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开源指令集RISC-V更适用于物联网？

发布时间：2018-10-24

2018年10月17日下午，中国RISC-V产业联盟（China RISC-V Industry Consortium （CRVIC））和上海市RISC-V专业委员会成立大会在浦东召开，并同时举办了RISC-V产业化高峰论坛。

在成立大会上，上海市经济和信息化委员会副主任傅新华表示，上海作为国内集成电路产业起步最早、产业最集中、产业链最完整、综合技术水平最高的地区，历来高度重视集成电路产业的发展，始终将发展集成电路产业作为科创中心建设的重要支撑点，作为承接制造强国战略的重要突破口。

RISC-V作为全球半导体产业的新焦点，并由于其完全开源，设计简单，易于移植Unix系统，模块化设计，完整工具链，同时有大量的开源实现和流片案例，使得其在ARM和X86架构难以获得授权的情况下，获得众多地区的青睐。

什么是RISC-V？有哪些优势？

先了解一下什么是RISC-V指令集，相比Arm和Intel X86，RISC-V有哪些自己的优势。

微处理器指令集架构（ISA）是沟通软硬件运算之间的桥梁，是处理器的灵魂，它包括复杂指令集运算（CISC）、精简指令集运算（RISC）、显式并行指令集运算（EPIC）和超长指令字指令集运算（VLIW）四个种类。

其中Intel X86属于CISC复杂指令集架构，ARM属于RISC精简指令集架构，RISC-V与Arm同宗同源，也属于RISC架构，因其是RISC的第五个版本，故称为RISC-V（five)。

自RlSC-V 2010年在伯克利大学诞生以来，业界出现最多的一个声音就是，RISC-V可能改变现有的由Arm和Intel X86主导的处理器架构竞争格局，尤其将会对Arm在消费类、IOT等嵌入式市场造成冲击。今年6月，Arm还建立专门的网站riscv-basics.com对RISC-V从“成本、生态系统、碎片化风险、安全性和设计保证”五个方面进行攻击，彰显出Arm对RISC-V这个潜在对手的高度重视。

RISC-V相比ARM更适合物联网？

CPU是信息产业的基础，而指令集架构（ISA）则是处理器芯片的基础。目前，在服务器和PC机领域的处理器芯片几乎全部被X86架构（美国Intel公司）统治，以智能手机和终端设备为代表的移动领域的处理器芯片（CPU）则几乎全部由ARM构架（日本ARM公司）垄断。

相比于这些主流架构严格的授权使用机制，2010年由加州大学伯克利分校牵头创立的新型指令集RISC-V则完全不同，其创立之初就确定走开放、共享、安全的道路。

全世界任何公司、研究机构与个人都可以自由地开发和销售兼容RISC-V指令集架构的处理器，并可灵活地修改以增加新的功能，无须支付指令集授权费用；还可通过RISC-V基金会参与指令集规范的演进，无须担心传统的指令集私有的方式所带来的不可控、不安全等弊端。

图：RISC-V与现有主流架构（ARM、x86对比）资料来源：芯原微电子，中金公司研究部

由于RISC-V是一个开放的生态环境，因此发展的成本能够被整个产业链上下游的公司所承担，降低了每个环节的研发成本。

同时，随着RISC-V生态逐渐成熟，使用RISC-V架构的芯片开发成本也会逐步降低。正如同x86的盛行是由于PC的发展，而ARM的普及得益于移动终端的爆发，应用场景的落地对于架构的发展也是至关重要。

而RISC-V拥有精简、低功耗、模块化、可扩展等技术优势，尤为适合物联网等嵌入式应用以及需要定制化的场景。

物联网碎片化、可定制的需求与RISC-V开源开放、可模块化可扩展、简洁的特性完美切合，而智能化高性能计算对异构系统的需求与RISC-V的特性高度匹配，极大促进了RISC-V架构的发展。RISC-V能够为物联网行业带来显著的灵活性和成本优势，同时也能够推动异构计算系统的迅速发展。

图：物联网市场将会是RISC-V最大的应用场景资料来源：Gartner，中金公司研究部

开放而免费的RISC-V架构诞生，不仅对于高校与研究机构是个好消息，为前期资金缺乏的创业公司、成本极其敏感的产品、对现有软件生态依赖不大的领域，都提供了另外一种选择。

RISC-V架构使其可以根据实际应用对指令集进行扩展和裁剪，在不用花费高额授权费用的情况下针对具体情况实现处理器内核，因此得到了业界主要科技公司的拥戴，包括 Google、特斯拉、三星、高通等科技公司已加入RISC-V 阵营，围绕着RISC-V的生态迅速成长。

RISC-V生态体系正在崛起

RISC-V生态体系正在全球范围内快速崛起，成为半导体产业及物联网、边缘计算等新兴应用领域的重要创新焦点。

2015年非盈利性组织RISC-V基金会（RISC-V Foundation）成立，至今已经有150多个企业或单位加入，包括谷歌、华为、英伟达、高通、麻省理工学院、普林顿大学、印度理工学院、中科院计算所等。

RISC-V基金会成员

围绕RISC-V指令集标准开发IP核、芯片、系统、软件等，一个新的生态和产业链正在蓬勃发展。美国国防高级研究计划局（DARPA， Defense Advanced Research Projects Agency）已连续多年通过专项方式支持RISC-V指令集的研究和实用化。

我国RISC-V还在起步阶段，上海是国内首个明确支持RISC-V的地区。今年7月份，上海市经济信息化委发布了《上海市经济信息化委关于开展2018年度第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金（集成电路和电子信息制造领域）项目申报工作的通知》，明确支持RISC-V相关设计和开发的企业。这对于RISC-V指令集在中国的发展起到了非常重要的推动作用，也让中国在这一领域从一开始就与国际最先进水平并行前进。

以下摘抄自《通知》的附件《2018年第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金（集成电路和电子信息制造领域部分）项目指南》：

基于RISC-V指令集架构的处理器芯片方向。支持基于RISC-V指令集架构、32位及以上的处理器芯片的研发及产业化，内核需拥有自主知识产权。

方向一：面向物联网和工控应用领域，具有优异的性能、功耗、面积等指标，优先支持有明确用户合作协议的项目。项目执行期内累计销售收入不低于2000 万元。

方向二：面向智能终端应用领域，主频不低于1GHz，性能不低于1.5 DMIPS/MHz，支持双精度浮点运算，支持主流操作系统、多核技术及缓存一致性。项目执行期内累计销售收入不低于 1000 万元。

而此次中国RISC-V产业联盟的成立，在于集聚和整合国内RISC-V创新力量，助推RISC-V产业生态的建设，提升中国企业在RISC-V 指令集创新、标准制定中的影响力；同时，加快RISC-V 的市场推广和产业化应用，助力形成有效的产学研合作机制、共性技术协作开发机制、知识产权合作机制等长效机制，提升产业核心竞争力。

中国RISC-V产业联盟由国内外RISC-V领域重点企业、研究机构、和行业协会发起成立，芯原控股公司担任联盟首任理事长单位，目前已有五十余家RISC-V领域相关企业以及十余家大学和研究机构加入，涉及了众多IP设计服务、芯片、软件、系统应用领域。

中国RISC-V产业联盟将致力于解决中国RISC-V领域共同面对的关键问题，建立中国国产自主、可控、安全的RISC-V异构计算平台，促进形成贯穿IP 核、芯片、软件、系统、应用等环节的RISC-V 产业生态链。

RISC-V对中国半导体产业的意义

中国半导体产业的现状是发展极不均衡，SoC芯片的设计能力很强，但上游的基础IP以及下游的工艺都非常薄弱。IP行业资金投入需求并不高，但技术壁垒高、回报周期长，同时又因为处于行业的最上游，因此得不到相应的重视。

芯来科技首席执行官胡振波在中国RISC-V联盟大会上分析了RISC-V对于本土半导体产业的意义。他表示，AIoT发展带来了多样化和海量化的芯片需求，后摩尔定律时代的到来激发了差异化设计和软硬件架构创新的动力。RISC-V得益于其开放的生态、良好的技术基础以及可扩展性等优点，很好的顺应了这个趋势，其诞生和壮大是时代发展的必然。

他说，中国大陆本土芯片产业存在着中间强（应用型SoC芯片能力强）、两头弱（IP端和制造端基础薄弱）的特点；通过RISC-V补足本土在处理器IP端的短板，能够帮助本土完善自主可控的产业生态，实现更多技术创新和差异化，对于本土半导体产业意义巨大。

由此看来，中国拥抱RISC-V标准，有助于实现CPU在民用领域尤其是新兴领域的自主、可控、繁荣。RISC-V给中国产业带来的最大机遇是一个与全球一致的起跑线，只有建立中国国产自主、可控、安全的异构运算平台，才能在新的技术变革中实现产业的全面跃升。

附录：中国RISC-V产业联盟理事会名单

一、理事长单位

◆芯原微电子（上海）有限公司

二、副理事长单位（按字母顺序排列）

◆北京君正集成电路股份有限公司

◆晶心科技（武汉）有限公司

◆芯来科技（武汉）有限公司

◆致象尔微电子科技（上海）有限公司

三、理事单位（按字母顺序排列）

◆安徽华米信息科技有限公司