手持开源“大刀”，RISC-V如何从“低端量变”到“高端质变"?

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【深度】手持开源“大刀”，RISC-V如何从“低端量变”到“高端质变”？

---- 前方高能，总共达3730字 ----

　　2010年，加州大学伯克利分校的一个团队正准备开始设计一款CPU的项目，但在选择指令集的过程中却遇到了阻碍。纵观当时市面上的指令集：x86在英特尔手上无法获取授权；ARM授权费用又过高；至于MIPS、PowerPC、SPARC等，不仅本身复杂，还存在很多知识产权问题。于是，团队决定自己动手，他们成立了一个四人小组，仅仅用了3个月就完成了一套全新的指令集，并公开发布他们的成果。这一套全新的指令集，就是RISC-V。从RISC-V的起源来看，可以说，RISC-V是为了替代ARM或x86而生。

　　近10年间ARM的增长我们有目共睹，伴随着智能手机的发展，ARM不仅在各种智能设备上被广泛应用，近些年还开始在PC以及数据中心发力，大有蚕食x86传统优势领域份额之势。

　　同样，RISC-V诞生至今也已经有10年个年头，自2015年成立RISC-V基金会后，其开源的特性就吸引着各大科技巨头加入，并迅速发展壮大。去年12月8日举行的RISC-V峰会上，RISC-V基金会CEO Calista Redmond 表示，从嵌入式到企业，RISC-V核心、SoC、开发板、软件和工具的市场势头正在增强。与此同时，Redmond还透露，2020年RISC-V基金会全球会员增加了一倍，达到900多名成员，其中包括215个组织。

　　对于2020年的市场表现，PerfXLab（澎峰科技）CEO张先轶在接受《华强电子》采访时表示：“2020年，算是计算硬件技术的国产化创新小高潮，我们的发展势头也非常不错。我们相信新一代计算技术的中国创新和中国力量将不可忽视。”

　　据张先轶介绍，PerfXLab是一家致力于计算软件栈相关技术研发的公司，其核心团队来自于中科院，重点关注HPC、RISC-V和AI三个新一代计算技术方向。早在2018年，PerfXLab就率先加入了RISC-V基金会。

　　就现阶段而言，基于RISC-V的芯片主要应用在物联网场景，比如性能要求较低的边缘计算、嵌入式FPGA、MCU等低端市场。过去，这些应用场景同样是ARM所擅长的，以32位MCU为例，不少国内MCU厂商就长期依赖于ARM建立的生态环境中。而RISC-V的出现，让国产厂商嗅到了ARM以外的新道路。

　　李珏指出，当前RISC-V处理器的广泛应用正冲击着Arm的市场，众多国内大的芯片厂商都已在积极布局RISC-V处理器内核的产品。

　　尽管在64位等高性能处理器领域，RISC-V目前并没有太多应用落地，但在张先轶看来，32位处理器领域的成功，已经足以体现RISC-V相比ARM的优势。

　　“先说明一下系统复杂性和系统先进性是两回事。”张先轶进一步解释道：“32位处理器虽然比64位的技术复杂性低一些，但要做好和做到先进却仍是不容易的事情。RISC-V率先在32位处理器市场取得可喜的成绩，这已经体现了RISC-V开源指令集的优越性，PerfXLab也一直在讲开源的驱动力是让行业获得‘设计的自由’，这也是与ARM相比的核心优势。我们认为RISC-V 32位处理器大有可为，对比一下我们和ST、NXP这种国际巨头的规模就可知道一些事情了。”

　　不过，对于未来庞大的IoT市场，其碎片化的特点在业内已经被谈论了很多年。ARM利用其先发优势，已经与其多个生态合作伙伴构建物联网云平台，试图解决IoT部署过程中的碎片化问题。而作为挑战者，IoT市场的碎片化是否会对RISC-V的推广和落地应用带来一定阻碍？

　　张先轶再次强调了要充分发挥RISC-V的开源特性：“你可以获得‘设计的自由’，从芯片设计角度这首先意味着这几个优势：更低门槛的创新自由；极致设计的自由；不受制于人的自由。PerfXLab将在RISC-V开源软件生态上给予芯片硬件企业全力支持，赋能从芯片到应用落地最后1公里的问题。”

　　因此，开源软件生态就是解决碎片化问题的关键所在。“要万物智能，芯片将必然是多样性，这才是春天。”张先轶补充道。

　　

　　CPU国产化多年以来都是我国信息技术应用创新发展的难点及重点，但直到目前为止，以龙芯、海思、飞腾为首的国产CPU厂商，都采用了国外IP授权的形式，至少在PC以及智能手机等高性能应用上，成熟并完全自主可控的CPU产品几乎不存在。

　　这样的背景下，全国工商联副主席李家杰就在今年两会上表示：“开源芯片技术的兴起为中国带来‘弯道超车’的机遇。近两年，RISC-V 开源架构正成为芯片产业创新的全球趋势，基于这项灵活开放的开源架构，我国的芯片产业可以有机会和欧美芯片公司在同一条起跑线上竞争。RISC-V有望成CPU国产化的重要选项。”

　　不过，在短期来看，RISC-V要想达到替代ARM、x86的水平还有很长距离，毕竟ARM、x86都已经有数十年的发展历史，其背后的公司所创造的生态壁垒不是一朝一日能够跨越的。那么RISC-V真的能够承担起国产CPU所寄予的厚望吗？

　　而今年1月，阿里巴巴旗下平头哥半导体公司将Android 10操作系统移植到采用玄铁910 RISC-V内核的处理器及硬件上，并成功运行，似乎让我们看到了RISC-V在智能手机上替代ARM的可能。

　　值得一提的是，PerfXLab正是平头哥C910运行Android系统项目的深度参与者之一。张先轶从技术和商业两个方面来分析了Android成功运行在RISC-V处理器上的意义：“从技术层面而言，这证明了RISC-V 64bit处理器在高性能上将不会缺席，未来在这个领域将会和ARM展开正面竞争；商业层面而言，RISC-V+Android未来是否能取得长足的发展，这可能与Google对此的支持力度有密切的关联性。”

　　另一方面，适配Android或许只是一个信号，是能够证明RISC-V能力的一个信号。从更长远的角度看，张先轶对记者表示：“未来人手一支手机和万物智能、万物互联哪个市场将更大呢？Linux生态，华为鸿蒙，苹果，谷歌实际上都在积极布局下一代万物互联操作系统。”

　　“当初苹果选择ARM，谷歌选择ARM的原因并不是ARM选择iOS和Android。”张先轶进一步解释道。“所以，作为RISC-V硬件，打铁还要自身硬，RISC-V硬件必须先得证明你自己的能力，这也许是这个问题的关键意义吧。”

　　其实，从ARM的发展历程中，我们也能发现自1985年诞生后，经过了十多年的发展，直到2000年左右由于手机的爆炸式增长才开始在手机市场中逐渐实现垄断。时至今日，ARM的IP早已从最初的低性能低功耗产品，发展至垄断当前智能手机SoC市场，并逐渐向PC、数据中心等x86传统优势市场发起冲击。

　　从低端量变到高端质变，这或许同样是RISC-V在ARM、x86的市场垄断下突围而出的必经之路。在适配Android证明RISC-V的可塑性以及高性能潜力后，下一代操作系统是否能够选择RISC-V，还需要RISC-V生态厂商的努力，共同构建更强大的硬件以及更完善的生态。

　　RISC-V与其他的指令集架构一样，其构建的芯片也分为通用（CPU/MCU）和专用（SoC）。其中，通用芯片是否能够被广泛应用，完善的生态是最关键的因素。

　　“目前国内RISC-V生态链是很健康的。”李珏分析道：“处理器内核提供商、嵌入式系统提供商、嵌入式软件开发商、芯片商、解决方案提供商等各个商业环节都有玩家参与进来，并且有的领域已经形成了较为明显的领导优势。”

　　对于RISC-V发展过程中的技术生态问题，张先轶同样表达了乐观的看法：“我们正处于人工智能技术的变革时代，新的生态正在建立，谁能实现新技术到应用落地到生态建设的迭代闭环，谁将拥有未来。另一方面，我国在互联网时期的领先优势，为这个闭环提供了最佳的土壤。如果我们建立社会共识，让国产化技术优先，那必定能加速这个过程。”

　　而在被问到RISC-V未来是否有潜力达到目前ARM的市场地位时，张先轶认为，这往往涉及到技术更迭是否有规律以及产业环境的问题。他表示，从产业发展的宏观层面来看，有三个关键点：

　　一、依照摩尔定律，集成电路行业本身是一个高速迭代的产业。但优势往往也是劣势，例如指令集需要向前兼容而变得越来越复杂化；

　　二、所有技术的背后都是人才，专利是可以被锁定的，而人才是流动和可持续培养的；

　　三、中国是否在这个行业里进行了足够的、持续的投入。要想当地主，就必须有开荒的精神。在新一代计算技术变革的时代，我们只要有开荒的精神，技术都不会是问题。

　　李钰同样表达了人才在RISC-V产业发展中的关键。“产业能否持续发力，离不开教育的锦上添花。下一步除了在尚待开发的领域寻找leading customer外，还要积极推动RISC-V的产教研融合，通过教育推广RISC-V并提供保质保量的工程师人才，形成良性循环。”

　　与此同时，在推进RISC-V产业发展的路上，李钰还表示：“除了在高性能处理器内核上加大研发力度外，芯来科技还启动建设了基于RISC-V处理器内核的全栈式SoC IP平台，能极大缩减基于RISC-V的项目设计周期，降低设计成本。同时，可协助客户在汽车、工业控制、通信、智能家居、区块链、人工智能等领域输出基于芯来内核的产品。”

　　而作为平头哥Android移植RISC-V项目的深度参与者，PerfXLab也在为开发者创造出更便捷的开发环境。张先轶表示：“PerfXLab首先将基于我们在计算软件栈的核心优势，在HPC和RISC-V领域与计算硬件技术公司共同成长。我们的PerfXAPI开源异构计算软件栈面向云和边的高性能异构计算需求，为各种计算硬件提供一个统一的、开放的计算软件平台，一方面让计算硬件面对不同场景充分发挥出计算能力，让开发者更方便使用各种计算硬件平台。针对RISC-V是一个新兴的指令集，我们发起了RVBoards开源软件项目，希望为每一颗RISC-V SoC提供一个完整的open SDK，通过开发者、爱好者社区，在人才培养和应用创新上做出贡献。”

　　

　　因此，我们不难看出，当前RISC-V在“开源的光环”下，已经受到国内各大产业链厂商的重点关注。中国未来芯片自主可控的战略中，RISC-V被寄予厚望，与它自身的应用潜力同样息息相关。当前我们正处于迈入真正万物互联时代的关键节点，正如10多年前iOS以及Android的出现将智能手机行业彻底颠覆一般，国内RISC-V生态厂商必须抓住当下的机会，共同推动本土RISC-V产业发展。或许我们可以期待，下一个10年，将是属于RISC-V的时代。

完