開源的RISC-V能否拯救中國芯片？

科技云報(bào)道原創(chuàng)。

1月22日，阿里巴巴旗下的平頭哥半導(dǎo)體（T-Head）公司宣布，已經(jīng)成功將Android10移植到自己的RISC-V芯片上，并開源了全部相關(guān)代碼。

公告顯示，Android10系統(tǒng)已經(jīng)可以在玄鐵910芯片上流暢運(yùn)行。而玄鐵910，是平頭哥半導(dǎo)體公司2019年在國內(nèi)率先發(fā)布了一款基于RISC-V架構(gòu)的CPU IP核，被稱為目前業(yè)界最強(qiáng)的RISC-V處理器。

這對于RISC-V生態(tài)來說，是一個(gè)里程碑意義的進(jìn)展，將對ARM架構(gòu)帶來更大挑戰(zhàn)。

事實(shí)上，大批中國公司正在加入對RISC-V的研究和二次開發(fā)之中。

前不久，中國領(lǐng)先的RISC-V芯片研發(fā)企業(yè)賽昉科技在上海發(fā)布了全球首款基于開源Linux操作系統(tǒng)的RISC-V AI單板計(jì)算機(jī)——星光AI單板計(jì)算機(jī)（Beagle-V）。

同時(shí)，賽昉科技還分別與紫光展銳和香港中華煤氣集團(tuán)旗下的港華能源簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，這意味著宣傳許久的RISC-V架構(gòu)離實(shí)際應(yīng)用越來越近。

自去年以來，面臨芯片斷供危機(jī)的華為也在積極研發(fā)RISC-V架構(gòu)。

正所謂眾人拾柴火焰高，RISC-V架構(gòu)在中國的發(fā)展?jié)u入高潮。

開源的RISC-V架構(gòu)

很多人提到RISC-V，會(huì)認(rèn)為它是開源芯片。但準(zhǔn)確來說，RISC-V是一個(gè)基于“精簡指令集（RISC）”原則的開源指令集架構(gòu)。

如果從最基本的邏輯角度來分類，CPU可以被分為兩大類，即所謂的“復(fù)雜指令集”與“精簡指令集”系統(tǒng)，也就是經(jīng)?？吹降摹癈ISC”與“RISC”。

人們熟悉的X86所使用的指令集，就屬于“CISC”；而ARM處理器所使用的指令集，則屬于“RISC”。

簡單來說，CISC任務(wù)處理能力強(qiáng)，適合桌面電腦和服務(wù)器，但高性能也帶來高功耗的問題。

RISC通過精簡CISC指令種類、格式，簡化尋址方式，達(dá)到省電高效的效果，適合手機(jī)、平板、數(shù)碼相機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品或物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。

上個(gè)世紀(jì)80年代，ARM公司就是基于RISC架構(gòu)開始做自己的芯片，最終一步一步崛起，戰(zhàn)勝了英特爾，成為現(xiàn)在的移動(dòng)芯片之王。

如今，包括華為麒麟、高通驍龍?jiān)趦?nèi)的大部分手機(jī)終端和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備芯片，都是基于ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)的。

但是ARM的授權(quán)費(fèi)用非常昂貴，中小型企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)難以承受，而X86指令集被英特爾控制得死死的，其他CPU架構(gòu)如MIPS、SPARC、PowerPC等也存在知識產(chǎn)權(quán)問題。

在這種情況下，2010年，伯克利分校的David Patterson教授為了新項(xiàng)目研究，帶領(lǐng)其研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了一種基于“RISC”的新一代指令集——RISC-V架構(gòu)，并決定將它徹底開放：允許使用者修改和重新發(fā)布開源代碼，也允許基于開源代碼開發(fā)商業(yè)軟件發(fā)布和銷售。

這意味著，任何人都可以基于RISC-V架構(gòu)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)和開發(fā)，然后拿去商業(yè)化，而不需要支付授權(quán)費(fèi)用。

完全開源免費(fèi)的RISC-V架構(gòu)，短短幾年時(shí)間就吸引了大批的擁躉：谷歌、華為、IBM、鎂光、英偉達(dá)、高通、三星、西部數(shù)據(jù)等商業(yè)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)，都紛紛加入RISC-V基金會(huì)。

截止2019年7月，RISC-V基金會(huì)共有包括18家白金會(huì)員在內(nèi)的235家會(huì)員單位，包含了半導(dǎo)體設(shè)計(jì)制造公司、系統(tǒng)集成商、設(shè)備制造商、軍工企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校等各式各樣的組織，足以說明RISC-V的影響力在不斷擴(kuò)大。

2020年4月，RISC-V基金會(huì)首席執(zhí)行官Calista Redmond向基金會(huì)全體會(huì)員發(fā)出了一封通知郵件。郵件上寫著，“我們現(xiàn)已在瑞士正式成立‘RISC-V 國際協(xié)會(huì)’”，以規(guī)避政治因素的影響，保持其一貫中立、開源的態(tài)度。

RISC-V在中國提速

完全開源的RISC-V架構(gòu)，對于中國芯片事業(yè)有著非常重要的意義。

長期以來，中國芯片研發(fā)都受制于人。如果國內(nèi)企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)能夠利用開源的RISC-V，做出基本自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片，或者培養(yǎng)出相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境，將大大有利于中國半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)行彎道超車。

因此，包括中科院計(jì)算所、華為公司、阿里巴巴集團(tuán)等在內(nèi)的20多個(gè)國內(nèi)企事業(yè)單位，選擇加入了RISC-V基金會(huì)。

2018年之后，RISC-V在中國本土的接受度和采用度逐漸提高。在外部環(huán)境變化和RISC-V生態(tài)發(fā)展趨于完善的情況下，很多企業(yè)現(xiàn)在考慮或者已經(jīng)采用RISC-V處理器內(nèi)核。

外部環(huán)境變化，標(biāo)志性事件莫過于中興和華為相繼被斷供關(guān)鍵零部件。

2018年4月16日，美國商務(wù)部禁止美國企業(yè)向中興銷售零部件、商品、軟件和技術(shù)，致使后者業(yè)務(wù)中的芯片供應(yīng)出現(xiàn)短缺。

2019年5月16日，華為被美國列入“實(shí)體清單”，芯片危機(jī)成為全民討論的話題，行業(yè)端加快芯片自主化。

在特定的大背景下，RISC-V憑借著開源特性，在中國本土迎來繁榮發(fā)展期。

在政策層面，2018 年7月，距離“中興事件”不到100天，上海市政府發(fā)布了一份支持軟件和集成電路的政策。

其中，明確提到“支持基于RISC-V指令集架構(gòu)、32位及以上的處理器芯片的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化”，并且要求“內(nèi)核需擁有自主知識產(chǎn)權(quán)”。項(xiàng)目實(shí)施周期規(guī)定在兩年內(nèi)（2018.7.1–2020.6.30）。

由此，上海市成為中國本土首個(gè)出臺政策，支持RISC-V指令集的城市。

在行業(yè)層面，中國本土相關(guān)的行業(yè)聯(lián)盟逐漸形成。RISC-V生態(tài)的發(fā)展，很大程度上是依靠行業(yè)整體，而不像x86和ARM一樣，系于某一家商業(yè)公司。

2018年9月，中國RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立，聚焦于RISC-V產(chǎn)業(yè)落地。11月，中國開放指令生態(tài)（RISC-V）聯(lián)盟在世界互聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上成立，中科院計(jì)算所倪光南院士任理事長。兩個(gè)聯(lián)盟成立的初衷，都是為了推動(dòng)中國本土RISC-V生態(tài)的完善。

在公司層面，2018-2020年間，中國本土芯片行業(yè)涉及RISC-V的初創(chuàng)成立和資本運(yùn)作，十分活躍。

2018年4月，阿里巴巴全資收購中天微。9月，阿里巴巴在云棲大會(huì)上宣布，將中天微和達(dá)摩院芯片業(yè)務(wù)進(jìn)行整合，成立“平頭哥半導(dǎo)體”。

同月，中天微推出了基于RISC-V的自主指令架構(gòu)C-SKY，以及第一款RISC-V低功耗處理器CK902，并且很快就獲得了松果電子和伏達(dá)半導(dǎo)體兩家客戶。

2019年7月，平頭哥發(fā)布了RISC-V IP核玄鐵910。它支持16核，主頻可達(dá)2.5GHz，單核性能達(dá)到7.1 Coremark/MHz，較業(yè)界主流芯片性能提高40%，較標(biāo)準(zhǔn)指令性能高出20%。

玄鐵發(fā)布后，國內(nèi)老牌的芯片設(shè)計(jì)廠商全志科技宣布與平頭哥合作，開發(fā)基于玄鐵內(nèi)核的通用算力芯片，應(yīng)用于工業(yè)控制、智能家居和消費(fèi)電子等領(lǐng)域，預(yù)計(jì)3年出貨5000萬顆。而在過去，全志科技主要使用ARM授權(quán)。

此外，專門做RISC-V內(nèi)核IP的“芯來科技”，芯片設(shè)計(jì)平臺即服務(wù)的“芯原科技”，以及RISC-V內(nèi)核IP及解決方案廠商“賽昉科技”，均是國內(nèi)RISC-V賽道上的重要玩家。

RISC-V能否成為中國“缺芯”的解藥？

經(jīng)過一波快速發(fā)展后，中國本土已經(jīng)形成了完整的RISC-V產(chǎn)業(yè)鏈：

在產(chǎn)業(yè)最上游，是芯片內(nèi)核IP設(shè)計(jì)公司，這一類公司有阿里巴巴達(dá)摩院（中天微）、芯來科技、芯原科技和賽昉科技等；

在產(chǎn)業(yè)中游，是芯片設(shè)計(jì)公司，比如兆易創(chuàng)新、全志科技、北京君正和樂鑫科技等；

在產(chǎn)業(yè)下游，是終端品牌廠商，比如華米、小米、華為和阿里巴巴。

但值得注意的是，由于RISC-V開放、模塊化和可擴(kuò)展性的特性，大部分RISC-V產(chǎn)品都聚焦于中低功耗市場，最大應(yīng)用場景是IoT。

相比于服務(wù)器、移動(dòng)市場，IoT本身就是一個(gè)天然的“碎片化”市場，生態(tài)鏈比較短。因此在RISC-V為人所詬病的生態(tài)方面，IoT生態(tài)要容易實(shí)現(xiàn)得多。

盡管RISC-V在中低功耗市場發(fā)展較快，但是在高性能計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展仍不充分，在相關(guān)生態(tài)上的資源也有限。從軟件及應(yīng)用生態(tài)來看，國內(nèi)還尚無大型生態(tài)的成功案例。

從整體發(fā)展看，相比海外，中國本土的RISC-V生態(tài)依然有一定的短板，主要集中在人才、軟件及應(yīng)用生態(tài)等方面。

此外，雖然中國本土的學(xué)校、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)和個(gè)人愛好者對RISC-V有很高熱情，但在標(biāo)準(zhǔn)的參與和貢獻(xiàn)上，目前還是在起步階段。

不難預(yù)見，RISC-V將來勢必會(huì)對x86和ARM造成一定的沖擊，這也給“缺芯”的中國帶來了彎道超車的絕佳機(jī)會(huì)。

但想要改變英特爾x86和ARM主導(dǎo)的處理器架構(gòu)競爭格局，還有很長的路要走，對技術(shù)水平、資金投入和時(shí)間、生態(tài)建設(shè)的要求都不低。

RISC-V想要成為市場主流，還需要更多時(shí)間投入發(fā)展。

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