指令集架構(gòu)(Instruction Set Architecture, ISA)是一種計(jì)算機(jī)硬件的標(biāo)準(zhǔn)，它定義了計(jì)算機(jī)的指令集，即計(jì)算機(jī)能夠執(zhí)行的指令的集合，起到連接計(jì)算機(jī)硬件和軟件的橋梁作用。在過(guò)去很長(zhǎng)時(shí)間里，X86和ARM架構(gòu)分別在PC服務(wù)器和移動(dòng)端市場(chǎng)獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，呈現(xiàn)雙寡頭格局。而面臨X86和ARM架構(gòu)或不對(duì)外授權(quán)，或授權(quán)費(fèi)用昂貴甚至有斷供風(fēng)險(xiǎn)，具備開源開放特殊屬性的RISC-V架構(gòu)被寄予厚望。

經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，RISC-V的商業(yè)化價(jià)值已經(jīng)凸顯。根據(jù)RISC-V基金會(huì)的數(shù)據(jù)，2022年采用RISC-V芯片架構(gòu)的處理器核已出貨100億顆，其中一半來(lái)自中國(guó)。另外，據(jù)其預(yù)測(cè)，到2025年RISC-V架構(gòu)的處理器核的出貨量將突破800億顆。  

為什么是RISC-V？

RISC-V是在2010年由加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson教授團(tuán)隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)而來(lái)，由于開放源代碼，使得任何人都可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行個(gè)性化的開發(fā)和創(chuàng)新。加之簡(jiǎn)化指令集、模塊化設(shè)計(jì)、可擴(kuò)展等特性，使得RISC-V成為了一個(gè)具有潛力的指令集架構(gòu)，在物聯(lián)網(wǎng)、智能穿戴等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

隨著RISC-V生態(tài)的不斷加速發(fā)展以及市場(chǎng)需求的進(jìn)一步增長(zhǎng)，RISC-V也開始逐漸從物聯(lián)市場(chǎng)走向高性能領(lǐng)域，PC、汽車、數(shù)據(jù)中心、AI等高性能領(lǐng)域成為RISC-V的重要機(jī)會(huì)市場(chǎng)。

在促進(jìn)RISC-V持續(xù)蓬勃發(fā)展的過(guò)程中，中國(guó)各界也在不遺余力地給予積極支持。在近期的2023 RISC-V中國(guó)峰會(huì)上，倪光南院士表示：“我們將積極協(xié)同RVI在社區(qū)建設(shè)、標(biāo)準(zhǔn)制訂、學(xué)術(shù)交流、應(yīng)用推廣、人才培養(yǎng)等等方面，促進(jìn)RISC-V持續(xù)蓬勃發(fā)展。今天，開源軟件已經(jīng)成為軟件發(fā)展的主流，我們相信，開源RISC-V也將在硬件領(lǐng)域創(chuàng)造輝煌。中國(guó)愿擁抱開源與世界協(xié)同創(chuàng)新，鼎力打造強(qiáng)大繁榮的RISC-V生態(tài)，有力地支撐RISC-V躋身于世界主流CPU架構(gòu)之列。從而在CPU領(lǐng)域形成x86、ARM、RISC-V三分天下有其一。”

本次峰會(huì)主席、中國(guó)科學(xué)院軟件研究所副所長(zhǎng)武延軍表示：“近年來(lái)，RISC-V生態(tài)得到快速發(fā)展，吸引了全世界大量系統(tǒng)級(jí)開發(fā)人員，未來(lái)最有希望成為指令集領(lǐng)域國(guó)際開放標(biāo)準(zhǔn)，中國(guó)深度參與其中是重要推動(dòng)者和貢獻(xiàn)者。

北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗表示：“RISC-V作為一種開放指令集架構(gòu)在全球范圍內(nèi)的影響力和吸引力日益凸顯，得到了全球?qū)W術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界的積極參與，中國(guó)在的全球RISC-V生態(tài)中發(fā)揮著重要作用。”

RISC-V國(guó)際基金會(huì)CEO Calista Redmond表示：“從中國(guó)的學(xué)術(shù)界和企業(yè)中都能看到，中國(guó)在積極參與、積極合作、積極貢獻(xiàn)開源標(biāo)準(zhǔn)的道路上已經(jīng)走了很長(zhǎng)時(shí)間，正在為RISC-V繼續(xù)做著貢獻(xiàn)。我們?yōu)橹袊?guó)在開源方面所做的貢獻(xiàn)感到自豪。”

左起依次為：RISC-V國(guó)際基金會(huì)CEO Calista Redmond、大會(huì)主席/中國(guó)科學(xué)院軟件研究所副所長(zhǎng)武延軍、北京開源芯片研究院首席科學(xué)家包云崗（電子技術(shù)應(yīng)用 現(xiàn)場(chǎng)拍攝）

回顧歷史，也曾存在其他指令集架構(gòu)有過(guò)短暫輝煌之后便沒(méi)了水花的案例，為什么RISC-V在短短幾年之內(nèi)能得到迅猛的發(fā)展？   

Calista Redmond表示，在過(guò)去的50多年，有不同的指令集架構(gòu)曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)，其中Arm和X86兩個(gè)指令集架構(gòu)能鶴立雞群，主要是由于它們?cè)诠ぷ髫?fù)載、規(guī)模以及縱向的整合能力上有相對(duì)突出的表現(xiàn)。

如今移動(dòng)終端的計(jì)算和以前的工作負(fù)載有所不同，在新的時(shí)代，一個(gè)指令集架構(gòu)是否能夠變得成熟豐富，一是取決于生態(tài)的建立，二是商業(yè)模式的的成熟度，三是架構(gòu)本身的問(wèn)題，這些都屬于成功變量。特別是開放性和合作，在新的指令集架構(gòu)里非常重要。在這個(gè)時(shí)代，指令集架構(gòu)能夠給予設(shè)計(jì)者以及設(shè)計(jì)過(guò)程更大的自由度，避免和一個(gè)公司深度捆綁帶來(lái)的一種局限。

顯然，逐漸完善的生態(tài)建設(shè)與商業(yè)模式，以及架構(gòu)自身的特性，使得RISC-V能破局CPU架構(gòu)雙寡頭格局，在新興市場(chǎng)領(lǐng)域中站穩(wěn)腳跟。

生態(tài)共建，尋找增量生態(tài)

今年的2023 RISC-V中國(guó)峰會(huì)是成功舉辦的第三屆，本屆峰會(huì)的主題是“RISC-V生態(tài)共建”。Calista Redmond表示：“RISC-V非常看重生態(tài)的建設(shè)，硬件沒(méi)有軟件、軟件沒(méi)有硬件都是不可以的，它們的相互匹配非常重要。RISC-V生態(tài)系統(tǒng)中最重要的是利益相關(guān)方，包括工程師、學(xué)生、中小企業(yè)、跨國(guó)企業(yè)、硬件生產(chǎn)廠商、軟件生產(chǎn)廠商，以及各種工具和資源。”

武延軍進(jìn)一步表示，早期的RISC-V處理器主要集中在微控制器、微控制單元（MCU）的層次。對(duì)于MCU以及嵌入式領(lǐng)域的一些應(yīng)用，它的生態(tài)非常小。隨著處理器能力不斷地升級(jí)，如今也有了面向服務(wù)器的處理器，越來(lái)越多的應(yīng)用可以跑在RISC-V上，這時(shí)候的生態(tài)才會(huì)真正顯現(xiàn)出來(lái)。

芯片必須要有編譯工具鏈才能將其指令集特性發(fā)揮出來(lái)，傳統(tǒng)上一般有兩種方式，一種是廠家自己開發(fā)，提供是私有的工具鏈，推出一款開發(fā)平臺(tái)與工具鏈相匹配；另一種是大家共同打造一個(gè)公共的工具鏈，私有的部分以二進(jìn)制的方式提供，這對(duì)RISC-V來(lái)說(shuō)是更為合適的一種方式。

過(guò)去一年的時(shí)間批準(zhǔn)了一些新的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展指令集，更多的指令集標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范陸續(xù)推出，工具鏈也在不斷地往前發(fā)展。總的來(lái)說(shuō)，在這個(gè)過(guò)程中變得逐漸成熟起來(lái)了。大家都意識(shí)到，對(duì)于工具鏈應(yīng)該要共建，對(duì)于RISC-V軟件生態(tài)，也應(yīng)該大家去共同建設(shè)。

目前國(guó)際上著名的開源社區(qū)Debian已首次把RISC-V作為官方支持的指令集架構(gòu)，此外，openEuler社區(qū)、Google的Android開源版本AOSP也將陸續(xù)會(huì)把RISC-V當(dāng)作官方支持的Tier-1指令集。

武延軍表示，今年9月，中國(guó)科學(xué)院軟件所會(huì)推出OpenEuler RISC-V版本，這將是OpenEuler第一次把在x86和Arm之外把RISC-V作為官方支持的指令集。在軟件生態(tài)建設(shè)的路上，以后會(huì)走得越來(lái)越快。

存量生態(tài)里應(yīng)用的遷移是不小的挑戰(zhàn)，以應(yīng)用層的軟件為例，在Android的軟件上加起來(lái)大概900萬(wàn)個(gè)App，Windows的環(huán)境下應(yīng)用也是在幾百萬(wàn)的級(jí)別，改用RISC-V之后應(yīng)用如何遷移是存量生態(tài)里需要解決的問(wèn)題。

包云崗指出，最好的方式是找到增量的生態(tài)、增量的應(yīng)用場(chǎng)景， X86和ARM現(xiàn)在也沒(méi)有形成主流，RISC-V和它們?cè)谕粋€(gè)起跑線上。這樣的情況下，RISC-V的優(yōu)勢(shì)就可以發(fā)揮出來(lái)了，可以通過(guò)開放開源方式聯(lián)合全世界更多的底梁在這個(gè)生態(tài)中快速地構(gòu)建和發(fā)展。移動(dòng)汽車是非常有前景的場(chǎng)景，將來(lái)可以先從自動(dòng)駕駛領(lǐng)域里切入形成新生的生態(tài)，逐步影響到其他傳統(tǒng)生態(tài)。

RISC-V走向高端

今年能夠看到的RISC-V最大的變化，就是走向高端了。

武延軍指出，在MCU領(lǐng)域，RISC-V對(duì)于ARM平行的替代已經(jīng)沒(méi)有任何問(wèn)題了。它現(xiàn)在正在逐漸地往上走，現(xiàn)在已經(jīng)有了RISC-V筆記本電腦、RISC-V服務(wù)器、RISC-V萬(wàn)兆交換機(jī)。隨著生態(tài)的逐漸完善，處理器能力越來(lái)越強(qiáng)，軟件生態(tài)越來(lái)越豐富，RISC-V走向高端的趨勢(shì)會(huì)更加勢(shì)不可擋。

包云崗表示，當(dāng)下對(duì)AI算力的需求在不斷增加，AI算力需求增加的過(guò)程中離不開通用計(jì)算的支持，高性能的RISC-V可以在更多的領(lǐng)域里創(chuàng)造一些新的架構(gòu)，進(jìn)而提供更高的計(jì)算效率。如自動(dòng)駕駛、大模型運(yùn)算場(chǎng)景，RISC-V都能夠在其中發(fā)揮很大的作用。

RISC-V結(jié)合AI加速器，集成到一顆芯片里，就不需要通過(guò)PCIe總線對(duì)數(shù)據(jù)做長(zhǎng)距離的遷移，也不會(huì)影響到帶寬。因此，RISC-V的開放性能夠帶來(lái)更多的創(chuàng)新機(jī)會(huì)，尤其是面對(duì)一些未來(lái)的應(yīng)用場(chǎng)景。

如今，“香山”的最新一代“昆明湖”已經(jīng)可以達(dá)到兩三年前ARM高性能處理器核的水平，接下來(lái)還將會(huì)對(duì)面積、功耗進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)。由于采用開源的方式，這些性能在開源社區(qū)里，全世界的企業(yè)都可以在GitHub上下載得到。

RISC-V五種商業(yè)模式

RISC-V的商業(yè)化落地是業(yè)內(nèi)非常關(guān)注的問(wèn)題，事實(shí)上，在RISC-V不斷的發(fā)展過(guò)程中，也衍生出了不同的商業(yè)模式，包云崗總結(jié)為五種：

第一種，復(fù)制ARM模式，成立RISC-V IP公司，提供自研的IP核或Chiplet；

第二種，在高價(jià)值的高性能RISC-V領(lǐng)域，自研處理器核、Chiplet和SoC，可省去高昂授權(quán)費(fèi)，并且自由定制和擴(kuò)展；

第三種，針對(duì)某個(gè)特定量大的應(yīng)用場(chǎng)景，自研或基于開源RISC-V處理器核，并開發(fā)專用芯片；

第四種，參考TI模式創(chuàng)建一個(gè)平臺(tái)型公司，為中小用戶提供“一站式芯片設(shè)計(jì)服務(wù)”，滿足面向千億量級(jí)IoT場(chǎng)景的成千上萬(wàn)種定制芯片需求；

第五種，復(fù)制開源軟件領(lǐng)域的商業(yè)模式，基于開源的RISC-V實(shí)現(xiàn)（比如香山）來(lái)為下游SoC芯片設(shè)計(jì)企業(yè)提供IP產(chǎn)品和設(shè)計(jì)服務(wù)。

其中，前三種商業(yè)模式上比較清晰，而且可以復(fù)用現(xiàn)有的芯片開發(fā)工具，大多數(shù)創(chuàng)業(yè)公司也都集中于這三種模式。后面兩種模式會(huì)有更大的風(fēng)險(xiǎn)或更多的不確定性，但它相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)會(huì)少很多，因此將來(lái)會(huì)有更大的機(jī)會(huì)。

8月4日，博世、高通、英飛凌、Nordic以及恩智浦五家頭部汽車電子芯片公司共同宣布，將投資在德國(guó)成立一家基于開源RISC-V架構(gòu)的合資公司。一方面反映出RISC-V的行業(yè)影響在不斷加大；另一方面，頭部企業(yè)的入局勢(shì)必也會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)RISC-V架構(gòu)應(yīng)用加速發(fā)展。

對(duì)于那些還沒(méi)有支持到RISC-V的組織，Calista Redmond認(rèn)為，一種架構(gòu)被多方所擁抱、采納，歷來(lái)上是以波浪式的方式所進(jìn)行的，最早采納新架構(gòu)的公司稱為“追隨者”，有的公司愿意做“第一個(gè)吃螃蟹的人”，他們?cè)趧e人起步之前已經(jīng)走出很遠(yuǎn)，成為遙遙領(lǐng)先的第一名；接著是“等待者”，他們要等待看有更多的同類型的公司擁抱/采納了一種架構(gòu)，他們才會(huì)有這種意愿；還有“后到者”，要看整個(gè)行業(yè)都采用這樣的架構(gòu)，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)也建立起來(lái)了，才會(huì)邁出步伐來(lái)。

對(duì)于多數(shù)公司來(lái)說(shuō)，客戶永遠(yuǎn)是最大的推動(dòng)因素，市場(chǎng)的影響力是巨大的，比如授權(quán)證書方面的條款、兼容性方面客戶提出的要求，能夠帶來(lái)最大的影響力，未來(lái)公司的機(jī)會(huì)在什么地方也是他們選擇新的架構(gòu)的驅(qū)動(dòng)因素。

從歷史角度來(lái)講，擁抱或采納RISC-V，一開始是為了從降低能耗、減少尺寸的考慮出發(fā)，現(xiàn)在越來(lái)越公司是從增加性能的角度來(lái)開始采納RISC-V，如數(shù)據(jù)中心、無(wú)人駕駛。在這方面，一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的建立是非常重要的，Android之所以普及起來(lái)也是因?yàn)橛辛松鷳B(tài)。RISC-V在不同行業(yè)，汽車、制造業(yè)方面也在發(fā)展生態(tài)建立的領(lǐng)域。這些將在一定程度上給“等待者”和“后到者”們提供擁抱RISC-V的動(dòng)力和信心。