RISC-V生态发展及国内厂商多维布局
本帖最后由 塞巴斯蒂安 于 2022-5-7 10:27 编辑RISC-V指令集架构是第五代精简指令集，核心设计思路是精简的技术风格和开放的商业模式,相较于 X86 和 ARM 指令集架构，RISC-V 在设计过程中充分考虑了小型、快速、低功耗的需求，运行效率大幅提升, 在成本和灵活性上的优势更为明显。
参照采用开源模式的 Android 在移动终端领域的成功，RISC-V架构的特点使其同样具备相对竞争优势，但 RISC-V并非是第一个采用开源模式的指令集架构，但是我们认为 RISC-V 架构的发展拥有之前的开源指令集所不具备的历史机遇：
一是物联网应用兴起，二是半导体国产化进程加速。
从产业链上下游的情况来看，我国厂商在芯片 IP 开发环节、芯片设计环节以及终端品牌和平台环节均已有所布局。
上下游主要厂商的布局情况反映了产业链从底层到终端构建 RISC-V 生态的发展思路，从物联网、AI 的兴起和我国芯片设计的自主性需求方面来看，RISC-V具备广阔的发展空间和成为全球主流架构之一的基础。
1、RISC-V 生态发展态势及国内厂商的多维布局
1.1、X86 和 Arm 之后的新势力
CISC（Complex Instruction Set Computers，复杂指令集计算集）和 RISC（Reduced Instruction Set Computers，精简指令集计算集）是两大类主流的 CPU 指令集类型，其中，CISC 以 Intel 和 AMD 的 X86 CPU 为代表，RISC 以 ARM 和 IBM Power 为代表。RISC的设计初衷是针对 CISC 指令集复杂的弊端，把经常使用的指令集合成核心指令，以保证其简单高效，对不常用的功能，通过组合指令来完成，总体上降低了指令集的复杂程度。
RISC-V 指令集架构是由加州大学伯克利分校的研究团队于 2010 年设计开发的第五代精简指令集，核心设计思路是精简的技术风格和开放的商业模式。相较于 X86 和 ARM指令集架构长达数千页的架构篇幅，RISC-V 在设计过程中充分考虑了小型、快速、低功耗的需求，不针对特定架构做单独设计，同时规避了现代计算机体系结构中现存的漏洞。
从架构的简易性上看，RISC-V 采用简洁指令集实现主要功能，降低对特定架构的指令设计，因此目前的RISC-V从架构文档篇幅和指令数量上均大幅小于X86和 ARM架构，由其构建的 CPU 在运行效率方面存在较大优势。但是，同为精简指令集的 ARM 架构经过多年发展，其指令数和架构文档篇幅不断扩充，目前 RISC-V 生态建立仅有 5 年时间，伴随着生态的日益完善，其复杂度也将明显提升，短期看其简洁性仍大幅优于 X86 和 ARM 架构。
除了运行效率的优势外，RISC-V 架构在成本和灵活性上的优势更为明显。不同于ARM 架构高额的授权费用，RISC-V 具有开源免费的开发工具和开发环境，允许任何用户自由修改、扩展。同时，RISC-V 的模块化架构使得其具有高度灵活性和可定制特点，用户能够通过一套架构实现不同的应用。参照采用开源模式的 Android 在移动终端领域的成功，RISC-V 架构简洁、高效、免费、开放的特点使其同样具备相对竞争优势，彼时的 Android 系统在面对封闭的塞班系统时，利用其开源特性借助智能手机的兴起成为接下来十余年移动终端主要 OS 之一。
但是，RISC-V 并非是第一个采用开源模式的指令集架构，早于 RISC-V 架构的 Sparc、Power、MIPS 等均未能取得成功，但是我们认为 RISC-V架构的发展拥有之前的开源指令集所不具备的历史机遇，使其有望成为继 X86 和 ARM架构之后的全球第三大主流指令集架构。
1.2、RISC-V 发展的历史机遇
一是物联网应用兴起。正如 Android 系统的成功不仅仅是由于其开源的特性，更离不开智能手机的兴起。从电子产业发展的规律上看，下游终端的兴起必然为上游产业链打开增长空间，在谷歌的推动下，Android 系统在发展初期得到了摩托罗拉、三星、HTC、索尼爱立信等众多手机品牌厂商的支持，同时，上游手机芯片厂商和移动运营商也加入Android 系统的建设。当前时点，物联网的兴起也将为指令集架构在内的上游产业链提供新的成长土壤：
从市场空间层面看，根据全球移动通信系统协会的数据，2019 年，全球物联网总连接数达到 120 亿，预计到 2025 年，全球物联网总连接数将达到 246 亿，年复合增速约为 16%，预计全球物联网收入从 2019 年的 3430 亿美元，增长到 2025 年的 1.1万亿美元，复合增速约为 27%；
从技术特点层面看，相较于现有架构的通用性要求，物联网更强调灵活性和多样性，这与 RISC-V 开源、可模块化、可扩展的特性高度契合，RISC-V 能够凭借其特性使得物联网行业发挥出灵活、低功耗的特点进而降低成本，这也为物联网的快速兴起创造了有利条件。
二是半导体国产化进程加速。
目前，主流的指令集架构 X86 和 ARM 架构版权分属于美国英特尔和日本软银，随着美国对我国科技企业限制的手段和力度强化，无论是封闭的 X86 架构还是授权模式的 ARM 架构，都存在被限制使用的风险。ARM 架构中国授权客户超过 150 家，95%的国产 SoC 都是基于 ARM 架构技术开发，华为亦是 ARM 主要客户之一，虽然华为已经获得了 ARM v8 永久授权，但在美国针对华为的限制措施下无法获得升级架构版本，长期来看仍然存在被限制或断供的风险。由于 RISC-V 的开源特性以及其逐渐被全球主流厂商接受认可，使得我国芯片厂商通过 RISC-V 架构实现部分领域的技术自主性具备可行性。
总体来看，下游物联网应用的快速发展和国产芯片设计的自主性需求使得 RISC-V 架构的发展具备了之前的开源性架构所不具备的发展机遇，物联网市场是全球性而非地域性，其市场空间能够推动 RISC-V 架构创造国际客户需求，打开市场上限，同时，中国芯片市场的独特性推动 RISC-V 架构的发展也具备必要性和紧迫性，因此，我们从时间和空间上看，从下游和上游的需求端看，RISC-V 架构具备了复制 Android 系统发展路径的可能性。
1.3、上下游厂商在 RISC-V 领域的多维布局
从 2015 年全球 RISC-V 基金会设立到 2018 年中国 RISC-V 产业联盟成立，进几年，RISC-V 基金会成员数量持续增加，截至 2019 年底已有近 300 家公司加入，谷歌、华为、英伟达、高通、三星、IBM 等全球一线厂商均在会员行列当中，其在各细分领域的话语权对于 RISC-V 的推广具有重要的引领作用。
从产业链上下游的情况来看，我国厂商在各个环节均已有所布局。
芯片 IP 设计开发公司方面，芯原股份是全球第七、国内第一的 IP 设计供应商，公司是中国 RISC-V 产业联盟首任理事长单位，公司面向云计算、智能物联网以及 AI 等领域进行 RISC-V 的指令集进行研发布局，目前基于 RISC-V 架构的 MCU 处在研发阶段，逐步完善物联网芯片 IP 产品的积累和布局。芯来科技则是专注于 RISC-V 架构的处理器内核 IP 开发及商业化，基于 RISC-V 架构研发用于适用物联网、AI、工控等应用场景的通用处理器、AI 处理器等，公司前后相继获得芯原股份、晶晨股份、小米的股权投资。阿里巴巴旗下半导体公司平头哥已发布多款基于 RISC-V 架构的处理器 IP“玄铁系列”，从布局的方向上看，阿里希望开放玄铁 IP 核平台，吸引众多开发者进行芯片设计和开发，配合阿里构建物联网生态。
芯片设计公司方面，兆易创新于去年率先将 RISC-V 架构引入 MCU 领域，推出全球首个基于 RISC-V 内核的 GD32V 系列 32 位通用 MCU 产品，其中 IP 核由兆易创新与芯来科技共同研发。全志科技与阿里平头哥合作，基于玄铁平台开发通用算力 SoC 芯片，面向物联网、智能家居、工业控制等领域。此外，乐鑫科技、北京君正等芯片设计公司也在进行基于 RISC-V 架构的芯片研发。
终端品牌及平台公司方面，华为、小米、阿里都在进行 RISC-V 生态的布局。小米生态链公司华米科技已于 2018 年发布了全球首款基于 RISC-V 架构的可穿戴处理器；从阿里的投资和合作情况看，亦希望打通 RISC-V 生态的上下游服务于自身的物联网业务；华为已成为 RISC-V 基金会成员，出于供应链安全性考虑，也在进行相关芯片产品的研发。
总体来看，上下游主要厂商的布局情况反映了产业链从底层到终端构建 RISC-V 生态的发展思路，从 X86 和 ARM 架构的发展规律看，新兴架构的发展需要生态提供成长环境，对于 RISC-V 而言，目前的生态缺失是限制其快速发展的瓶颈之一，但从物联网、AI 的兴起和我国芯片设计的自主性需求方面来看，RISC-V 具备广阔的发展空间和成为全球主流架构之一的基础。建议关注国内产业链芯原股份、兆易创新、全志科技等公司的布局和成长。
完
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