RISC-V架构只适用于嵌入式芯片的误识，正在被层出不穷的高性能产品澄清。

在日前的世界半导体大会IC设计独角兽论坛上，赛昉科技资深销售总监周杰在演讲中分享了高性能RISC-V芯片的定义及实现路径。周杰列举当前的代表性产品，并指出目前上市的RISC-V芯片还处于高性能应用的起点水平。

周杰表示，RISC-V在2015年进入产业界，并在2018年进入中国产业界，虽然已经有100亿颗基于架构的芯片出现，但大部分用于嵌入式领域。有传闻说它适合嵌入式，但其实也非常适用于高性能场景。RISC-V架构不仅获得越来越多的IoT设备采用，也已经向移动、PC高性能计算领域渗透。

赛昉科技认为，高性能计算应用领域的落地路径涉及指令集、IP核心、处理器芯片、硬件平台及应用五个层面，其中硬件平台指的是基于RISC-V芯片的各种板卡，应用层则是指高性能应用所需的软件生态。高性能CPU IP则需要满足多发射、乱序执行，10级流水以上等要素。

周杰介绍，目前国内可交付的高性能IP有平头哥C910，香山雁西湖、SiFive的P550以及赛昉的昉天枢等。国内高性能RISC-V芯片、硬件平台，则有嘉楠耘智的K510 AI芯片，全志 D1芯片与哪吒开发板，平头哥ICE芯片与RVB-ICE单板计算机，SiFive U740芯片与Unmatched开发板以及赛昉的JH7110芯片和星光单板计算机。

整体来看，目前上市的RISC-V芯片还处于高性能应用的起点水平。周杰同时带来海外高性能RISC-V芯片发展情况的盘点，不仅有数据中心、XR、自动驾驶等领域的产品，还吸引了英特尔、Meta这样的重量级玩家。

立足服务器和PC市场，Ventana Micro Systems正开发基于RISC-V技术的数据中心CPU芯片。这家公司在2018年成立并，采用chiplet方式，预计2023年上半年量产；核心团队成员来自苹果、谷歌、高通、英特尔、Marve等公司的Rivos在2021年成立，目标是打造基于RISC-V的高性能CPU。

训练、推理卡领域，已有Esperanto、Tenstorrent等玩家。在XR领域，Meta基于7nm的AI加速定制芯片，样片已经用于VR头戴设备原型。在自动驾驶领域，Mobileye的L4等级EyeQ UItra,预计在2025年量产。

除此之外，intel 今年的举措尤其受到行业瞩目，其在2022加入RISC-V基金会并成为最高级别会员，设立的10亿美元基金将有很大一部分用于RISC-V芯片。

IoT世界刮起RISC-V风暴

在Arm已经牢固占据的IoT市场，RISC-V硬是创出了一片属于自己的天地，原因何在？

能降低芯片的开发成本是根本。大多数芯片公司，除非想在IP核开发上投入大量资源，否则都会从IP供应商处购买预先实现的IP核授权。这样可以节省开发时间、验证和软件开发等成本，并获得保证。RISC-V的IP授权模式与Arm并无本质差异，区别就在于授权费用远低于Arm。

大笔IP授权费用对于大型的芯片可能无足轻重，但对一些成本敏感的小型芯片产品就是一个不可忽视的负担。尤其IoT市场的主流芯片是MCU，各厂商对产品毛利方面“抠”的非常狠，采用RISC-V内核无疑是相当有吸引力的。据了解，性能接近的MCU内核，RISC-V的授权费用只有Arm的30%-50%左右。

“授权费较低的重要原因，就是市场上有多个供应商可供选择，充分竞争促使了价格的下降。”一位业内人士表示。

如同Linux世界一样，在开源的RISC-V指令集架构之上，全球多家RISC-V的IP供应商开发出了特色各异的商用IP核，使得芯片厂商有了更多的选择。

不过，“便宜”并非RISC-V受欢迎的唯一原因。按照业内普遍的看法，如果要实现与Arm核相同的功能，首先应该选择Arm核，因为其设计精良，经过很好的验证，用户采用RISC-V内核，更多的考量是想获得更大的掌控度。

“像Arm的中低端IoT芯片IP核，现在价格已经很低了，相比RISC-V内核也有很强的竞争力，但中小厂商采用RISC-V内核之后，在软件适配、知识产权保护等方面就具备了很强的掌控力。”赛昉科技产品副总裁许理表示。

IoT市场的特点是应用的多元化，需要高度定制化的算力，对处理器性能及软件的生态依赖度较低。因此，采用RISC-V内核可让芯片厂商快速完成低门槛、低成本的芯片设计，并可针对特定应用场景进行定制化指令设计。

启英泰伦副总裁张来认为，RISC-V架构的自由度很高，同样的指令集可以实现很多变化，既可以偏重于功耗，也可以强于性能，非常适应于IoT的各种细分应用。

目前，小家电、可穿戴设备、摄像头等是RISC-V内核最受欢迎的应用场景。这些领域多采用MCU+无线模块的高集成方案，MCU性能无需太强但要具备特色功能，性价比、灵活度更高的RISC-V内核正是不二之选。而小家电、可穿戴设备的巨大出货量，也使得RISC-V内核市占率稳步提升。

征服更大的世界

IoT只是RISC-V的起点。

“主流的开发工具已经开始支持，性能上RISC-V内核跟Arm内核也比较接近，即使在安全性上面，RISC-V芯片也并不落后，因为也能通过同样的安全认证，基本的发展障碍已经不存在了。”梁佳毅认为RISC-V已经做好拓展应用边界的准备。

据市调公司Semico Research的预测，到2027年，市场上将有250亿个基于RISC-V的AI SoC，预计同年收入为2910亿美元。并且，未来5年内RISC-V将在许多关键行业实现增长，包括低端智能手机增长57.2%，5G基础设施增长112.3%，数据中心增长68.9%，PC和游戏机增长78%，蜂窝基础设施增长313.8%，消费者物联网预期增长85.2%。

Semico Research认为，这些不同细分市场的增长代表了RISC-V驱动的AI SoC作为加速器和/或主要CPU，将和需要CPU功能的系统紧密结合。

传统指令集架构之间的边界正在变得模糊，而随着对特定领域加速器的需求越来越多，需要新的SoC设计以满足所需工作负载的需求。RISC-V 具有极简的基本指令集并提供自定义扩展，最适合创建特殊加速器。比如，Nvidia多年来一直将RISC-V用于小核心和控制器核心，以实现GPU或AI之外的其他所有功能。Intel也计划开发自己的首款RISC-V架构处理器，将使用SiFive的RISC-V内核，整合到自己最新款的7nm Horse Creek处理器平台中。

RISC-V基金会也认同这种融合趋势。Calista Redmond认为科技公司将越来越多地将 RISC-V、x86 和 Arm 视为同一工具箱中的工具，这将导致在设备和IT基础设施中同时使用多种指令集架构。

不过，RISC-V并不满足于只做加速器这样的配角，而是希望成为数据中心、边缘计算、汽车等应用的核心处理器。

这个愿景在边缘计算中实现的最快，“很多厂商用RISC-V加AI技术做出了边缘计算盒子产品，里面运行的是特定的操作系统与应用程序，无需去做广泛的适配，能充分发挥RISC-V的特性。”许理表示。

相比之下，进入数据中心则是一个终极挑战。理论上，RISC-V具有模块化、可扩展等特性以及向量、DSP等专用指令，有机会成为数据中心等大型计算平台专业场景的极佳解决方案。并且，谷歌等大型科技公司正在开展自己的RISC-V项目。但是，要以主处理器的身份进入数据中心，依然阻碍重重。

从芯片本身来讲，数据中心主处理器的性能、可靠性要求非常高，而目前还没有商业化的高性能RISC-V CPU芯片应用在数据中心的案例。同时，处理器也只是SoC的一小部分，RISC-V内核还要处理好与内存控制器和各种总线的适配工作。即便解决了芯片本身的问题，还需要得到各种软件，特别是大型操作系统的支持，并补齐计算库的缺失。

不过，RISC-V的处境要优于当年的Arm，在RISC-V基金会和各大科技公司的推动下，未来三四年内将有望看到基于RISC-V ISA的主流数据中心应用处理器。

被新款智能手机采用

全球的大型IT企业也在积极采用RISC-V。美国谷歌2021年10月推出了新款智能手机“Pixel 6”系列，利用RISC-V架构为该系列手机开发了用于保护数据的半导体。美国苹果已开始在招聘网站上招募“RISC-V程序员”。

加入业界团体RISC-V International的各国企业、高校和个人等成员超过2000，除了美国西部数据和谷歌外，还包括美国高通、韩国三星电子、中国华为技术、德国西门子等企业，该团体目前正在进行技术开发和标准制定等工作。

美国英特尔公司推进涉足半导体代工业务，承接RISC-V半导体代工，该公司也在今年2月加入了RISC-V International。

日本企业方面，索尼半导体解决方案和日立制作所等公司也加入了该团体。日本电装公司旗下的半导体设计公司NSITEXE开发出了基于RISC-V5的IP，并向日本瑞萨电子的车载微控制器提供技术。

RISC-V与智能网联汽车

在传统汽车上，汽车芯片大致可分为三大类，分别是功能芯片MCU、功率半导体、传感器。其中，功能芯片MCU主要负责汽车的信息传递和数据处理，在车身电子系统、车身动力系统和娱乐系统等相关系统的核心所在。

随着汽车智能化水平提升，汽车需要面对的场景，以及汽车产生的数据量发生了巨大的变化，因此汽车芯片由传统的三大类变成了最新的五大类，除了功能芯片MCU、功率半导体、传感器，还增加了AI芯片和存储器。

而对于RISC-V而言，其主要的应用方向就是MCU和AI芯片。

目前，市面上已经出现了基于RISC-V架构的MCU芯片，这些芯片如果想要在汽车领域赢得机会，过车规是第一步，打入产业链进入前装市场则是关键的第二步。

当然，对于RISC-V架构而言，在MCU方面不一定是以单一产品形态出现，在异构的大趋势下，也可以作为芯片内部的软核或者硬核，提升相关芯片的系统集成度和IO接口丰富度。不过，无论是作为核心还是IP使用，过车规也是必要的一环。

倪光南院士提到了“软件定义硬件”，其实在汽车行业还有一个说话是：软件定义汽车。随着智能网联汽车概念兴起，软件的应用在汽车行业越来越普遍，也越来越重要。

软件定义汽车的本质是汽车电子电气架构EEA的大升级，从传统的分布式ECU到域控制器，并逐渐向统计中央集中式处理平台过渡，这也就是为什么人们会说未来汽车越来越像一个行驶在路上的计算机。

在电子电气架构EEA升级的过程中，如上所述，汽车上面的信息处理芯片也在发生改变，从过去的MCU变成了计算能力越来越强大的AI芯片。

当实现中央集中式架构后，汽车将进入3.0时代，自动驾驶、ADAS、智能座舱以及车联网等特性都将成为汽车的核心功能，并且所有的功能都可以通过OTA进行升级。当然汽车3.0并不是终极形态，后面还有汽车4.0，也就是进一步强化车联网的概念，将软件放置在云端，进一步提升汽车的算力水平。

而如果想要完成汽车3.0和汽车4.0的蜕变，就需要通过软件对汽车硬件进行抽象，并进行软硬件解耦，这就是软件定义汽车的核心本质，当然在此过程也需要加入其他的辅助元素，比如中间件、操作系统与虚拟化。

虽然叫中央集中式架构，但并不意味着所用到的汽车AI芯片只有CPU，还有GPU、FPGA、ASIC以及加入了神经网络单元的N-SOC等，和MCU一样，这些芯片也不是一定是以单一产品形态上车，在异构计算的概念下，厂商也在寻求各种融合，以提升硬件的灵活性，更好地适应软件不断升级的新生态。

因此，除了不断追求大算力以外，软件定义汽车时代，汽车AI芯片的一个必备的特性就是灵活性，以应对汽车上非结构化数据的爆发性增长。

那么，RISC-V架构便具有很多突出的优势来应对软件定义汽车的复杂需求。RISC-V是一种开放架构，采用宽松的BSD（伯克利软件套件）开源模式，这种开放性允许它可以自由地被用于任何目的、允许任何人设计、制造和销售基于RISC-V的芯片或软件。其次，RISC-V指令集非常简洁，没有像ARM架构和x86架构一样的历史包袱，可扩展性强。此外，RISC-V具有模块化的优势，可以以模块化的方式进行组织，能够更好地胜任软件定义硬件的高灵活性要求。

当然还有一点，也就是倪光南院士提到的，我们需要一个ARM机构和x86架构之外的本土架构。智能网联汽车是未来芯片发展重要的终端市场，更需要提前做好规划。

推广到“核心半导体”

RISC-V要进一步普及，还有课题需要解决。在用来控制设备的基板中，引入RISC-V架构的主要是外围部分的半导体，而核心部分的半导体才刚刚起步。使用ARM技术的半导体迄今为止已出货2000亿个以上，ARM在支持体制和相关软件的丰富性等方面具有很大的领先优势。

但以长远角度来看，指令集架构的主角正在发生更迭，比如苹果在个人电脑中，以采用ARM技术的自研芯片取代了原来的英特尔芯片。

据美国调查公司Semico Research预测，2022年采用RISC-V的半导体出货量将达到2.617亿个，增至去年的2.1倍，到2027年将增加至28亿个。

采用ARM技术的半导体的年出货规模为200亿个，虽然RISC-V半导体的规模与前者相比还有很大差距，但Semico Research公司认为，RISC-V还会在数据中心和通信基础设施等领域获得一定份额。在半导体的存在感进一步提升的情况下，作为其技术基础的指令集架构吸引IT巨头悉数入场。从这一现状可以看出，该产业金字塔的主角已开始迅速变化。

文章来源：问芯Voice，参考消息，爱集微APP，电子发烧友