歲末年初，多家科技巨頭的動(dòng)作，讓開放指令集標(biāo)準(zhǔn)RISC-V再度引發(fā)國內(nèi)外科技圈關(guān)注。

在中國，剛剛過去的12月，騰訊追隨阿里、華為、中興等企業(yè)的步伐加入RISC-V國際基金會(huì)，中科院聯(lián)合平頭哥、芯來科技、賽昉科技等推出了RISC-V操作系統(tǒng)“傲來2.0-RV”。

如果說中國、俄羅斯、印度等國企業(yè)投入RISC-V有自主可控的考慮，那歐美企業(yè)轉(zhuǎn)向RISC-V，對(duì)這個(gè)新興指令集的崛起則更具有標(biāo)志性意義。

在剛剛過去的RISC-V峰會(huì)2022上，谷歌旗下安卓操作系統(tǒng)（Android）表示，希望RISC-V能和ARM平起平坐，成為安卓支持的一級(jí)平臺(tái)（tier-1 platform）；高通的表態(tài)更激進(jìn)，稱自2019年驍龍865開始，CPU戰(zhàn)略和路線圖就已轉(zhuǎn)向RISC-V。

眾所周知，自移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代開啟以來，安卓和ARM一同筑起了移動(dòng)終端領(lǐng)域的“AA”生態(tài)體系，如今安卓為何會(huì)“一心二用”主動(dòng)示好RISC-V？高通更是依靠ARM授權(quán)，成為高端移動(dòng)處理器領(lǐng)域的領(lǐng)頭羊，為何現(xiàn)在又要堅(jiān)決轉(zhuǎn)向RISC-V？

對(duì)于廣大消費(fèi)者來說，更關(guān)心的是，RISC-V這種指令集有沒有地緣政治風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)不會(huì)被卡脖子？未來有沒有可能打破舊有的生態(tài)秩序，和X86、ARM三分天下，甚至取而代之？

國外科技媒體報(bào)道截圖

“賺不了大錢”的ARM，要掘高通的根？

在講述一切事情之前，首先要厘清什么是指令集。

所謂指令，就是指示處理器芯片執(zhí)行某種運(yùn)算、處理功能的命令，所有指令的集合就被稱作指令集，通常所說的X86、ARM、RISC-V、MIPS、LoongArch及SW64都是不同的指令集標(biāo)準(zhǔn)。

用通俗易懂的話來說，指令集標(biāo)準(zhǔn)類似語法規(guī)則，根據(jù)不同的語法規(guī)則可以寫出不同的文章，根據(jù)不同的指令集標(biāo)準(zhǔn)也就可以設(shè)計(jì)出不同的處理器微架構(gòu)和芯片。作為一種規(guī)范，指令集標(biāo)準(zhǔn)往往用一本書或幾張紙來記錄描述，而處理器實(shí)現(xiàn)是基于指令集規(guī)范完成的源代碼。

從芯片設(shè)計(jì)上看，指令集標(biāo)準(zhǔn)相對(duì)沒有那么重要，芯片設(shè)計(jì)業(yè)者的核心能力還是根據(jù)指令集進(jìn)行微架構(gòu)和核心設(shè)計(jì)，而微架構(gòu)決定著芯片的性能、功耗和面積（PPA）。但在軟件層面，指令集對(duì)軟件生態(tài)又非常重要，決定著軟件研發(fā)投入的效率。

2022年12月28日，中科院計(jì)算所研究員包云崗在北京微電子國際研討會(huì)暨IC WORLD大會(huì)上的報(bào)告

從1978年6月英特爾發(fā)布16位微處理器“8086”算起，X86指令集已有45年的發(fā)展歷史，如今X86在PC和服務(wù)器領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位；ARM指令集同樣歷史悠久，從1985年ARM V1指令集算起，距今也有近40年的歷史，目前ARM指令集在移動(dòng)終端芯片領(lǐng)域具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

近些年，隨著地緣政治局勢(shì)持續(xù)緊張，以及X86指令集的擁有者英特爾自己的主要業(yè)務(wù)就是X86處理器，追求自主可控的廠商基本不會(huì)首先考慮X86指令集。

ARM指令集和X86一樣，屬于企業(yè)私有，不過ARM總部位于歐洲，而且ARM自身不做芯片，而是專門通過授權(quán)的方式幫助其他芯片設(shè)計(jì)公司進(jìn)行開發(fā)，這種開放模式也幫助ARM在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代大放異彩。

但如今高通、谷歌等公司的態(tài)度轉(zhuǎn)向表明，即便以前的“美國鐵桿盟友”，也不再把籌碼全部放在ARM身上，說白了就是不再完全信任ARM。這其中有什么個(gè)中緣由？

（資料圖）

地緣政治應(yīng)該不是主要因素，畢竟ARM總部位于英國劍橋，即便被軟銀收購，控制權(quán)也處于日本手中，這些國家都是美國的盟友，應(yīng)該不會(huì)去卡美國企業(yè)的脖子，所以關(guān)鍵原因應(yīng)該還是商業(yè)考慮。

首先，ARM指令集為私人企業(yè)所有，和ARM的興衰掛鉤，如果把資源全部壓在ARM指令集身上，一旦ARM衰落，指令集也可能不再有競爭力。歷史上這樣的例子屢見不鮮，例如Alpha指令集隨著DEC被收購而消失，SPARC指令集隨著SUN公司沒落而無人問津，MIPS指令集隨著MIPS公司的顛沛流離而失去主流地位。

第二，ARM近兩年再度陷入“賣身”的動(dòng)蕩中。2020年，軟銀宣布以400億美元的價(jià)格把ARM賣給英偉達(dá)，但折騰兩年之后，這筆出售未能通過各國的反壟斷調(diào)查而最終告吹。但很快，持續(xù)巨額虧損的軟銀又啟動(dòng)了ARM的IPO進(jìn)程。而在此過程中，ARM中國又爆發(fā)了“奪權(quán)風(fēng)波”，也外界吃瓜的同時(shí)擔(dān)心ARM的穩(wěn)定。

第三，也是最關(guān)鍵的原因，就是ARM可能不會(huì)再像以前那么開放。前面提到，ARM能在移動(dòng)芯片領(lǐng)域表現(xiàn)出色，主要受益于其開放的授權(quán)模式。用ARM創(chuàng)始人的話來說，就是“可以將技術(shù)賣給所有人”。但這樣的商業(yè)模式雖可以搶占市場份額，卻并沒有讓ARM賺到太多錢。

2021年，這家掌握全球智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)命脈的公司，營收同比增長35%，但只有27億美元，上游客戶蘋果則有數(shù)千億美元。雪上加霜的是，美國限制ARM對(duì)華出售先進(jìn)CPU設(shè)計(jì)IP，這無疑會(huì)壓低ARM的營收。2021年，ARM中國合資企業(yè)約占總收入的20%，即5.4億美元。

眼下，孫正義一心推動(dòng)ARM重新上市，但想要高估值自然需要亮眼的財(cái)報(bào)和誘人的商業(yè)模式，在中國市場受限的情況下，ARM動(dòng)起了改變授權(quán)模式的心思。

了解消費(fèi)電子行業(yè)的都知道，目前包括高通、三星和聯(lián)發(fā)科在內(nèi)的手機(jī)處理器廠商，在SoC芯片中采用的是ARM研發(fā)的公版CPU架構(gòu)，而在GPU中，高通自研了Adreno GPU，聯(lián)發(fā)科采用的是Imagination GPU，三星采用的則是AMD的GPU，也由此形成了各自的差異化性能。

高通處理器發(fā)布會(huì)

而根據(jù)高通兩個(gè)月前的爆料，在2024年之后，高通和其他半導(dǎo)體設(shè)計(jì)企業(yè)可能將無法向OEM客戶提供ARM公版CPU外的其他自研SoC組件，因?yàn)锳RM計(jì)劃將GPU、NPU、ISP等組件和CPU進(jìn)行“捆綁銷售”。此事如果屬實(shí)，意味著高通等廠商要么采用全ARM架構(gòu)芯片，要么自研CPU內(nèi)核。前一種方案會(huì)導(dǎo)致廠商間的差異化減弱，后一種方案則會(huì)大幅增加研發(fā)難度。

這還不是最要命的。國外分析機(jī)構(gòu)SemiAnalysis援引的高通起訴書顯示，從2025年起高通將無法繼續(xù)提供ARM架構(gòu)的芯片，因?yàn)楦咄ǖ腁RM許可證協(xié)議將在2024年終止，ARM不會(huì)延長這份協(xié)議，也不會(huì)允許高通從2025年開始繼續(xù)提供ARM架構(gòu)產(chǎn)品。

盡管高通是從其他信源得知ARM這一系列說辭的，但高通聽到這個(gè)能不急嗎？有科技媒體直言，這簡直是在掘高通的根，畢竟圍繞智能手機(jī)的相關(guān)業(yè)務(wù)是高通營收的半壁江山。

在高通的爆料引發(fā)軒然大波后，ARM出面表示高通的說法“充滿了不準(zhǔn)確之處”。而就在高通起訴ARM之前，ARM率先起訴了高通和高通收購的Nuvia，指控兩者違反許可協(xié)議并侵犯商標(biāo)權(quán)。此外，ARM還試圖通過起訴，迫使高通銷毀根據(jù)Nuvia與ARM授權(quán)協(xié)議開發(fā)的設(shè)計(jì)。

不管二者之間的恩怨真相如何，這一系列爭議無疑堅(jiān)定了高通不再把“雞蛋全部放在一個(gè)籃子里”的決心。在近期的RISC-V峰會(huì)2022上，高通產(chǎn)品管理總監(jiān)Manju Varma透露，高通已在PC、移動(dòng)設(shè)備、可穿戴設(shè)備、聯(lián)網(wǎng)汽車，以及AR/VR頭顯的SoC中使用RISC-V架構(gòu)的微控制器，迄今為止已出貨超過6.5億個(gè)RISC-V內(nèi)核，成為“RISC-V實(shí)施的領(lǐng)導(dǎo)者之一”。

不同于ARM和高通間的供應(yīng)商客戶關(guān)系，安卓（Android）和ARM之間是移動(dòng)終端領(lǐng)域的軟硬件盟友關(guān)系（AA體系），就像英特爾和微軟在PC領(lǐng)域形成的Wintel聯(lián)盟。

在RISC-V峰會(huì)2022上，安卓工程總監(jiān)Lars Bergstrom表示，希望RISC-V成為安卓支持的一級(jí)平臺(tái)（tier-1 platform），這意味著在安卓眼中，RISC-V將和ARM平起平坐。而這應(yīng)該和恩怨無關(guān)，更可能是由于RISC-V的影響力正日益增長。

不只是安卓想適配RISC-V，RISC-V硬件也在主動(dòng)適配安卓。在前述峰會(huì)上，基于阿里平頭哥RISC-V SoC原型曳影1520，在安卓12（AOSP）上成功運(yùn)行多媒體、3D渲染、AI識(shí)物等場景及功能。

中國工程院院士倪光南曾斷言，RISC-V未來有望和X86、ARM在CPU領(lǐng)域三分天下。但RISC-V未來真的能改變半導(dǎo)體行業(yè)的游戲規(guī)則嗎？

發(fā)展勢(shì)頭迅猛，但挑戰(zhàn)X86和ARM仍任重道遠(yuǎn)

與有數(shù)十年歷史的X86和ARM不同，2010年誕生于美國伯克利大學(xué)的RISC-V，還很年輕。

與X86、ARM不同，RISC-V的最大特點(diǎn)是開源開放，相關(guān)源代碼和文檔免費(fèi)公開，不被任何企業(yè)私有，但這并不意味著具體的處理器實(shí)現(xiàn)也都是開源免費(fèi)的?；赗ISC-V指令集規(guī)范，既可以由開源社區(qū)來開發(fā)開源免費(fèi)版的處理器實(shí)現(xiàn)，也可以有商業(yè)公司開發(fā)收費(fèi)授權(quán)版的處理器實(shí)現(xiàn)。2015年，負(fù)責(zé)管理運(yùn)營RISC-V的非盈利組織“RISC-V基金會(huì)”成立，并于2019年遷址瑞士，成立了RISC-V國際基金會(huì)。

（資料圖）

由于X86和ARM被歐美主導(dǎo)掌控，開放的指令集標(biāo)準(zhǔn)RISC-V也成為追求自主可控的國家的重要選擇。

中國就是RISC-V產(chǎn)業(yè)的主要推動(dòng)者之一，目前在RISC-V國際基金會(huì)高級(jí)會(huì)員中，超過一半來自中國，包括阿里巴巴、華為、成為資本、中科院、中興通訊、騰訊等公司和機(jī)構(gòu)，同時(shí)也有大量中國企業(yè)已基于RISC-V推出了芯片產(chǎn)品。

中國之外，印度和被西方持續(xù)制裁的俄羅斯也在押注RISC-V。

去年，印度電子和信息技術(shù)部以高級(jí)會(huì) 員身份加入RISC-V國際基金會(huì)，目標(biāo)是基于RISC-V自主研發(fā)微處理器，并在2023年12月前實(shí)現(xiàn)流片。俄羅斯也宣布將為RISC-V處理器開發(fā)提供大量資金支持，并將此視為當(dāng)務(wù)之急，“因?yàn)閄86和ARM對(duì)俄羅斯來說，都存在不確定性和被歐美制裁的風(fēng)險(xiǎn)”。

但由于研發(fā)力量和投入資源的不同，目前能在RISC-V領(lǐng)域和中國并駕齊驅(qū)的還是歐美。

高通、谷歌、英特爾、希捷等美國企業(yè)都是RISC-V基金會(huì)的高級(jí)會(huì)員，蘋果、Meta等大公司也在RISC-V領(lǐng)域有所動(dòng)作。歐洲同樣想減輕對(duì)X86和ARM的依賴，歐盟近期宣布投入2.7億歐元，資助一個(gè)旨在構(gòu)建基于RISC-V軟硬件的高性能計(jì)算機(jī)項(xiàng)目。

在眾多國家和企業(yè)的推動(dòng)下，RISC-V也發(fā)展迅速。根據(jù)RISC-V國際基金會(huì)透露的數(shù)據(jù)，今年該基金會(huì)的會(huì)員數(shù)量同比增長超過26%，在70個(gè)國家/地區(qū)擁有超過3180名會(huì)員。如今，市場上已有超過100億個(gè)RISC-V核心，2025年RISC-V架構(gòu)芯片有望突破800億顆。

從近些年的進(jìn)度來看，由于發(fā)展時(shí)間相對(duì)較短，RISC-V處理器核心一般會(huì)在性能與X86、ARM存在差距。直到2022年8月，阿里推出的SoC平臺(tái)無劍600，才將RISC-V量產(chǎn)處理器的主頻從1GHz時(shí)代帶入2GHz時(shí)代，而2GHz主頻的RISC-V CPU與ARM在2016年推出的性能核Cortex-A73相當(dāng)。

不過，RISC-V陣營正迅速縮小差距。2022年11月，美國公司SiFive推出5nm制程的RISC-V處理器P670，主頻最高可達(dá)3.4GHz，性能對(duì)標(biāo)ARM在2020年推出的Cortex-A78，面積功耗相較A78還有一定優(yōu)勢(shì)。而在RISC-V峰會(huì)2022上，美國公司Ventana發(fā)布服務(wù)器級(jí)RISC-V核心Veyron V1，主頻可達(dá)3.6GHz。

迅猛的發(fā)展也讓RISC-V有了挑戰(zhàn)舊有秩序的自信。去年6月，RISC-V國際基金會(huì)CEO雷德蒙德在采訪中直言，RISC-V可能不會(huì)對(duì)X86構(gòu)成生存風(fēng)險(xiǎn)，但ARM最好注意一下，因?yàn)镽ISC-V計(jì)劃在5年內(nèi)完成ARM花了20年才取得的進(jìn)展。

目前來看，RISC-V短時(shí)間內(nèi)確實(shí)不會(huì)對(duì)X86造成威脅。

一方面，X86在全球PC處理器領(lǐng)域仍占據(jù)接近90%的市場份額，在服務(wù)器CPU領(lǐng)域的市場份額也超過90%，圍繞X86已經(jīng)形成龐大的應(yīng)用生態(tài)體系鏈路；另一方面，X86是一種復(fù)雜指令集（CISC），ARM和RISC-V是精簡指令集（RISC），這兩種指令集分別適用于對(duì)功耗比要求不同的領(lǐng)域，多年來已經(jīng)形成涇渭分明的市場劃分，比如X86集中在PC和數(shù)據(jù)中心，而ARM集中在移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域。

但即便對(duì)標(biāo)ARM，RISC-V仍有很長的路要走。

2021年，ARM芯片出貨量高達(dá)292億顆，比RISC-V誕生以來的累計(jì)出貨量還多。作為IP龍頭，2019年ARM在移動(dòng)處理器和物聯(lián)網(wǎng)處理器市場就已占據(jù)90%的市場份額，還計(jì)劃在2028年占據(jù)65%的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備市場、90%的車載信息娛樂和駕駛員輔助市場，以及25%的數(shù)據(jù)中心市場。

從近期一些專家和業(yè)內(nèi)人士的觀點(diǎn)來看，RISC-V目前可能處在2000年-2005年的ARM發(fā)展階段。

截至2022年末，中國大約有50款不同型號(hào)的國產(chǎn)RISC-V芯片量產(chǎn)，應(yīng)用場景集中在MCU、電源管理、無線連接、存儲(chǔ)控制、物聯(lián)網(wǎng)等中低端場景，雖然技術(shù)落地已度過初級(jí)階段，但在國內(nèi)產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化之路上，仍面臨不少“攔路虎”。

中科院推出開源高性能RISC-V處理器“香山”系列

由于誕生時(shí)間較短，RISC-V在中國本土市場，相關(guān)編譯器、開發(fā)工具和軟件開發(fā)環(huán)境及其他生態(tài)要素還在建設(shè)當(dāng)中。此外，RISC-V早期發(fā)展大多在國外，因此國際協(xié)作至為關(guān)鍵。要讓RISC-V持續(xù)良性向前發(fā)展，顯然還需要更多生態(tài)伙伴的參與和配合，如何構(gòu)建一個(gè)可持續(xù)的生態(tài)是擺在RISC-V面前的一道核心考題。

一些業(yè)內(nèi)人士指出，雖然大企業(yè)做RISC-V芯片的很多，但是基本上都是把RISC-V當(dāng)做備選，小企業(yè)搭便車的更多，而全力押注做RISC-V的小企業(yè)又很難產(chǎn)生影響力，開源的結(jié)果就是過度分散，這在一定程度上拖慢了RISC-V生態(tài)的完善，導(dǎo)致在軟件、工具鏈、人才和知識(shí)產(chǎn)權(quán)上還與主流架構(gòu)存在差距。

“RISC-V的產(chǎn)業(yè)化目前的難度還是在于沒有找到明確的市場切入點(diǎn)，也就是‘殺手級(jí)’應(yīng)用場景?！?/p>

在北京開源芯片研究院助理院長唐丹看來，在移動(dòng)端生態(tài)出現(xiàn)的前幾十年，ARM的發(fā)展也較為緩慢。目前，RISC-V在軟件生態(tài)鏈較短的IoT應(yīng)用場景，特別是需要根據(jù)應(yīng)用場景定制的市場，已經(jīng)有廣泛的應(yīng)用，但一個(gè)生態(tài)真正成熟還是要靠高端生態(tài)牽引。

但在倪光南等院士看來，RISC-V的確為中國掌握世界主流芯片的產(chǎn)業(yè)主動(dòng)權(quán)提供了新機(jī)遇。借助于開源開放的RISC-V指令集，擁有芯片微架構(gòu)設(shè)計(jì)能力的企業(yè)都可以進(jìn)行芯片開發(fā)，不會(huì)受政治因素制約。

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