中國力推RISC-V架構(gòu)，欲挑戰(zhàn)巨頭ARM和英特爾
2019-05-18 11:11:50 觀察者網(wǎng)
目前，RISC-V進一步在國內(nèi)鋪開發(fā)展。自2019年5月6日起，由RISC-V與Linux兩大基金會合作并開展系列面向RISC-V架構(gòu)技術(shù)的研討會，歷時11天先后在中國深圳、成都、上海、杭州、北京5個城市的RISC-V進行路演，以推動RISC-V在中國的產(chǎn)業(yè)化。
實際上，在全球微處理器指令集架構(gòu)中，英特爾的X86和ARM架構(gòu)目前占據(jù)了主流市場。RISC-V基金會中國顧問委員會主席方之熙近日表示，在物聯(lián)網(wǎng)時代，RISC-V若能充分其優(yōu)勢，將對英特爾的X86和ARM構(gòu)成挑戰(zhàn)，甚至成為行業(yè)第一。
他還表示，以前龍芯關(guān)起門來"做"和其它國內(nèi)企業(yè)跟在對手后面研發(fā)兩條路行不通。若加大項目和資金投入，RISC-V對中國而言是一個很好的機會。而RISC-V的市場目前主要集中在物聯(lián)網(wǎng)、控制器、數(shù)據(jù)中心的專用芯片和邊緣計算等。
免費開源，四年會員漲至235家
第一代RISC（精簡指令處理器）的誕生可追溯至1980年。當時，加州大學伯克利分校(Berkeley)的教授大衛(wèi)帕特森（David Patterson）主導了Berkeley RISC項目并設(shè)計了其第一代的處理器RISC I。
2010年，加州大學伯克利分校的另一位教授克里斯塔阿薩諾維奇（Krste Asanovic）帶領(lǐng)的團隊大約花了四年時間，設(shè)計和開發(fā)了一套完整的新的指令集，這個新的指令集叫做RISC-V。這是Berkeley從RISC I開始設(shè)計的第五代指令集架構(gòu)，V還代表了變化(variation)和向量(vectors)。
據(jù)了解，該指令集的第一個版本只包含46條指令，可以用于實現(xiàn)一個具備定點運算和特權(quán)模式等基本功能的處理器。這套指令集兼具精簡和靈活兩大特點，用戶可以根據(jù)自己的需求自定義新指令。
更關(guān)鍵的是，伯克利研究團隊將RISC-V指令集徹底開放，使用BSD License開源協(xié)議，幾乎完全免費。而且BSD開源協(xié)議給予使用者很大自由，允許使用者修改和重新發(fā)布開源代碼，也允許基于開源代碼開發(fā)商業(yè)軟件發(fā)布和銷售。
2015年，為了推動RISC-V產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，克里斯塔阿薩諾維奇推動成立了非營利組織RISC-V基金會。該基金會致力于促進免費開源的 RISC-V指令集架構(gòu)(ISA)的應(yīng)用與實施，并負責RISC-V開源架構(gòu)的全球推廣工作，也組織會員共同推動RISC-V的標準完善和應(yīng)用落地。
資料顯示，RISC-V基金會的成員分為五個等級，分別是PlaTInum，Gold，Silver，Auditor，Individual。分類來看，Silver及以上面向企業(yè)，Auditor面向院校，Individual面向個人。經(jīng)過四年多的發(fā)展，RISC-V基金會的成員由最初的數(shù)家成長到235家。其中，Silver和Individual成員增幅較大。
在RISC-V基金會成員中，主要有Google、華為、IBM、鎂光、NVIDIA、高通、三星、西部數(shù)據(jù)、特斯拉等商業(yè)公司，也包括加州大學伯克利分校、麻省理工學院、普林斯頓大學、ETHZurich、印度理工學院、洛倫茲國家實驗室、新加坡南洋理工大學以及中科院計算所等學術(shù)機構(gòu)。
“中興事件”后，獲中國力推
目前，中國對RISC-V表現(xiàn)出了足夠的重視。由RISC-V與Linux兩大基金會合作并開展一系列面向RISC-V架構(gòu)技術(shù)的研討會，已于5月6日-16日先后在中國深圳、成都、上海、杭州、北京5個城市進行路演活動。
其中，有13家RISC-V基金會成員參與，包括阿里巴巴集團、晶心科技(Andes Technology)、Codasip、GreenWaves Technologies、Nervos、芯來科技(Nuclei System)、恩智浦半導體(NXP)、澎峰科技(PerfXLab)、SiFive、Syntacore、Tangram、UC TECH IP和UltraSoC。
實際上，中國對RISC-V支持早已有跡可循。2018年7月，上海市經(jīng)濟信息化委發(fā)布《上海市經(jīng)濟信息化委關(guān)于開展2018年度第二批上海市軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金（集成電路和電子信息制造領(lǐng)域）項目申報工作的通知》，明確支持RISC-V相關(guān)設(shè)計和開發(fā)的企業(yè)。這可以被視為國內(nèi)首個支持RISC-V的相關(guān)政策。
此后，2018年10月17日，中國RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和上海市集成電路行業(yè)協(xié)會RISC-V專業(yè)委員會正式在上海張江揭牌成立。前者成員包括芯原控股、芯來科技、上海賽昉科技、杭州中天微、北京君正、兆易創(chuàng)新、致象爾微電子、樂鑫科技、時芯電子、紫光展銳、地平線、晶晨半導體、華大半導體、格易電子等。芯原控股有限公司為聯(lián)盟首任理事長單位。
不到一個月后，在第五屆世界互聯(lián)網(wǎng)大會上，中國開放指令生態(tài)(RISC-V)聯(lián)盟宣告成立。該聯(lián)盟由中科院計算所倪光南院士任理事長，阿里-中天微、百度、北京大學、長虹集團、清華大學、騰訊、中芯國際、紫光展銳等機構(gòu)為副理事長單位，中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院為常務(wù)副理事長單位，中科院計算所包云崗研究員任秘書長。
同樣是在去年11月舉辦的世界互聯(lián)網(wǎng)大會上，RISC-V基金會成立了中國顧問委員會，并任命半導體資深人士、英特爾前副總裁方之熙博士為主席。該委員會旨在一步加速RISC-V生態(tài)系統(tǒng)在中國的發(fā)展，對RISC-V基金會的教育與應(yīng)用推廣戰(zhàn)略提供指導性意見，同時作為RISC-V基金會和中國政府之間的橋梁。
近日，在5個城市的路演活動期間，對于中國的RISC-V熱潮，方之熙接受雷鋒網(wǎng)專訪時表示，“RISC-V在中國受關(guān)注有許多原因，但最主要的原因還是中興通訊事件之后，從民眾到產(chǎn)業(yè)界都意識到芯片是一個非常重要的產(chǎn)業(yè)，中國必須有一套自主可控的芯片。”
或讓中國避開“走不通的兩條路”
目前，RISC-V正在世界范圍內(nèi)掀起熱潮。方之熙認為，真正理解RISC-V的優(yōu)點并利用好它的靈活性優(yōu)勢，根據(jù)應(yīng)用的需求設(shè)計出差異化且合適的RISC-V芯片，RISC-V將來會成為為處理器架構(gòu)領(lǐng)域的第一名。但是，他認為RISC-V有兩條路被證明走是不通的。
RISC-V基金會中國顧問委員會主席方之熙博士
“一條是關(guān)起門來自己做一套東西，比較典型的就是龍芯。因為芯片還是一個商品，性能再高，沒人用就無法體現(xiàn)出價值。第二條路就是跟在別人后面，國內(nèi)有許多公司做x86、Arm、IBM Power的芯片，但是因為受到ISA所屬公司知識產(chǎn)權(quán)（IP）的控制，很難取得成功。”方之熙說。
此外，他還強調(diào)，“系統(tǒng)軟件很難由一家公司來做，因為這是為所有的RISC-V公司服務(wù)，目前美國方面還沒有熱烈的響應(yīng)。我認為如果中國能有一些項目或者資金的投入，對于增強中國在RISC-V領(lǐng)域的發(fā)言權(quán)以及研發(fā)中國的CPU，都是很好的機會。”
從技術(shù)角度看，方之熙認為RISC-V的最大競爭力是靈活性。RISC-V包含基本指令集、可選擇指令集、用戶指令和特權(quán)指令。基本指令集是任何使用RISC-V的公司或個人都必須實現(xiàn)的，操作系統(tǒng)和軟件也建立在這個基本指令集上。可選指令集讓使用者可以選擇支持或者不支持，用戶和特權(quán)指令集則可以根據(jù)應(yīng)用場景需求增加。
但是，可擴展指令集可能帶來碎片化問題，這是ARM對RISC-V曾提出的質(zhì)疑之一。對此，方之熙表示，“開源的硬件和軟件確實要關(guān)注碎片化的問題，對于RISC-V，由于基本指令集是必須實現(xiàn)的，系統(tǒng)軟件也局限在基本指令集上，因此通過必須實現(xiàn)的基本指令集和系統(tǒng)軟件的方法能避免碎片化。”
他還表示，正因為RISC-V提供了可拓展指令集，也讓RISC-V具備了靈活性，這一點非常重要。x86和Arm的處理器都很好，但是英特爾幾乎不會為一家公司的x86處理器增加某些特性，即便有價格也會隨之上漲。另外，許多MCU的公司都用相同的ARM內(nèi)核，差距更多的是在I/O上，同質(zhì)化很嚴重，最終就成了價格的比拼。
RISC-V的優(yōu)勢
與此同時，方之熙也特別指出，RISC-V雖然是開源的，但不是像Linux和Android一樣拿來就可以用，RISC-V是一個指令集架構(gòu)，想要使用它還要做很多設(shè)計工作，這些工作不僅必要而且辛苦，甚至比Arm的設(shè)計還要難。
“想要做RISC-V的公司一定要拋棄短平快的想法，因為芯片和互聯(lián)網(wǎng)不一樣，不是更早把芯片推向市場就能占有市場。性能、可靠性、安全性更強，但推出時間晚一些同樣能占領(lǐng)市場，關(guān)鍵還是要沉下心認真研究應(yīng)用的需求，讓RISC-V芯片適應(yīng)這個市場，讓客戶愿意用。”方之熙進一步表示。
另外，在RISC-V全球范圍的超過235個成員中，加入基金會的中國公司只有二十多個。方之熙對此表示，希望鼓勵和看到更多中國公司加入RISC-V基金會。
物聯(lián)網(wǎng)時代，欲挑戰(zhàn)ARM和英特爾
目前，全球微處理器指令集架構(gòu)中，英特爾的X86和ARM架構(gòu)占據(jù)了主流市場。其中，X86主宰了PC、服務(wù)器等高性能高功耗領(lǐng)域，而ARM專攻手機、物聯(lián)網(wǎng)等低功耗低成本領(lǐng)域。其他架構(gòu)要挑戰(zhàn)前兩者幾乎不可能。但在物聯(lián)網(wǎng)時代，RISC-V若開發(fā)出適應(yīng)垂直細分領(lǐng)域的新架構(gòu)則存在機會。
“不光是技術(shù)問題，很多是商業(yè)問題”。方之熙認為，對于CPU芯片這類產(chǎn)業(yè)而言，生態(tài)的建設(shè)對于一個指令集的成功至關(guān)重要。因為在芯片行業(yè)里，在構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)時，一開始有批量軟件支持架構(gòu)，會形成一種運轉(zhuǎn)平臺，之后的形態(tài)就很難改變。其他玩家也很難進入。
方之熙還提到，RISC-V生態(tài)的建設(shè)剛剛起步，其中涉及到很多軟件，特別是系統(tǒng)軟件。但是，RISC-V開源，系統(tǒng)軟件本身不賺錢。因此美國RISC-V基金會董事會提了很多建議，希望美國的大公司或政府能出資。
即使是PC時代的霸主英特爾，在手機市場也是屢戰(zhàn)屢敗。方之熙日前對第一財經(jīng)記者說，“ARM當時做了手機以后，除了蘋果公司之外，一般都是用谷歌的安卓。安卓和ARM結(jié)合在一起之后，英特爾再要打進去就很難了。其實英特爾當時手機芯片不比高通差，但是晚了就很難進去了。”
方之熙分析認為，英特爾不開放內(nèi)核，自行設(shè)計、生產(chǎn)芯片；ARM創(chuàng)建了一種新的商業(yè)模式，不生產(chǎn)芯片，擁有系統(tǒng)架構(gòu)和指令集，將 IP賣給高通等芯片設(shè)計公司。如果企業(yè)需要了解ARM指令集需要支付高昂授權(quán)費，因此，RISC-V的開源降低了企業(yè)修改和定制指令集的門檻，沒有知識產(chǎn)權(quán)壁壘。
但ARM的商業(yè)模式正面臨困境，根據(jù)ARM母公司軟銀的財務(wù)報告，截至2018年12月31日的九個月中，ARM的同比許可收入下降了27.7％。軟銀將缺口部分歸咎于上半年在中國簽署新合同的延遲。
另外，分析機構(gòu) IP Nest發(fā)布了最新的IP市場分析報告顯示。2018年IP市場價值為36.02億美元，比2017年增長6％。其中，Arm市場份額已經(jīng)連續(xù)兩年下滑。在2017年，他們的營收同比下跌了6.8%。
IPnest 的埃里克·埃斯特維（Eric Esteve）表示，造成這樣的結(jié)構(gòu)可能有多種原因。一個是軟銀收購后會計政策發(fā)生了變化。第二種可能性是RISC-V處理器內(nèi)核正在成為 ARM 處理器內(nèi)核的可靠替代品。
2018年IP供應(yīng)商營收排名
而一位RISC-V IP公司的首席執(zhí)行官表示，ARM的日子已經(jīng)屈指可數(shù)了。他以現(xiàn)有的經(jīng)驗分析ARM的商業(yè)模式揚言道ARM活不過五年：最重要的是，與更開放的架構(gòu)相比，ARM的方法提供了有限的靈活性。在今天的成本和上市時間壓力下，沒人愿意花費數(shù)月時間協(xié)商許可條款和付出高昂的授權(quán)費用。而這筆費用被指出在100萬美元到1000萬美元之間。
ARM公司一直在探索新的業(yè)務(wù)模式和市場，但其在物聯(lián)網(wǎng)市場似乎難以立足。“ARM的商業(yè)模式是賣它的IP，所以它基本固定，要針對特定市場的需求加新的指令很困難。而且物聯(lián)網(wǎng)市場目前用的應(yīng)用程序就那么幾種，生態(tài)系統(tǒng)要求不那么高，這是目前為止比較熱門的一個市場。”方之熙說。
但RISC-V仍面臨其挑戰(zhàn)，方之熙承認，對于手機和PC市場來講，RISC-V的生態(tài)遠未成熟，因此重點不會在這些領(lǐng)域，“RISC-V更適合那些變化比較大，碎片化比較細的市場，主要集中在物聯(lián)網(wǎng)、控制器、數(shù)據(jù)中心的專用芯片和邊緣計算等市場。”
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