芯片战场丨RISC-V疾行：何以与Arm和X86架构三分天下？

21世纪经济报道记者骆轶琪 上海、深圳报道

在半导体的上游芯片架构层面，多年来，服务器领域以X86稳坐霸主地位，手机移动终端则以Arm占据99%的绝对优势位置。

但市场总是会欢迎新入局者，尤其是与Arm同为精简指令集（RISC）的类似架构，参与市场竞争。这一方面源于部分既有架构的封闭性，另一方面高昂的芯片授权成本也催生市场找寻新的发展模式。

RISC-V就这样走到了聚光灯下，虽然其并不是一种新生事物，实际上在2010年就由加州大学伯克利分院的一名教授发明。据统计，2022年全球采用RISC-V架构的芯片出货量已超100亿颗。作为参照，这一速度要快于Arm架构。

半导体市场也呼唤一种不由某家厂商所主导，且开源的基础芯片架构。中国工程院院士倪光南多次表示，中国在芯片产业发展过程中应当重视RISC-V架构，除了架构本身的优势外，近些年其生态培育已经日臻完善。

业界对于RISC-V的定位是，将与X86和Arm“三分天下”。

RISC-V快速发展

RISC-V是什么？为什么在实力雄厚的既有架构面前，这一新架构被推到台前？

某种程度上看，RISC-V和Arm同属精简指令集（RISC）架构，相比复杂指令集（CISC）架构的X86来说，前者具有功耗较低、运算相对简单的特点，后者则更偏向于较重规模的运算能力。由此在应用场景中，X86更多被应用在服务器等对运算有更高规模的场景，RISC的代表之一Arm则更多被用在相对轻量化的电子终端设备如手机中。

从商业模式来说，X86是封闭的指令架构，供应商主要为英特尔和AMD，基于架构开发芯片并且售卖；Arm架构是由Arm公司研发，基于架构再开发处理器核出售给芯片设计公司。

由此，RISC-V是目前市面上主流架构中，并不由某一家公司所主导的芯片架构，且采用了开源架构，其特性在于可定制、易于扩展等。

近几年来，有越来越多半导体业界的头部公司和产业人士开始参与RISC-V建设。

前不久，全球芯片龙头公司高通、博世、英飞凌、Nordic半导体、恩智浦等宣布，将联手组建一家专注RISC-V技术的新公司，初期重点将在汽车领域，远期目标是拓展到移动和物联网等市场。当然新公司落地还有待监管机构批准。

曾在苹果、AMD等公司担任核心研发人员的不少半导体业界资深人士也相继加入定位RISC-V架构的芯片创业公司、担任核心岗位。如Jim Kelle，他曾参与研发苹果A4、A5两款处理器芯片，在AMD赶上英特尔的道路上也是关键人物，其目前就职于TenstorrentInc，一家专注RISC-V芯片开发的加拿大芯片独角兽公司。

“观察海外头部芯片设计公司的牛人会发现，不少新成立、备受关注的RISC-V芯片公司，原本出自苹果芯片团队。他们从X86架构转移到Arm架构，再到今天从事RISC-V。我会认为，这一群人反复在流动中探路，但这基本也就代表了未来趋势。”一名芯片行业从业者如此对记者感慨。

“某种程度上，RISC-V有类似踩Arm的石头过河的感觉，包括应用落地和建设生态的过程。”该名人士分析，目前在生态建设方面，最大的感受是，参与的企业越来越多，企业体量也越来越高。

类似Arm的Linaro生态，此前谷歌、高通、英特尔等公司参与发起全球RISC-V软件生态计划（RISE），旨在加速RISC-V新架构的生态建设和应用商业化进程，成员将推动RISC-V处理器在移动通信、数据中心、边缘计算和自动驾驶等领域落地。

“这就类似马太效应、赢家通吃。”前述人士进一步表示，典型如Arm的高端产品路线图正由苹果主导推动，在国内创业公司看来，一些芯片行业龙头入场、RISC-V本身龙头公司也在积极推出产品，这导致的结果是，即便以一年为周期回望，都会发现其中的应用场景和性能迭代都有很大变化与提升。“现在的感受是，如果你还不进入RISC-V产业，后续想再进来就没机会了。”

进入复杂芯片

从早年间在IoT和MCU类芯片中较多应用，至今RISC-V架构已经进入越来越多的复杂芯片领域。

一名此前多年从事Arm架构芯片设计的从业者对记者分析，“RISC-V在硬件层面的核性能发展到了一个新阶段，同时产业界也希望在X86和Arm的既有龙头之外，找到一种新的、不受单一企业主导的产业力量。接下来还需要提升的就是软件生态，后续还将包括IP的一系列整合等，会让RISC-V芯片慢慢从偏低端往高端方向发展。”

近日举行的第三届滴水湖中国RISC-V产业论坛期间记者发现，已经有定位高性能CPU、AI计算、通信等领域的RISC-V芯片产品出现，其中有的已经实现量产。

（关于“RISC-V有望在哪些领域‘三分天下’”话题的投票结果。图源：滴水湖论坛官方）

典型代表是前述TenstorrentInc公司，就是定位打造高性能RISC-V芯片。TenstorrentInc首席CPU构架师练维汉在现场分析道，计算要发生在任何一个角落。举例来说，人类作为一种复杂的生物机器，不会让所有皮肤接触到的信息都要传递到大脑做决定，而是一些触觉信息在皮肤层面就进行了筛选。同理在计算领域，不会把所有接收到的计算信息都上传云端，而是让计算发生在每一个角落，才能够更好实现功效需求。

这就需要芯片底层能力的可扩展性、精简、开源；同时，虽然目前Transformer架构成为推动AI的核心，但倘若未来出现变数，就需要芯片设计具有足够的弹性，RISC-V恰好都具备这些能力。

公开资料显示，在一项专业基准测试中，Tenstorrent推出基于自有处理器内核的RISC-V CPU芯片评分领先于英特尔的Sapphire Rapids、英伟达的Grace和AMD的Zen4。

南京创芯慧联技术有限公司副总裁周晋则指出，RISC-V有很多好处，但一大难题是代码密度。此前没有人敢用RISC-V设计通信基站芯片，就是因为其算法太复杂，很难在有限时间内把代码优化到极致。但通过与国内产业链厂商的合作，目前其推出的产品已经可以采用64位大内核，实现较好的集成度，并将商用。

“未来，一台手机就是一个云服务终端，这时RISC-V会有巨大价值。”周晋分析道，生成式AI浪潮中最核心的两点是：算力、数据。也即用IoT生成足够多的数据，把它灌到大算力芯片中，通过5G网络作流转；未来将用超低时延的技术，把它呈现在眼镜上。

“以RISC-V的能力和基带开发能力，加上国内运营商的云网系统，有可能建立全新的产品形态：一个比目前苹果眼镜还要轻一半的眼镜、但效果差不多、成本非常低，希望以RISC-V为动力加速元宇宙就绪。”他续称。

另据记者了解，国内也有机构在尝试用RISC-V架构设计GPGPU芯片。“核心原因有两点，第一是RISC-V的Vector扩展支持用GPGPU方式来执行；第二是当从业者不想仅仅通过购买公版IP做产品，而是需要嵌入自己独特需求的时候，RISC-V作为被大多数人接受的开源指令集架构，被选择是顺理成章。”该团队负责人如此对21世纪经济报道记者表示。

如何“三分天下”？

从简单芯片在走向高端路途中，RISC-V主要被看好的落点在于汽车和AI相关，关于其中哪一个场景更容易落地，目前业内可能还各有答案，目前相关领域国内都有了成果。

（“RISC-V高端应用在服务器和汽车电子场景中哪一个更容易落地”话题的投票，图源：滴水湖论坛官方）

芯来科技是全球率先在车规领域取得突破的公司。据芯来科技CEO彭剑英介绍，旗下功能安全CPU-NA900，是首款ISO26262 ASIL-D产品认证的RISC-V CPU IP。

“我们为什么选择汽车作为主攻方向？因为新能源汽车的出现，给电气化架构带来新改变，也就意味着有新市场、新技术需求，给RISC-V带来新发展机会。”她进一步分析，在汽车芯片行业，国内整体起步相对偏晚，希望通过借助RISC-V的路径与国内汽车上下游合作伙伴一起完成从0到1的过程。

“在新的汽车电子上，很多细分市场不再像传统大家熟悉的比如车载MCU一样，我们看到OEM走在前面，很多细分市场如毫米波、激光雷达、汽车以太网等出现，‘新’就意味着需要创新，对新技术也会比较开放。我们客户对RISC-V的接受和拥抱程度，远高于传统的芯片设计公司。”彭剑英表示。

练维汉也分析道，未来的汽车可以类似理解为手机加四个轮子。“大型汽车公司目前最焦虑的就是，以前最擅长的驾驶系统优势，在电动汽车中不见了。唯一能够与新进入者竞争的就是车载系统。这也是为什么这么多汽车公司要找不同的电子公司帮助做配套，就是因为要有差异性，车载系统表现好，才能走向更加高端的领域。所以未来的汽车电子系统一定是定制指令集。”

由此来看，目前X86和Arm架构都很少会为小规模公司提供定制化需求，唯一的选择就是RISC-V架构。“所以我认为在当前节点，RISC-V在自动驾驶、电子系统等方面都有很好的契机。”他进一步指出，整体来看，RISC-V架构向高性能运算、服务器、车载等方面推进落地，将相对更有机会。

至于何时RISC-V能真正有望来到“三分天下”，前述业内人士对记者分析，如果Arm授权体系出现一些变数，同时RISC-V的高性能进展更顺利、核性能提升很快，生态进展也很顺利的前提下，很快Arm就会与RISC-V正面交锋。

当然，RISC-V作为后来者，面临的挑战还有很多。除了生态构建依然在完善进程中，这种开源架构也要避免类似此前MIPS架构所带来的分散化、碎片化难题。

前述从业者就对21世纪经济报道记者举例表示，“Arm只是一家公司，但这么多厂商都加入RISC-V架构后，怎么整合生态，最关键是商业利益该怎么分配，都是从业者需要好好探讨的话题。”