【深度】RSIC-V核心生态成就“中国芯” 要的不仅仅是表面

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【深度】RSIC-V核心生态成就“中国芯” 要的不仅仅是表面活跃

在不少人眼中，RISC-V可能是AIoT时代唯一且最后一个能帮助中国点燃自主芯片梦想的“火种”，一旦错过了这一绝佳机遇，未来“中国芯”很可能只会沦为一纸空谈。现如今，作为中国半导体芯片领域的强劲对手的美印等国，几乎都在倾力助推本土RISC-V生态的发展，印度更是举国家之力将RISC-V列为了国家级指令集。

反观全球芯片进口大国的中国，在RISC-V的生态建设和推进上却是“雷声大雨点小”。尽管在芯片硬件设计方面，已有不少本土企业在积极参与，但在关键的软件生态（比如系统和应用软件）方面，却难有中国企业的话语权。随着AIoT时代，芯片设计越来越强调设计企业的软件功力，在这方面居于弱势的本土企业究竟该如何去壮大自己的“软实力”，也成为“中国芯”能否搭上RISC-V这趟“顺风车”的关键。

RISC-V市场化加速  软件是生态成功之必要条件

如果放在三年前，可能RISC-V只是一个ISA（指令集架构）；但两年前，市场上就已经出现了一些基于RISC-V来构建的处理器；时至今日，国内外已经有7-8家公司开始授权RISC-V的IP核，做开源业务的也有3-4家左右。而在中国市场，截止今年1月，国内已有60多家公司正在或计划利用RISC-V的ISA来设计SoC产品。

从软件生态链公司的业务表现来看，UltraSoC首席执行官Rupert Baines在接受记者采访时透露：“一年之前，我们可以说主要的业务是放在ARM这块。但RISC-V市场的快速发展，也令其成为了我们业务量增长中非常快的一部分。目前我们的业务占比中，RISC-V占15%，45%仍然是以ARM为主，而其他的一些包括MIPS和CEVA这类业务占到10%。”

RISC-V市场之所以能够在三年之内实现递进式发展，除了其本身具备的灵活性和开源化优势以外，背后强大的生态建设团队也至关重要。毕竟，背靠由英伟达、西部数据、谷歌、高通、微软、华为、阿里巴巴等235家会员企业共同成立的基金会，RISC-V无论从资金还是技术实力上来看，现在可以说毫不弱于ARM。但ARM为何依旧能够保持江山稳固，牢牢的把控着处理器IP市场绝对的主导权，编者认为这与其苦心经营多年的庞大软件生态链有着非常必要的关系。

对于IP市场来说，软件生态系统究竟有多重要？Arm机器学习部门商业与市场副总裁DennisLaudick曾以AI处理器应用举例到：“软件是AI处理器中更关键的部分，软件生态系统是Arm成功的关键所在，这也是Arm过去20年已经做的事情。近两年的AI热潮会对软件行业带来革命性的变化，因为传统的软件在概率判断，评估猜测方面有一些局限性，AI对概率判断的准确度和猜测的准确度上有其特点，AI将让软件进入2.0的时代。”

Arm同样凭借软件带来了非常显著的提升，记者获悉， Arm的AI处理器是一个异构的系统，其中包含CPU、GPU、NPU等。但作为IP核，想要实现更好的可配置性，软件体系起到了非常重要的作用，比如硬件之上Arm有特别优化的Compute Library，会把底层的硬件和驱动进行充分优化，根据算法的不同需求驱动硬件，可以提升几倍到十几倍的效率，这是当前的RISC-V并不具备且极度稀缺的优势。

另一方面，譬如在一些SoC设计前期的功能性软件技术方面，类似于ARM的处理器跟踪这类技术，也是目前RISC-V软件生态中典型的非常欠缺的部分。跟踪功能是SoC系统开发工程师的关键工具，它可以帮助工程师快速且详细的查看程序执行的情况和行为，像ARM的ETM跟踪宏单元能够在程序执行时，通过产生对处理器地址、数据及控制总线活动的追踪来获得处理器的全速操作情况，开发人员借此能够控制断点和观察点的位置并配置各种跟踪功能。

因此，RISC-V的生态想要如ARM那般成功，还需要更多的软件技术厂商协力配合，来逐步弥补RISC-V的软件生态缺陷。UltraSoC就是其中一员，Rupert Baines表示：“其实RISC-V跟ARM和MIPS最本质的区别还是Trace Encoder和Trace Receiver，因为ARM已经有了ETM，所以我们不需要重新帮助ARM去开发一个ETM，ETM上面给的是什么数据，我们只需要抓取过来即可。但是，RISC-V只是一个核，它并没有类似ARM那样的ETM，所以我们就相当于帮助RISC-V开发了一个ETM，帮助它弥补了这项功能缺陷。”据悉，这个领域目前只有UltraSoC一家公司在细心耕耘，RupertBaines表示也希望看到更多的软件技术公司能参与进来，共同致力于RISC-V的软件生态建设。

基于RISC-V布局“软实力”  “中国芯”崛起的绝佳机遇？

RISC-V这种软件生态的缺憾，编者认为反倒是给如今想要一心在自主芯片领域有所作为的中国本土企业创造了绝佳的机遇。如何去利用好这个机会，在多年来打造的芯片硬件设计的“地基”上，构建起本土芯片“软实力”的高筑墙，将是接下来“中国芯”打破国外技术垄断，与美印等国在RISC-V乃至整个处理器IP市场角逐的关键。

RISC-V基金会中国顾问委员会主席方之熙博士在接受记者采访时就表示：“其实，我们现在担心的并不是RISC-V会不会被ARM打败，更担心的是中国的RISC-V会不会被美国和印度的RISC-V打败。因为这些国家在RISC-V领域发展很快，而且芯片设计能力和系统软件的设计能力都很强，若我们不加快速度，机会就会逐步丧失。”

曾任英特尔副总裁以及英特尔中国研究院第一任院长的方之熙，对CPU领域有很深的理解，因此他非常看好RISC-V在国产CPU领域的机会：“RISC-V为中国的CPU产业贡献了一个很好的机会，让我们既不是关起门来自己做，又不是跟在别人后面，既能够与国际接轨，又能发挥出中国很大的一个市场优势。如何利用这个机会，将RISC-V作为一个垫脚石，把中国的CPU工业做起来，达到不受制于人的水平，我认为还需要加大力度开发自主的系统软件，这非常重要。因为，作为一个芯片公司，不能够只做芯片的硬件端设计，软件实力也非常关键。例如，英特尔公司虽然是一个做芯片的硬件公司，但其实英特尔公司内部的软件工程师要比硬件工程师多得多。”

这种“软实力”，也正是现在中国绝大多数本土芯片企业的最大缺陷。记者观察发现，无论是从产品发布还是对外技术公布技术资料来看，本土芯片厂商更多的偏好于强调自己的硬件架构铺设能力，几乎很少甚至避而不谈与芯片性能表现息息相关的软件工具和算法技术。然而，AIoT时代正步步逼近，随着算法演进的不断加速，未来几年，若本土芯片厂商依旧在软件技术领域仍难有作为，势必会在下一轮的芯片市场争霸战中，被国外竞争对手击垮。

方之熙告诉记者：“想要做好CPU，必须要花大量的精力把系统软件和应用软件做好。而RISC-V现在给了我们这个机会，具体还得看我们如何利用好它。但现在，国内对于CPU的了解和对CPU产业的理解实际上并不够深，还停留在芯片设计的硬件层面上。做芯片如果没有软件的配合是很难成功的，如果中国能够把系统软件做好做强，在RISC-V领域未来就会有很高的话语权。”

截止目前，国内真正利用RISC-V来打造自主CPU和相关系统软件的企业实际上并不多。今年一月统计的国内60多家利用RISC-V来做芯片设计的公司中，几乎大部分都采取了与ARM类似的商业模式，利用RISC-V的设计来做集成和整合，打造成自己的IP来对外销售。方之熙认为，这种模式会有局限性，最终会碰到类似ARM那样的同质化问题。除此，记者也了解到，纵使在少数几家真正用RISC-V来做自主CPU设计的企业中，也大多是以打造低端的IoT类芯片设计为目的，真正做高端CPU开发的企业几乎很少，更不必谈专门开发RISC-V上的系统软件。

对此，方之熙表示：“基于RISC-V来做系统软件，如果要交给商业化的公司来做是不太现实的，因为这是为所有的RISC-V公司服务。商业公司需要营收来维持公司发展，要花钱雇佣一些工程师去做这种三到五年没有营收的项目压力其实是很大的。目前，美国方面还没有热烈的响应。所以如果能由国家出面来投入和推进RISC-V系统软件项目的研发，我认为这对于增强中国在RISC-V领域的发言权，以及发展中国自主的CPU都会是很好的机会。”

像现在，印度政府就在大力推动这方面的发展，并已经做成了国家级的平台。编者认为，有了这种先例，国内大可以效仿印度去开发自主的RISC-V系统软件和平台。毕竟，软件是可以培养的，相比硬件软件的纠错成本也比较小，包括操作系统、Debugger、Runtime以及相关的EDA工具，还有类似英特尔的CPU中会涉及到的软件，RISC-V的芯片设计中未来也都会遇到。

典型比如AI和IoT时代，芯片最关键的安全机制方面，方之熙对记者透露：“做信息安全，几乎都是道高一尺、魔高一丈，即使做的再好，黑客总会有方法黑进去。RISC-V为了提高自身的差异性，在信息安全方面，将来非常可能会把信息安全放在用户定义的指令上。换句话说，中国可以拥有自己的一套国产信息安全机制（包括软件和硬件），允许使用这些不同的指令和微系统架构，来定制自己需要的信息安全机制。这样的话，我们可以将国密算法和国密机制做到国产芯片当中，而不需要经过任何人同意。”

相比之下，在目前的ARM当中，因为硬件设计都由ARM自己定义，比如大多都会用到的ARM的TrustZone安全机制，每家芯片厂商开发的芯片在安全方面没有任何的差异性，芯片安全都处于同一个级别，这会增加AI和IoT时代设备的安全性风险。因此，国内芯片产业急需抓住这一机会，借RISC-V软件生态仍不成熟之机打造差异化和自主的软件技术标准，方能有资本在未来的AI和IoT芯片时代与国际大厂分庭抗礼。

总而言之，RISC-V要真正成为中国的“国家级指令集”，未来可能还要走相当长的一段路。因为就目前来看，虽然在RISC-V芯片的硬件设计上已经有相当多的本土企业在积极参与，但在RISC-V最关键的系统软件和应用软件领域，却并未出现任何一家能够具备相当实力的公司，这无疑进一步削减了中国在RISC-V标准和软件工具链领域的话语权。不过，系统软件和工具链的研发不仅需要雄厚的资金支持，更需要日积月累的时间沉淀，这还有待国家和企业层面的双重驱动。眼下正值贸易战时期，在轮番的刺激下，编者认为国内更应该加大力度和投入去开发基于RISC-V的自主系统和应用软件，为“中国芯”突破国际垄断奠定基石。

当然，本土企业也应该改掉自己在RISC-V领域“表面活跃”的坏毛病，正如方之熙所说，“如今，全球的RISC-V基金会成员有250多家公司，很多新的指令都是通过表决来决定，新的指令会是什么样，需要各成员公司给出不同的建议。欧美公司表现非常积极，国内公司相对活跃度不高，目前仅仅只有25家公司参与。”

当然，在国产替代的大势所趋下，这也许给中国企业留出了更多的空间，但时不我待！