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

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，RISC-V的商業(yè)化價值已經(jīng)凸顯。根據(jù)RISC-V基金會的數(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，其中一半來自中國。另外，據(jù)其預(yù)測，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)隊領(lǐng)導(dǎo)研發(fā)而來，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)行個性化的開發(fā)和創(chuàng)新。加之簡化指令集、模塊化設(shè)計、可擴展等特性，使得RISC-V成為了一個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)展以及市場需求的進(jìn)一步增長，RISC-V也開始逐漸從物聯(lián)市場走向高性能領(lǐng)域，PC、汽車、數(shù)據(jù)中心、AI等高性能領(lǐng)域成為RISC-V的重要機會市場。

在促進(jìn)RISC-V持續(xù)蓬勃發(fā)展的過程中，中國各界也在不遺余力地給予積極支持。在近期的2023 RISC-V中國峰會上，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。中國愿擁抱開源與世界協(xié)同創(chuàng)新，鼎力打造強大繁榮的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。”

本次峰會主席、中國科學(xué)院軟件研究所副所長武延軍表示：“近年來，RISC-V生態(tài)得到快速發(fā)展，吸引了全世界大量系統(tǒng)級開發(fā)人員，未來最有希望成為指令集領(lǐng)域國際開放標(biāo)準(zhǔn)，中國深度參與其中是重要推動者和貢獻(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，中國在的全球RISC-V生態(tài)中發(fā)揮著重要作用?！?/p>

RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond表示：“從中國的學(xué)術(shù)界和企業(yè)中都能看到，中國在積極參與、積極合作、積極貢獻(xiàn)開源標(biāo)準(zhǔn)的道路上已經(jīng)走了很長時間，正在為RISC-V繼續(xù)做著貢獻(xiàn)。我們?yōu)橹袊陂_源方面所做的貢獻(xiàn)感到自豪?！?/p>

左起依次為：RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond、大會主席/中國科學(xué)院軟件研究所副所長武延軍、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)場拍攝）

回顧歷史，也曾存在其他指令集架構(gòu)有過短暫輝煌之后便沒了水花的案例，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，在過去的50多年，有不同的指令集架構(gòu)曾經(jīng)出現(xiàn)過，其中Arm和X86兩個指令集架構(gòu)能鶴立雞群，主要是由于它們在工作負(fù)載、規(guī)模以及縱向的整合能力上有相對突出的表現(xiàn)。

如今移動終端的計算和以前的工作負(fù)載有所不同，在新的時代，一個指令集架構(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。在這個時代，指令集架構(gòu)能夠給予設(shè)計者以及設(shè)計過程更大的自由度，避免和一個公司深度捆綁帶來的一種局限。

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中國峰會是成功舉辦的第三屆，本屆峰會的主題是“RISC-V生態(tài)共建”。Calista Redmond表示：“RISC-V非?？粗厣鷳B(tài)的建設(shè)，硬件沒有軟件、軟件沒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?！?/p>

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，如今也有了面向服務(wù)器的處理器，越來越多的應(yīng)用可以跑在RISC-V上，這時候的生態(tài)才會真正顯現(xiàn)出來。

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，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)平臺與工具鏈相匹配；另一種是大家共同打造一個公共的工具鏈，私有的部分以二進(jìn)制的方式提供，這對RISC-V來說是更為合適的一種方式。

過去一年的時間批準(zhǔn)了一些新的標(biāo)準(zhǔn)擴展指令集，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?？偟膩碚f，在這個過程中變得逐漸成熟起來了。大家都意識到，對于工具鏈應(yīng)該要共建，對于RISC-V軟件生態(tài)，也應(yīng)該大家去共同建設(shè)。

目前國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，中國科學(xué)院軟件所會推出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，以后會走得越來越快。

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的軟件上加起來大概900萬個App，Windows的環(huán)境下應(yīng)用也是在幾百萬的級別，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)用場景， X86和ARM現(xiàn)在也沒有形成主流，RISC-V和它們在同一個起跑線上。這樣的情況下，RISC-V的優(yōu)勢就可以發(fā)揮出來了，可以通過開放開源方式聯(lián)合全世界更多的底梁在這個生態(tài)中快速地構(gòu)建和發(fā)展。移動汽車是非常有前景的場景，將來可以先從自動駕駛領(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對于ARM平行的替代已經(jīng)沒有任何問題了。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萬兆交換機。隨著生態(tài)的逐漸完善，處理器能力越來越強，軟件生態(tài)越來越豐富，RISC-V走向高端的趨勢會更加勢不可擋。

包云崗表示，當(dāng)下對AI算力的需求在不斷增加，AI算力需求增加的過程中離不開通用計算的支持，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)而提供更高的計算效率。如自動駕駛、大模型運算場景，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PCIe總線對數(shù)據(jù)做長距離的遷移，也不會影響到帶寬。因此，RISC-V的開放性能夠帶來更多的創(chuàng)新機會，尤其是面對一些未來的應(yīng)用場景。

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，接下來還將會對面積、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)注的問題，事實上，在RISC-V不斷的發(fā)展過程中，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，并且自由定制和擴展；

第三種，針對某個特定量大的應(yīng)用場景，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)建一個平臺型公司，為中小用戶提供“一站式芯片設(shè)計服務(wù)”，滿足面向千億量級IoT場景的成千上萬種定制芯片需求；

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實現(xiàn)（比如香山）來為下游SoC芯片設(shè)計企業(yè)提供IP產(chǎn)品和設(shè)計服務(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。后面兩種模式會有更大的風(fēng)險或更多的不確定性，但它相對競爭會少很多，因此將來會有更大的機會。

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)的入局勢必也會進(jìn)一步推動RISC-V架構(gòu)應(yīng)用加速發(fā)展。

對于那些還沒有支持到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“第一個吃螃蟹的人”，他們在別人起步之前已經(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)，他們才會有這種意愿；還有“后到者”，要看整個行業(yè)都采用這樣的架構(gòu)，整個生態(tài)系統(tǒng)也建立起來了，才會邁出步伐來。

對于多數(shù)公司來說，客戶永遠(yuǎn)是最大的推動因素，市場的影響力是巨大的，比如授權(quán)證書方面的條款、兼容性方面客戶提出的要求，能夠帶來最大的影響力，未來公司的機會在什么地方也是他們選擇新的架構(gòu)的驅(qū)動因素。

從歷史角度來講，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)在越來越公司是從增加性能的角度來開始采納RISC-V，如數(shù)據(jù)中心、無人駕駛。在這方面，一個生態(tài)系統(tǒng)的建立是非常重要的，Android之所以普及起來也是因為有了生態(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的動力和信心。