研究報告哪四個部分-研究報告分為四部分是哪四部分

來自臨港新片區(qū)管委會高科處，前沿產(chǎn)業(yè)招商中心產(chǎn)業(yè)研究報告，部分內(nèi)容分享。

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今天由來給大家匯報，這段時間針對RISC-V產(chǎn)業(yè)的研究報告。

就在今年年初，RISC-V，被《麻省理工學院技術(shù)評論》選為十大突破性技術(shù)之一。

RISC-V一詞，大家應該不陌生了，前段時間8月28號，芯原主辦的第三屆滴水湖論壇，其主題就是打造RISC-V專利互不訴訟聯(lián)盟。作為有希望與X86跟ARM“三分天下”的后來者，RISC-V到底是個什么東西呢？

我們先來看一下RISC-V相對專業(yè)的解釋。

RISC-V，是一種精簡指令集架構(gòu)，向上承載整個軟件生態(tài)，向下規(guī)范處理器芯片的設計，是計算機系統(tǒng)中硬件和軟件之間交互的標準。什么意思呢？

首先，CPU不是萬能的，他不能理解用戶的復雜要求，僅能執(zhí)行它的硬件架構(gòu)所能支持的指令。CPU可以包含很多個不同的模塊，每一個模塊都可以是具有不同功能的微架構(gòu)，每一個微架構(gòu)的運行都對應一條二進制的指令。因此，要指揮計算機CPU工作，需要在了解微架構(gòu)的基礎上，整合一套它所能理解的指令的集合，計算機指令集中的每一條指令，都需要有相對應的集成電路硬件微架構(gòu)來實現(xiàn)。也就是說，要想完成計算機的任何指令，都需要在CPU中有配套的硬件電路來實現(xiàn)。這就是計算機指令集架構(gòu)。RISC-V則是一種精簡形式的指令集架構(gòu)。

簡單來說，我們知道，軟件需要基于操作系統(tǒng)才能運行，當我們在操作軟件來實現(xiàn)某一個功能時，就需要操作系統(tǒng)通過指令集，將這一功能需求轉(zhuǎn)化為一系列計算機CPU所能識別的指令，再傳達給底層的硬件電路，然后才能真正的運行起來。操作系統(tǒng)就是建立在指令集之上的，指令集規(guī)范了計算機系統(tǒng)中硬件和軟件之間的交互。

我相信，聽到這里，可能很多人還是一臉懵圈的。

不要著急，我想通過一個簡單的例子，能幫助大家把指令集架構(gòu)的概念捋順。

比如說，我想通過瀏覽器軟件，下載一部電影，計算機是沒有辦法直接執(zhí)行下載電影這一功能的。軟件會首先將下載電影這一訴求提交給它的直屬領導操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)會將下載電影這一訴求分解為一系列的命令，比如要輸入電影名稱信息的命令，網(wǎng)絡檢索的命令、存儲以及播放的命令等等。然而這些命令計算機仍然無法直接執(zhí)行，還需要編譯器，根據(jù)復雜的算法，再將每一條命令拆分為CPU可以理解并執(zhí)行的邏輯運算指令。最后，通過指令集，再將每一條指令映射為CPU所能直接運行的一串二進制代碼，這樣CPU才真正的執(zhí)行了剛才那條下載電影的要求。

有一點非常關鍵，計算機是具有硬件決定權(quán)的底層優(yōu)勢結(jié)構(gòu)，上層軟件的每條指令都要傳達至底層硬件才能運行，而上層軟件無法感知底層硬件的運行狀態(tài)。

這存在一個非常關鍵的問題，如果底層硬件不能自主可控，僅通過操作系統(tǒng)或者軟件的開發(fā)，對于別有用心的CPU設計者而言，上層是沒有任何秘密的。

CPU運行的本質(zhì)就是與或非三種邏輯運算的復雜組合，通過剖片等逆向工程，想要了解一個芯片是否存在后門，其難度相當于將他從零設計出來。研發(fā)上的剖片，更多的意義在于參考其整體芯片布局，或功能實現(xiàn)形式。

這里，我們再次明確一點，RISC-V是指令集架構(gòu)，它既包括了指令集，又包括每個指令所對應的微架構(gòu)。這就是開源RISC-V的本質(zhì)魅力所在，基于RISC-V，理論上就可以實現(xiàn)完全自主可控的指令集架構(gòu)！

要進一步講清楚RISC-V，我們不妨暫退一步，將視角拉遠。我們現(xiàn)在已經(jīng)了解了指令集架構(gòu)是什么，根據(jù)實現(xiàn)形式，指令集架構(gòu)又可以分為復雜指令集與精簡指令集兩大類，其中獨霸PC市場的windows操作系統(tǒng)所使用的X86架構(gòu)就是基于復雜指令集來實現(xiàn)的。

蘋果的IOS系統(tǒng)，既可以用在PC又可以用在移動端，則是基于精簡指令集ARM來實現(xiàn)的，ARM這個單詞中間的字母“R”，其實指的就是RISC。同樣基于ARM架構(gòu)的還有安卓、鴻蒙等等，總的來說RAM架構(gòu)在移動設備領域有顯著優(yōu)勢。

RISC-V就是獨立于ARM的另一種精簡指令集架構(gòu)，由于開源、模塊化及可擴展等優(yōu)勢，使得RISC-V在汽車、IoT、AI芯片領域有著廣闊的應用前景

當然，指令集架構(gòu)遠遠不止，X86、ARM與RISC-V這三種。

縱觀計算機系統(tǒng)的發(fā)展史，曾出現(xiàn)過很多

指令集，如貝克的 Alpha 架構(gòu)、 Sandy Bridge 架構(gòu)、 MIPS 架構(gòu)、 Power 架構(gòu)等等，我就不一一介紹了。不過隨著技術(shù)的演進，成為別人的墊腳石，并被收進博物館成為絕大多數(shù)架構(gòu)的最終歸宿。

那么相對于其它指令集架構(gòu)，RISC-V的優(yōu)勢是什么呢？那么多的指令集架構(gòu)，我們怎么就認定了RISC-V會大有可為呢？

我們不妨來對比一下，X86、ARM與RISC-V這三種指令集架構(gòu)。

首先市場出貨量方面，在PC市場，設備出貨量在2億臺左右，移動終端出貨量大致提升10倍，規(guī)模在20億臺左右。而RISC-V適用的智能物聯(lián)領域，其設備的出貨量則遠超百億臺。

再看根技術(shù)，每一個市場領域的根技術(shù)也是不一樣的，PC領域的根技術(shù)是 x86 架構(gòu)，它是一個封閉的指令架構(gòu)，同時搭載在硬件之上的 Windows 是一個封閉的操作系統(tǒng)。移動終端市場，蘋果的IOS雖然是基于半開放指令架構(gòu)ARM建立的，但是IOS本身是封閉的，雖然Android 是半開放的操作系統(tǒng)，也要收取高昂的授權(quán)費用。而如今的智能物聯(lián)領域，則需要一種更為開放的指令架構(gòu)以及操作系統(tǒng)。

通過三種架構(gòu)的量化對比，我們可以發(fā)現(xiàn)，智能物聯(lián)應用的多樣化與 RISC-V 的優(yōu)點高度吻合。RISC-V 的開放性、設計的簡潔性以及功耗的優(yōu)勢，都非常符合智能物聯(lián)的應用場景。得益于可定制、可擴展的特質(zhì)，RISC-V 架構(gòu)更容易面向智能物聯(lián)細分領域應用，去設計出具有針對性和競爭力的微架構(gòu)，從而更適配特定場景的應用需求。

截止今年7月：全球，RISC-V架構(gòu)芯片累計出貨量已突破180億顆，其中中國公司的出貨量占據(jù)了約50%的份額，預計2025年RISC-V架構(gòu)芯片有望突破800億顆。

我們再回過頭來看看，X86和ARM都有些什么問題。

首先，說說X86，x86架構(gòu)是全封閉的指令架構(gòu)，至今獨霸PC市場長達三十年之久，全世界僅有英特爾、AMD兩家公司享有永久授權(quán)。也就是說，全世界只有英特爾與AMD有權(quán)限設計X86架構(gòu)計算機的CPU。當然也有一個例外，就是當年國產(chǎn)X86 PC CPU，兆芯，兆芯有兩成股份來自于VIA，因此得到了X86的授權(quán)，當時它的CPU性能基本可以比肩6代i3，但是隨著VIA的X86授權(quán)過期，兆芯也會失去X86的授權(quán)。所以，目前，除了英特爾和AMD其它公司是沒有任何可能使用X86架構(gòu)的。

接下來是ARM。在移動芯片架構(gòu)領域，ARM處于絕對壟斷地位，與X86不同，ARM架構(gòu)的商業(yè)體系非常完善，ARM公司本身不制造芯片，只負責ARM的架構(gòu)設計。然后將這些設計出來的架構(gòu)以IP的形式技術(shù)授權(quán)出去，收取“授權(quán)費”。像高通的驍龍芯片、聯(lián)發(fā)的科天璣芯片、海思的麒麟芯片，走的是ARM的技術(shù)許可協(xié)議。Arm目前合作的芯片制造公司大約有1000家，但每年賺取的授權(quán)費用就高達數(shù)十億美元！海思的麒麟芯片僅是獲取了ARMv8版本的永久授權(quán)，而高通、蘋果則早就用上了ARMv9，如果一直不能獲得最新的架構(gòu)授權(quán)，即使解決了工藝問題，能夠用上最先進的工藝制程，麒麟芯片可能永遠打不過曉龍與蘋果。

此外，ARM，是一個“半開放”的指令集架構(gòu)，用ARM架構(gòu)的廠商，只能根據(jù)自身需求，調(diào)整芯片的頻率和功耗，不得改變芯片原有的設計。所以這也就是為什么。咱們只看到手機廠商們都在做「馴龍高手」，卻從沒見過哪家可以成為屠龍者，就是因為ARM，不準它們改。ARM的這項策略一定程度上很適合商業(yè)推廣，對第三方公司的技術(shù)要求也有所降低，開發(fā)的周期也會大大縮短，只需要根據(jù)自己的需求，照著ARM提供的CPU和GPU架構(gòu)找芯片代工廠下單、流片、生產(chǎn)即可。

但是。根據(jù)ARM的最新經(jīng)營策略，基于ARM架構(gòu)CPU的SoC，將不再允許加入外部的GPU、NPU等芯片。以后想用ARM架構(gòu)CPU，就不能組裝自家或別家的GPU等部件了，只能用ARM推出的整套套片。這就相當于，下館子吃飯不準自帶酒水，只能買餐館的酒水一樣。因此，對于當前移動領域的芯片設計公司而言，只有兩條路。要么，委曲求全，接受ARM的捆綁銷售，用ARM的全家桶套餐芯片，而且中國公司還要做好隨時有可能被斷供的準備。要么，就另辟蹊徑，轉(zhuǎn)戰(zhàn)RISC-V架構(gòu)。

反觀RISC-V，在設計之初，就是一個為開源而生的完全開源的架構(gòu)，用戶可以根據(jù)自己的需求自由定制、設計架構(gòu)，還能配置不同的指令子集。這也就意味著，廠商們想要芯片實現(xiàn)什么功能，只需要自己設計、自己“拼裝”就好。理論上可以用于設計任何CPU。

綜上所述，這就是眾多大牌廠商轉(zhuǎn)戰(zhàn)RISC-V架構(gòu)的原因。大力發(fā)展RISC-V產(chǎn)業(yè)，其實就是要為國產(chǎn)芯片建立一套自主可控的底層架構(gòu)。

現(xiàn)在，我相信大家對RSIC-V，以及為什么要發(fā)展RSIC-V已經(jīng)有了一個比較清晰的認識。接下來我將結(jié)合RSIC-V產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程，對RSIC-V產(chǎn)業(yè)的特點進行深入分析

RISC-V是第五代精簡指令集，精簡指令集在20世紀八十年被提出，不到十年的時間便迭代了四次，之后便一直沒有更新，直到22年之后的2010年，第五代精簡指令集RISC-V被提出。

2015年，RISC-V 基金會成立，旨在聚合全球創(chuàng)新力量共同構(gòu)建軟硬件社區(qū)，打造RISC-V生態(tài)系統(tǒng)，并推動未來指令集體系進一步演進。目前基金會有超過327 名成員。

2018年，上海市經(jīng)信委將從事RISC-V 相關設計和開發(fā)的公司作為扶持對象。這也是國內(nèi)第一個和 RISC-V 相關的扶持政策。此后，國內(nèi)中國RISC-V 產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、中國開放指令生態(tài)聯(lián)盟、RISC-V專利聯(lián)盟、中國電子工業(yè)標準化技術(shù)協(xié)會 RISC-V 工作委員會等等眾多機構(gòu)紛紛成立。

RISC-V之所以能在短時間內(nèi)快速發(fā)展，主要得益于它開源模塊化及后發(fā)優(yōu)勢這兩個方面。

首先，開源意味著自由（便宜）、安全（不怕留后門）及可控（不怕卡脖子），再加上RISC-V的模塊化設計，使得用戶可以靈活的選擇不同的模塊進行組合，從而通過一套芯片架構(gòu)滿足不同應用場景。這種模塊化設計正是X86和ARM架構(gòu)所不具備的，模塊化使得RISC-V更加簡潔和輕量化，意味著低功耗、小體積，因此非常適用于移動設備。

其次，后發(fā)優(yōu)勢，與X86和ARM這兩大成熟架構(gòu)相比，RISC-V架構(gòu)具備顯著的后發(fā)優(yōu)勢。計算機架構(gòu)經(jīng)過多年演進，更趨于成熟，許多問題已被研究透徹，作為后來者的RISC-V架構(gòu)可以自然而然的加以規(guī)避。同時，沒有向后兼容的歷史包袱。此外，簡潔的架構(gòu)方案還可有效減少電路設計中的錯誤發(fā)生，畢竟CPU流片成本是極高的。行業(yè)的發(fā)展總是機遇與挑戰(zhàn)并存。

正是也因為這些優(yōu)點，在一定程度上，也是RISC-V架構(gòu)發(fā)展的挑戰(zhàn)。為什么我會這么說呢？開源所帶來的自由，讓所有廠商都可以使用還可以自行增加、修改指令集，那么大家做出來的芯片，是五花八門。從而導致整個行業(yè)日益碎片化，無法形成強有力的凝聚力。對于芯片而言，生態(tài)是非常重要的，X86的霸道來自于，windows生態(tài)。ARM的囂張氣焰，因為有安卓、蘋果生態(tài)，并把軟、硬件廠商都綁定在一起。但RISC-V生態(tài)，因為起步晚的后發(fā)劣勢，又是開源、免費、靈活，大家隨便修改，會導致生態(tài)無法協(xié)同統(tǒng)一。同時因為各個大廠，都自己搞自己的，同樣會在開發(fā)工具、軟件、人才、知識產(chǎn)權(quán)上，很難法協(xié)同統(tǒng)一，形成一個共同的、統(tǒng)一的生態(tài)。

前些天，有幸全程聽完了芯原主辦的第三屆滴水湖RISC-V論壇，論壇最后的圓桌會議上第一個問題就是圍繞RISC-V應用領域展開的。線上線下，經(jīng)兩萬名專業(yè)觀眾的投票，結(jié)果顯示，前六個RISC-V最有望成為主流處理器架構(gòu)的領域依次為：微控制器、車載控制類芯片、無線連接芯片、邊緣計算芯片、網(wǎng)絡通信芯片、數(shù)據(jù)中心服務器芯片。

極簡、模塊化以及可定制擴展作為RISC-V的三大特征，通過這些指令子集的組合擴展，理論上可以構(gòu)建適用于任何場景的微處理器（ MCU ）。

微處理器是一個比較寬泛的概念，任何芯片都可被稱為微處理器。除MCU之外，汽車領域應當是RISC-V最被看好的應用場景，這里我們不妨以汽車領域為例，進一步探討RISC-V在車規(guī)芯片領域的優(yōu)勢。

短期來看，RISC-V可在車規(guī)領域，實現(xiàn)控制芯片、通信芯片、安全芯片的架構(gòu)替代。

相對于ARM壟斷移動端市場，x86壟斷PC市場，汽車MCU市場的內(nèi)核架構(gòu)則比較多元。目前國外的車規(guī)級MCU大廠的內(nèi)核架構(gòu)基本都是基于私有架構(gòu)（比如英飛凌、瑞薩等）或者是Arm架構(gòu)（比如恩智浦、Microchip），但是這些老牌廠商經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)建立起來自己強大的生態(tài)體系。這也意味著國產(chǎn)廠商如果想要沿著他們原有的路線來追趕，必然會比較吃力。但是，隨著全新開源的RISC-V架構(gòu)的興起，則給了更具自主可控特性的國產(chǎn)汽車MCU芯片廠商一個新的切入點。

雖然Arm架構(gòu)和廠家自研架構(gòu)目前占據(jù)車載娛樂、車身、底盤等應用的絕大部分份額。但是RISC-V兼具開源和通用優(yōu)勢，近幾年已經(jīng)成為主流廠商布局的重點方向。比如瑞薩電子也開辟了全新的RISC-V MCU產(chǎn)品線。另外，國內(nèi)MCU廠商很多之前都還是在做8位MCU和16位MCU。但是隨著汽車智能化的發(fā)展趨勢，對MCU的規(guī)格要求進一步提升。32位MCU廣泛應用于儀表板控制、車身控制、多媒體信息系統(tǒng)、引擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統(tǒng)及動力系統(tǒng)、 ADAS 等領域。數(shù)據(jù)顯示，在2021年汽車MCU市場，32位MCU占比已經(jīng)達到了70%，預計到2026年市占率將達到75%。所以從這個市場來看，對于32位的RISC-V MCU來說是很好的一個機會，將有著數(shù)十億美元的替代空間。

中長期來看，RISC-V有望成為車規(guī)計算芯片的新選擇

在車端應用方面，RISC-V結(jié)合矢量計算單元可有效提升芯片計算效率，有望在智駕和智艙計算芯片領域?qū)崿F(xiàn)規(guī)?；瘧谩Ｖ邱{芯片上，Mobileye推出的EyeQ Ultra芯片搭載12個RISC-V內(nèi)核，可支持L4級別自動駕駛需求。智艙芯片上，SiFive P870A、中科院計算所第二代“香山”、賽昉科技昉·天樞-90等產(chǎn)品有望代替ARM A系列成為座艙芯片IP核。在云端應用方面，基于RISC-V芯片的算力中心，相較于英偉達等主流人工智能計算硬件擁有更高能耗比，可有效提升云端存儲、計算效率，幫助降低汽車云化、車載物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛開發(fā)、車路協(xié)同等領域運營成本。

近年來，國內(nèi)新興的車規(guī)級MCU廠商很多都不約而同的選擇了RISC-V架構(gòu)來做自己的車規(guī)級MCU，比如云途半導體、武漢二進制、國芯科技以及芯科集成。

國內(nèi)外IP供應商已先后推出十余個系列車規(guī)級IP，覆蓋通用、高性能MCU與安全芯片IP領域，已能基本滿足目前車規(guī)級控制芯片需求。在此基礎上，芯片廠商正研發(fā)應用于車身、動力、底盤等領域的高性能RISC-V芯片，瑞薩量產(chǎn)動力控制芯片RH850/U2B；東風集團與中信科集團共同成立二進制半導體發(fā)布的伏羲2360，可應用于發(fā)動機、變速箱、三電控制、ADAS、整車控制等領域；泰凌微TLSR9系列應用于汽車通信產(chǎn)品；方寸微電子TIH64Vx690可用于安全MPU。但整體上，汽車領域RISC-V芯片應用尚處于早期，僅有少量產(chǎn)品用在了座椅、車窗控制等功能安全較低領域，尚未實現(xiàn)大規(guī)模上車。

總的來看，在汽車芯片領域，領先企業(yè)已成功研發(fā)車規(guī)級RISC-V芯片產(chǎn)品，但應用尚處于前期?？紤]到我國RISC-V芯片上車同樣要面臨產(chǎn)業(yè)生態(tài)不完善、發(fā)展碎片化等問題，為推動我國RISC-V汽車芯片發(fā)展，應從關鍵內(nèi)核研發(fā)、推動成果上車、完善產(chǎn)業(yè)生態(tài)、開展國際合作、培養(yǎng)產(chǎn)業(yè)人才等方向加速推進。

雖然RISC-V有很多優(yōu)勢，但是客觀上講，現(xiàn)階段RISC-V一定程度上是被過度追捧的，首先，當前，它并不具備與X86或ARM在PC或移動終端領域進行競爭的能力。

其次，RISC-V不同聯(lián)盟體系內(nèi)的競爭應用領域和知識產(chǎn)權(quán)分散，難以形成權(quán)威性的龍頭組織，一個聯(lián)盟很容易被另一個聯(lián)盟突然替代，企業(yè)站隊錯誤將帶來毀滅性的后果，類似于Symbian系統(tǒng)。這也使得很多企業(yè)在做出關鍵抉擇時，變得非常謹慎，很多企業(yè)都是抱著不求一夜暴富，但求穩(wěn)扎穩(wěn)打的心態(tài)。

還有就是，之前提及的后發(fā)劣勢，后發(fā)劣勢不僅是要重建生態(tài)，還要面對無法繞開X86與ARM中的許多經(jīng)典微架構(gòu)的限制，來自X86與ARM的聯(lián)合絞殺，必然會成為RISC-V發(fā)展的重大阻礙。

最后，對于國內(nèi)RISC-V產(chǎn)業(yè)而言，還存在一個重大風險，那就是缺乏話語權(quán)。中國企業(yè)在RISC-V基金會的話語權(quán)不夠，大廈建立在別人的地基上。在RISC-V基金會的高級會員中，中國企業(yè)占據(jù)80%。但是，全球RISC-V軟件生態(tài)計劃“RISE”項目中，中國大陸芯片公司僅有平頭哥一家。中國企業(yè)難以實質(zhì)性影響RISC-V的技術(shù)演進。RISC-V畢竟是美國人搞的東西，雖然目前RISC-V基金會表示并不會受美國出口管制，但未來究竟會怎么樣？誰也無法保證RISC-V不會受到國際政治波及，所以保持與國際組織積極接軌的同時，成立中國人自己主導的RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟勢在必行。

最后，對今天的匯報做一個小結(jié)。

憑借其開放性、簡潔高效的設計和可擴展性，歷經(jīng)13年的發(fā)展，RISC-V架構(gòu)在MCU領域已經(jīng)有所積累，車規(guī)芯片、無線通信芯片、邊沿計算芯片、AI芯片等領域也初具規(guī)模。

未來，隨著生態(tài)建設的加強和技術(shù)成熟度的提高，RISC-V有望在各個領域?qū)崿F(xiàn)廣泛的市場應用，甚至包括PC和移動端領域，承載起國產(chǎn)芯片架構(gòu)全鏈生態(tài)、自主可控的行業(yè)使命！