全球芯片竞赛下，国内开源RISC-V架构进展几何？｜硅基世界

国内芯片设计公司基于RISC-V架构研发的64位服务器芯片开发板（来源：受访者提供）

在中国，RISC-V开源指令集架构正加速发展。

钛媒体获悉，8月23日RISC-V中国峰会上，中国工程院院士倪光南表示，开源RISC-V在中国具有超大规模的市场、丰富的应用场景和庞大的工程师群体推动下，已成为中国最受欢迎的CPU芯片架构。

(资料图)

“今天，开源软件已经成为软件发展的主流，我们相信开源RISC-V也将在硬件领域创造类似的成就。中国愿意拥抱开源，和世界协同创新，鼎力打造强大繁荣的RISC-V生态。”倪光南表示。

事实上，随着中美持续芯片脱钩和“逆全球化”加剧，国内开始加速拥抱开源RISC-V架构发展，以避免在主流CPU芯片架构上受制于人。

那么，在全球芯片竞争和之下，国产开源RISC-V架构进展几何？

阿里平头哥、算能等公布新品，2025年RISC-V出货量预超800亿颗

据悉，RISC-V是一种开源精简指令处理器，其起源于美国加州大学伯克利分校Krste Asanovic教授、David Patterson教授等人的课题研究。

实际上，现在正广泛应用的指令集架构ARM和最新的RISC-V，都源自1980年代的精简指令计算机RISC。区别在于，ARM是一种封闭的指令集架构，应用ARM架构的厂商只能根据自身需求调整产品频率和功耗，不得改变原有设计。

而不同于存在授权限制的x86和ARM架构，RISC-V具有精简、开源等特性，可开发更适应特定需求的独特芯片，并打破了x86、ARM架构高价授权费、定制化困难的惯例。

经过几十年的发展演变，CPU架构变得极为复杂和冗繁，ARM架构文档长达数千页，指令数目复杂、版本众多，且彼此之间既不兼容，也不支持模块化，并且存在着高昂的专利和架构授权问题。相反，RISC-V在设计之初就定位为完全开源的架构，同时模块化使得用户可以根据需求自由定制不同的指令子集，引起行业广泛关注。

RISC-V和 ARM、x86架构对比（来源：华安证券研报）

数据显示，2022年，全球RISC-V芯片累计出货量达100亿颗。

根据Counterpoint Research预测，到2025年，RISC-V处理器累计出货量将超过800亿颗，年复合增长率高达114.9%，届时RISC-V将占据全球14%的CPU市场、28%的IoT市场、12%的工业市场和10%的汽车市场。

作为全球最大的半导体销售市场，中国芯片行业早已拥抱RISC-V技术。

RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond在8月24日主旨演讲中表示，中国是RISC-V国际基金会社区中最为重要的领导力量之一，目前有超过700家中国芯片相关企业在2022年筹集了190亿美元，预计2030年中国芯片设计市场将占整个全球近25%（1/4）。

根据公开的数据，从2021年到2027年，中国的RISC-V内核预计将占据全球出货量的大约50%。

今年RISC-V中国峰会上，阿里平头哥、算能等多家芯片设计公司发布新品。

其中，北京开源芯片研究院则公布第二代“香山”（南湖）开源高性能RISC-V处理器内核等，性能已超过ARM A76；阿里平头哥发布了首个自研RISC-V AI平台，较经典方案提升超8成性能，支持运行170余个主流AI模型，而且下半年还会发布与安卓、WebOS等技术的结合，从而推动高性能RISC-V芯片落地应用；算能则公布RISC-V CPU SG2042服务器集群；深度数智发布了全球首台原生RISC-V开发的笔记本电脑DC ROMA。

目前国内RISC-V企业主要分为两派：一种是利用RISC-V架构销售IP核，例如SiFive等，另一种是通过RISC-V架构设计出芯片产品，并流片、量产和销售，部分环境还会使用其他公司的RISC-V IP 核量产芯片，例如阿里平头哥、芯来科技、算能等。

会后交流环节，北京开源芯片研究院首席科学家包云岗对钛媒体App表示，随着 AI 算力和大模型数据迁移需求增加，RISC-V都能够在其中发挥很大的作用。通过基于RISC-V的高性能处理器IP，可以让计算效率更高，而且他相信，RISC-V的开放性能够带给行业更多的创新机会，尤其是面对未来的一些应用场景。

“ARM当年爆发是在于手机市场，而我们看到 AI 领域能够加入RISC-V架构，引起其本身有一个非常大的特点，就是灵活和可扩展性，可以加DSA，加一些加速计算东西在里面。如果今天能够把这些能力充分应用在AI领域，能够让CPU的能力配合这些扩展，把它们的能力结合起来，RISC-V就能打入AI领域。”平头哥半导体生态副总裁杨静表示，RISC-V除了需要提高计算能力，也要加强 AI 能力，她称这是平头哥下面会持续投入的方向。

根据研究机构Semico数据，到2027年，RISC-V技术的芯片数量预计将以每年73.6%的速度增长，届时将生产约250亿颗基于RISC-V架构的 AI 芯片，从而收入将达到2910亿美元。

谈及国产开源RISC-V“香山”项目进展，包云岗向钛媒体App透露，第二代“南湖”架构已完成“产品化改造”，现在已经有一批企业开始使用“香山”研发高性能芯片产品，2022年已有两家企业在用“香山-南湖”，其中一家企业已流片，今年9月份回片，还有一家企业将在今年下半年流片；第三代“昆明湖”架构正在研发，性能可以接近（比肩）ARM Neoverse N2。相比ARM架构，“香山-昆明湖”架构拥有开源优势。

“现在看起来，第三代‘香山-昆明湖’还是有希望达到两三年前ARM高性能处理器核的水平，当然现在还只是在性能上，后面的面积、功耗还需要去优化，这方面ARM有很强的优势，我们需要不断地改进。我们的优势是采用开源的方式。”包云岗表示，今年就有更多的企业在使用“南湖”架构，未来可能会出现一些RISC-V GPU芯片产品。

包云岗强调，总的来看，“香山”目前还处于非常好的发展态势。

软件生态和商业模式亟待完善

中国科学院软件研究所副所长武延军表示，近年来，RISC-V生态得到快速发展，相关产品逐步落地，甚至进入了数据中心服务器、平板、PC笔记本等领域。而且在AI生态中，RISC-V能发挥更大的作用。未来各家所谓的AI处理器都有自己的一些特色，可以形成不同的扩展指令集或自定义指令集，使RISC-V生态更丰富。

包云岗指出，当前RISC-V的商业机会主要有五块：

• 一是有机会复制ARM模式，成立RISC-V IP公司，提供自研的IP核或Chiplet；
• 二是在高价值的高性能RISC-V领域，自研处理器核、Chiplet和SoC，可省去高昂授权费，并且自由定制和扩展；
• 三是针对某个特定量大的应用场景，自研或基于开源RISC-V处理器核，并开发专用芯片；
• 四是参考TI（德州仪器）模式创建一个平台型公司，为中小用户提供“一站式芯片设计服务”，满足面向千亿量级IoT场景的成千上万种定制芯片需求；
• 五是复制开源软件领域的商业模式，基于开源的RISC-V实现（比如香山）来为下游SoC芯片设计企业提供IP产品和设计服务。

  包云岗认为，前三种模式是相对传统的，容易被业界探知的增长方向。当前，大多数创业公司都聚焦在这三种模式中，而第四、第五这后两种模式创新性更强还是一片蓝海，存在很大的技术变革机会。

  包云岗预测称，未来可能会有基于云服务的芯片开发。在这样一种模式下，各种各样的资源可以在云上共享。对于开发者来说，只要注册云账号，就可以在云上完成各种各样的芯片开发。从全球范围来看，已经有一些雏形在朝着这个方向发展，例如硅谷企业efabless允许用户在其平台上通过简单拖拽快速生成一块SoC芯片。

  然而，由于RISC-V较新，软件生态还不完善，应用案例不多，面对加速计算等复杂环境的性能处理能力缺陷也很明显。尤其是RISC-V架构的芯片性能非常受限于制程工艺，如果采用不太先进的14nm或28nm工艺制造，其性能可能会受到一定影响。

  RISC-V的开源性，意味着其技术细节是公开的，修改也是公开的。此前，随着英伟达收购Arm的并购案推进，Arm的芯片领域“中立地位”受到质疑，企业将目光转向RISC-V。但在研发芯片时，企业往往会直接在RISC-V架构上进行修改，而不是使用其它公司的产品，导致整个产业高度碎片化，在应用生态上难以兼容。

  武延军表示，目前阶段，RISC-V和x86、ARM生态上还是有一些差距，无论从软件规模上还是性能优化程度上，可能都还没有达到x86和ARM的状态。“这其实也是我们接下来这几年需要做的事情。”

  对于制程影响，包云岗认为，短期来看，先进制程受限肯定是会影响高性能芯片设计。过去，台积电、Arm给国内很多芯片公司准备好了“快餐”，大家直接“吃快餐”就可以快速把芯片设计出来，而不再花心思真正做研发。如今先进工艺受限下，把架构和工艺更好地结合起来更为重要，同时，利用Chiplet等先进技术把14nm/28nm芯片封装，也可解决先进制程难题。

  “总的来说，大家还是要抛弃掉‘吃快餐’的传统定势思维。”包云岗对钛媒体App表示。

  武延军对钛媒体App表示，芯片的应用场景非常广泛，特别是在中国。而应用里有几类头部是需要先进制程支撑的，大多数应用对制程要求没那么高。而且，制程的先进并不代表最终系统的性能领先，很多情况下，软件和其他技术可以抵消制程带来的劣势。

  8月4日，博世、高通、英飞凌、Nordic（北欧半导体）以及恩智浦五家头部汽车电子芯片公司共同宣布，将投资在德国成立一家基于开源RISC-V架构的合资公司，推动RISC-V架构应用，最初重点是汽车领域，引发广泛关注，因为高通、英飞凌还是Arm的客户，却在RISC-V架构中持续布局，足以看出RISC-V的行业影响。

  而随着RISC-V产品加速落地到笔记本电脑、服务器等领域，其竞争对手、累计出货2500亿颗芯片的Arm已感受到了压力。8月21日Arm提交的IPO招股书中表示，其客户正在和竞争对手成立合资企业，加速RISC-V的采用。

  “如最近宣布的RISC-V合资企业。这种合作关系或合并还可能使竞争对手能够比我们更快、更有效地预测或响应新的或不断变化的机会、技术、标准或客户要求。如果我们无法预测或应对这些竞争挑战，我们的竞争地位可能会削弱，收入和盈利能力可能会下降。”Arm在招股书中表示。

  独立芯片分析师斯图尔特·兰德尔（Stewart Randall）认为，Arm确实应该注意到RISC-V这些开源架构的崛起，这才是它们未来面临的真正的挑战。

  （本文首发钛媒体App，作者｜林志佳，编辑｜马金男）

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