出優(yōu)勢，例如，近些年，基于Arm架構(gòu)的CPU在服務(wù)器和PC市場風(fēng)生水起，并被以蘋果、谷歌、亞馬遜、阿里巴巴為代表的大型科技和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)重視，相關(guān)產(chǎn)品也在蠶食傳統(tǒng)x86架構(gòu)CPU的市場份額。同理，RISC-V也有類似的機(jī)遇，其在以數(shù)據(jù)中心為代表的高性能計算市場體現(xiàn)出了更多價值。
從過去一年全球范圍內(nèi)的RISC-V技術(shù)演進(jìn)事件來看，北美地區(qū)依然是RISC-V的創(chuàng)新高地，從處理器IP到軟件、數(shù)據(jù)中心級應(yīng)用都在全面探索；歐洲的不少老牌公司在逐步從原有架構(gòu)轉(zhuǎn)到RISC-V架構(gòu)；亞洲地區(qū)也保持非常快的發(fā)展速度，Andes、StarFive、香山、芯來和平頭哥等公司都在努力推動RISC-V處理器的發(fā)展。當(dāng)前大部分芯片企業(yè)正在思考如何使用RISC-V架構(gòu)來開發(fā)自家生態(tài)產(chǎn)品，很多基礎(chǔ)軟件公司也逐步進(jìn)入到RISC-V生態(tài)中。
目前來看，RISC-V在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用前景越來越明朗，因?yàn)閿?shù)據(jù)中心的整體架構(gòu)正在朝定制化和異構(gòu)化的方向發(fā)展，具體表現(xiàn)是從單一處理器供應(yīng)商轉(zhuǎn)變?yōu)橛啥鄠€供應(yīng)商（包括系統(tǒng)公司自己的設(shè)計團(tuán)隊）提供的處理器和加速器的混合架構(gòu)。
盡管宏觀經(jīng)濟(jì)環(huán)境存在相當(dāng)大的不確定性，但 2021 年至 2022 年的芯片短缺表明半導(dǎo)體行業(yè)已經(jīng)成為地球上每個行業(yè)的一部分，從汽車制造商到消費(fèi)電子公司再到政府的公司都在投資以確保其供應(yīng)鏈能夠承受未來的沖擊。美國的《芯片法案》等政府投資將有助于提高制造能力，隨著制造能力和原型能力的增強(qiáng)，新的創(chuàng)新將蓬勃發(fā)展。
以人工智能數(shù)據(jù)流處理器為例，這是一款支持 RISC-V 的芯片，用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心，以卸載和管理關(guān)鍵人工智能數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)中心的新架構(gòu)可以顯著降低延遲和功耗。
總體而言，我們相信業(yè)界將更多地討論計算密度，以及對高性能處理器的需求，這些處理器也可以在非常小的占地面積上構(gòu)建并以低功耗運(yùn)行。
今年將是 RISC-V 取得突破的一年。不少公司正在利用 RISC-V 架構(gòu)及其經(jīng)過驗(yàn)證的高性能和低功耗在可穿戴設(shè)備、汽車、航空航天等消費(fèi)設(shè)備中的使用。去年，我們看到了有關(guān)采用 RISC-V 的高性能空間計算項(xiàng)目的公告，未來還有更多。RISC-V 不再只是一種嵌入式工具，它已經(jīng)在全球最大的半導(dǎo)體制造商、全球超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心和消費(fèi)設(shè)備公司的創(chuàng)新和采用的推動下問世。
市場前景
市場前景分析短期來看，RISC-V內(nèi)核有望率先在32位以上的MCU市場取得突破，預(yù)計2025年全球市場空間超過40億美元，國內(nèi)市場空間超過80億元。MCU廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、汽車電子、消費(fèi)電子等市場，全球市場規(guī)模超過200億美元，國內(nèi)市場規(guī)模超過300億元。市場格局上，ARM內(nèi)核在CPU IP核占據(jù)主要份額，海外巨頭在芯片產(chǎn)品端基本壟斷市場。MCU的市場特點(diǎn)與RISC-V的技術(shù)架構(gòu)特點(diǎn)相契合，尤其在大量應(yīng)用ARM IP核的32位以上MCU產(chǎn)品具有較強(qiáng)成本優(yōu)勢，存在替代機(jī)會。對于國內(nèi)市場來說，疊加中國對半導(dǎo)體核心技術(shù)自主可控的強(qiáng)烈愿望，有望伴隨著國內(nèi)MCU產(chǎn)品的國產(chǎn)替代進(jìn)程引領(lǐng)全球發(fā)展腳步。
中長期看，航天計算機(jī)、智能汽車、AI等領(lǐng)域?qū)⒊蔀楦叨耸袌龅耐黄瓶?。在ARM多年的壟斷和壓迫下，RISC-V架構(gòu)已經(jīng)獲得谷歌、高通、英特爾等巨頭的關(guān)注和支持，目前安卓生態(tài)正在為RISC-V架構(gòu)提供系統(tǒng)適配，RISC-V有望通過安卓生態(tài)進(jìn)入消費(fèi)電子市場，并替代部分ARM的份額。另一方面，行業(yè)龍頭SiFive在智能駕駛、航天計算機(jī)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破，打開了高端處理器市場的大門。
