RISC-V是加州大學(xué)伯克利分校主導(dǎo)的開源處理器指令集，基于該指令集用戶可以免費(fèi)開發(fā)自己的處理器。基于開源指令集這樣一個(gè)新穎的概念，RISC-V被業(yè)界認(rèn)為會給半導(dǎo)體行業(yè)帶來一陣新風(fēng)，同時(shí)也出現(xiàn)了眾多基于RISC-V的初創(chuàng)公司。最近，RISC-V業(yè)界的兩件大事，一件是RISC-V生態(tài)的領(lǐng)頭羊初創(chuàng)公司SiFive又獲得了一筆數(shù)千萬美元的融資，其中高通也參與了戰(zhàn)略投資；另一件與中國關(guān)系較大，即RISC-V的主要開創(chuàng)者，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)架構(gòu)領(lǐng)域的宗師級人物David Patterson在深圳的清華-伯克利深圳學(xué)院開設(shè)了RISC-V國際開源實(shí)驗(yàn)室（RIOS），加速RISC-V在中國的落地。RISC-V最近勢頭正熱，那么到底將會對半導(dǎo)體業(yè)界帶來多大影響呢？

RISC-V的愿景

RISC-V選擇開源的道路，目標(biāo)就是讓芯片設(shè)計(jì)更平民化，降低芯片設(shè)計(jì)的門檻，從而讓更多的人和公司能擁有自己的芯片。

大家知道，芯片設(shè)計(jì)的門檻在于時(shí)間和金錢兩方面。隨著芯片設(shè)計(jì)規(guī)模越來越大，需要越來越大的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及越來越長的設(shè)計(jì)流程，這其中的成本可謂是水漲船高，因此如果不能克服成本問題則能自研芯片的公司數(shù)量會越來越少，從而對于半導(dǎo)體行業(yè)的生態(tài)造成不利的影響。SoC的上一次設(shè)計(jì)方法革命就是以ARM為代表的處理器IP授權(quán)業(yè)務(wù)，因?yàn)樘幚砥魍荢oC中最復(fù)雜的部分從而也是需要最多研發(fā)成本的部分，而ARM通過IP授權(quán)的方式大大降低了SoC設(shè)計(jì)門檻，從而活躍了半導(dǎo)體生態(tài)。然而，隨著時(shí)間的發(fā)展，ARM的處理器IP授權(quán)模式卻又慢慢難以跟上近年來興起的異構(gòu)計(jì)算的需求，這也是RISC-V興起的基礎(chǔ)。

那么，RISC-V如何迎合了異構(gòu)計(jì)算的需求呢？異構(gòu)計(jì)算出現(xiàn)的背景是半導(dǎo)體制造工藝的摩爾定律遇到瓶頸，先進(jìn)工藝制造成本快速上升但是在性能上卻無法帶來很大提升。在這樣的背景下， 通用化的芯片通過摩爾定律提升性能的速度變得很慢，而系統(tǒng)廠商也無法再指望使用一款通用芯片平臺來滿足不同應(yīng)用場景的需求，而必須針對不同的場景使用專用的定制化芯片，這也就是異構(gòu)計(jì)算的范式。所以，我們看到越來越多的系統(tǒng)集成商，包括谷歌、亞馬遜、阿里巴巴這樣的互聯(lián)網(wǎng)巨頭都在脫離Intel這樣的通用CPU平臺，而是進(jìn)行自研芯片以滿足目標(biāo)場景的需求?？梢姡诋悩?gòu)計(jì)算時(shí)代，對于芯片產(chǎn)生了新的需求，同時(shí)也有更多公司在進(jìn)入芯片行業(yè)。異構(gòu)計(jì)算時(shí)代，芯片行業(yè)的新興力量對于芯片設(shè)計(jì)的需求基本可以概括為以下幾點(diǎn)：

（1）速度要快，系統(tǒng)廠商尤其是互聯(lián)網(wǎng)公司難以通常芯片公司三到五年的積累期，而是希望使用一些敏捷化設(shè)計(jì)的方法來加速芯片設(shè)計(jì)周期；

（2）成本要低，因?yàn)槎ㄖ苹酒某鲐浟靠隙ū炔贿^通用芯片，因此設(shè)計(jì)成本不能過高；

（3）要能量身定制，這一條其實(shí)也是異構(gòu)計(jì)算的核心訴求，即以專用化的設(shè)計(jì)來提升性能以彌補(bǔ)半導(dǎo)體工藝發(fā)展的停滯不前。

RISC-V生態(tài)完美符合這三點(diǎn)要求：RISC-V的開源特性一方面大大降低了成本，因?yàn)榭梢悦赓M(fèi)使用指令集；另一方面允許任何用戶自由修改，從而能滿足量身定制的需求。此外，RISC-V生態(tài)與Chisel為代表的敏捷設(shè)計(jì)方法論同處一支，雙方深度綁定，從而使用RISC-V往往也能享受到敏捷設(shè)計(jì)的速度優(yōu)勢。反之，ARM的收費(fèi)商業(yè)模式在成本上與RISC-V相比就有很大的劣勢；此外，ARM核在可定制化方面也是大大落后于RISC-V：一方面，ARM指令集設(shè)計(jì)時(shí)間較早，在設(shè)計(jì)之初對于可擴(kuò)展性的設(shè)計(jì)不夠完美，而且經(jīng)過多代設(shè)計(jì)后背上了歷史包袱指令集已經(jīng)非常復(fù)雜，因此技術(shù)上難以做定制；此外ARM的授權(quán)方式也不鼓勵定制化，其架構(gòu)授權(quán)模式雖然允許一定的定制化但是收費(fèi)極其高昂只有華為等少數(shù)大型廠商才有實(shí)力使用。

可見，RISC-V的初衷就是迎合異構(gòu)計(jì)算時(shí)代對于芯片的三個(gè)新需求，讓芯片設(shè)計(jì)門檻降低從而讓更多人能參與到芯片設(shè)計(jì)中來，最終完成對于半導(dǎo)體生態(tài)的革新。RISC-V領(lǐng)域最鼎鼎有名的初創(chuàng)公司SiFive可謂是非常好地貫徹了RISC-V的精神。在成本上，SiFive推出了多款性能上能與ARM對標(biāo)的低價(jià)處理器核IP以及芯片；在敏捷化設(shè)計(jì)和可定制方面，SiFive為客戶提供針對場景量身定制的芯片，且在交付速度上遠(yuǎn)勝傳統(tǒng)芯片設(shè)計(jì)公司。SiFive曾舉過一個(gè)客戶案例，該客戶是一家房地產(chǎn)公司，需要為其智能攝像頭定制芯片，而SiFive在三個(gè)月內(nèi)就完成芯片設(shè)計(jì)交付， 從而為該公司節(jié)省了許多成本。在這個(gè)案例中，SiFive完全滿足了異構(gòu)計(jì)算時(shí)代對于芯片的三個(gè)需求（低成本，快速設(shè)計(jì)，定制化），從而大大降低了芯片設(shè)計(jì)門檻，讓房地產(chǎn)公司這樣的非高科技公司也可以有自己的定制化芯片。

SiFive的敏捷化設(shè)計(jì)流程能幫助用戶大大節(jié)省設(shè)計(jì)交付時(shí)間，從而降低芯片設(shè)計(jì)門檻

RISC-V主要市場在哪里？

RISC-V大大降低了芯片門檻，讓更多人有能力定制處理器芯片，可謂是ARM之后的又一次生態(tài)更新。最初，處理器設(shè)計(jì)是少數(shù)人的游戲，就像滿漢全席一樣，只有Intel這樣的少數(shù)幾家巨頭才能做；隨著ARM的IP授權(quán)生態(tài)鋪開，把做包含處理器的SoC的工程量降低到了出門吃火鍋的水準(zhǔn)，更多人出門打個(gè)車就能夠吃到；而RISC-V則是把處理器的工程難度降低到了叫外賣的水準(zhǔn)，一般人動動手指就能送到家里，從而讓芯片設(shè)計(jì)真正能普及到所有人。

然而，RISC-V在把處理器設(shè)計(jì)普及到像叫外賣一樣的時(shí)候，從另一個(gè)角度也局限了自己的市場。還是以吃飯為例，我們?nèi)コ曰疱伒臅r(shí)候可以吃到上百元一份的雪花牛肉，但是如果打開外賣APP卻不可能吃到這樣較高端的菜。這并不是因?yàn)樽鐾赓u的餐廳技術(shù)實(shí)力不夠（事實(shí)上，肯德基的供應(yīng)鏈管理、廚房設(shè)計(jì)、食譜設(shè)計(jì)水準(zhǔn)遠(yuǎn)超一般的火鍋店），而是因?yàn)楦叨耸澄锊⒎峭赓u服務(wù)受眾群體的首要需求，因此做外賣的餐廳出于經(jīng)濟(jì)的考量不會去做這樣的高端食物。同樣地，RISC-V受眾的主要需求集中在MCU以及簡單的處理器，這也是我們目前看到RISC-V的主要市場，即IoT這樣低成本芯片的主處理器，或者是其他中高端SoC中的控制核（這樣的SoC的典型搭配是跑OS和高需求應(yīng)用程序的主處理器仍然使用ARM，而對于性能基本沒需求的協(xié)同控制器出于成本和定制需求使用RISC-V，即ARM+RISC-V方案）。RISC-V架構(gòu)優(yōu)美，基于RISC-V架構(gòu)完全有能力去做高性能處理器，但是經(jīng)濟(jì)的驅(qū)動力卻有可能讓RISC-V最終難以進(jìn)入高端市場。因此，如何進(jìn)入高端市場并站穩(wěn)腳跟將是對于RISC-V的一個(gè)很大挑戰(zhàn)。

學(xué)術(shù)界已經(jīng)有基于RISC-V架構(gòu)的511核處理器（Celerity），RISC-V如何進(jìn)入高端市場的難點(diǎn)主要來自市場而非技術(shù)

對于SiFive這樣的RISC-V初創(chuàng)公司來說，目前巨大的IoT市場已經(jīng)足夠創(chuàng)造收入，但是SiFive的野心絕不僅僅在于銷售芯片或IP，而是希望構(gòu)建新的生態(tài)并成為主導(dǎo)者。這有一點(diǎn)像谷歌的安卓系統(tǒng)，雖然安卓本身幾乎不收費(fèi)，但是其生態(tài)的價(jià)值是巨大的，谷歌也因此獲得了巨大的回報(bào)。只是這樣的生態(tài)型戰(zhàn)略需要足夠現(xiàn)金的支持，這一點(diǎn)對于谷歌這樣的大公司來說不成問題，但是對于SiFive這樣的初創(chuàng)公司來說就存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，前期需要靠燒錢來支撐生態(tài)建設(shè)，而獲取生態(tài)帶來的回報(bào)則可能要等到數(shù)年之后。因此我們看到了SiFive在近幾年內(nèi)的大手筆融資，去年四月完成了5000萬美元的Series-C融資，而今年六月則完成了6000萬美元的Series-D融資，這樣短時(shí)間內(nèi)的大筆融資對于半導(dǎo)體初創(chuàng)公司來說并不常見，而對于SiFive這樣需要靠大量前期投入的生態(tài)型公司來說卻實(shí)屬正常。在投資者中我們看到了Intel、高通、三星這樣的傳統(tǒng)半導(dǎo)體公司，也有華米這樣的IoT系統(tǒng)廠商，這些公司的戰(zhàn)略注資也體現(xiàn)了他們對于半導(dǎo)體新生態(tài)的樂觀態(tài)度。

RISC-V與中國的聯(lián)姻：價(jià)值在于高端核

處理器芯片對于中國具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值。從商業(yè)角度看，中國半導(dǎo)體業(yè)規(guī)模已經(jīng)全球領(lǐng)先，而缺少核心處理器指令集已經(jīng)成為中國半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)一步向上突破的重要瓶頸。如前所述，ARM提供的處理器IP核雖然能滿足一般的應(yīng)用需求，但是其技術(shù)和商業(yè)模式都讓基于ARM IP的定制化變得非常困難，一方面不滿足異構(gòu)計(jì)算定制化的趨勢，另一方面也無法為中國自研定制化處理器帶來很大幫助。

RISC-V倡導(dǎo)的開源指令集恰能滿足中國對于核心指令集的需求，有希望能幫助中國廠商快速設(shè)計(jì)出包含自主知識產(chǎn)權(quán)的定制化處理器核。在異構(gòu)計(jì)算成為風(fēng)潮，同時(shí)國家自主產(chǎn)權(quán)也得到很大關(guān)注的今天，RISC-V在中國得到極大的重視也是一件非常自然的事。中國RISC-V領(lǐng)域也已經(jīng)有一批優(yōu)秀的初創(chuàng)公司，例如專注于超低功耗的芯來科技，以及結(jié)合RISC-V和AI的睿思芯科。睿思芯科的創(chuàng)始人譚章熹正是RISC-V生態(tài)領(lǐng)頭人David Patterson教授的學(xué)生，而此次David Patterson在深圳設(shè)立RIOS也是由譚章熹擔(dān)任副主任，加速RISC-V生態(tài)在中國的產(chǎn)業(yè)化落地。

然而，RISC-V也并非能完全解決中國自主知識產(chǎn)權(quán)處理器的問題。RISC-V的核心是指令集，而指令集只是處理器的基礎(chǔ)，建立在指令集之上的處理器體系架構(gòu)設(shè)計(jì)對于處理器來說也是至關(guān)重要，尤其是對于高性能處理器核來說更是如此。因此，我國的高性能處理器核即使能解決指令集問題，也是任重而道遠(yuǎn)。這其實(shí)也回到了之前討論的RISC-V的市場定位問題：目前基于RISC-V指令集由于經(jīng)濟(jì)規(guī)律主要商業(yè)應(yīng)用集中在中低端市場；RISC-V做高性能處理器這件事在學(xué)術(shù)界得到了驗(yàn)證，但是在商業(yè)市場上還沒有得到認(rèn)可，這同時(shí)也成為了RISC-V的一個(gè)瓶頸。如果中國能借助其特殊的市場形態(tài)做出基于RISC-V的高性能芯片并在市場上得到真正應(yīng)用，那么這無論對于中國還是RISC-V來說都是一個(gè)重要的突破。