华为芯片动态引关注，RISC-V架构能否成为国产芯片

草帽王子

华为芯片动态引关注，RISC-V架构能否成为

国产芯片打破垄断实现自主可控的希望？

（全球TMT2021年6月2日讯）不久之前，有关华为芯片的一个新动态引起业内人士的关注。有消息称，华为为鸿蒙系统的开发人员提供了首个基于RISC-V架构的鸿蒙开发板Hi3861芯片。这颗芯片被描述为主控芯片，32位，最大频率160MHz，内嵌352KBSRAM、288KB ROM、2MB Flash等，主要针对物联网市场，比如智能家电。华为的这一举动被解读为，为了克服美国对其使用Arm架构的限制；而且也有利于华为同时抓住软硬生态，形成一个完整的鸿蒙商业闭环。

　　与此同时，RISC-V架构再次引起广泛讨论，这个被认为是继x86、ARM之后的第三大CPU架构，再次成为国产芯片打破垄断，实现自主可控的焦点。

　　

　　一、那么RISC-V架构到底是什么？

　　RISC-V架构是一种指令集，是基于“精简指令集（RISC）”原则的开源指令集架构，罗马数字“V”是说该指令集是RISC系列的第五代产品。

　　而这里所说的指令集是指存储在CPU内部，引导CPU进行运算，介于软件和底层硬件之间的一套程序指令合集。大家都知道CPU即中央处理器，是负责计算机主要运算任务的组件。而CPU在执行计算任务时都需要遵从一定的规范，这种规范或语言就是指令集。如果把CPU简单比作一个灯泡，指令集就是这个灯泡的说明书。那么与“精简指令集（RISC）”相对应的就还有复杂指令集（CISC）架构，以英特尔的x86为首。


　　二、在RISC-V架构诞生前，指令集市场一直是x86与ARM的天下。

　　

　　x86泛指一系列基于Intel 8086且向后兼容的中央处理器指令集架构。最早的8086处理器于1978年由英特尔推出，为16位微处理器。英特尔早期以数字格式来命名处理器，比如Intel 8086、80186、80286、80386以及80486，都是以“86”作为结尾，因此该架构被称为“x86”。不过由于数字并不能作为注册商标，因此英特尔在新一代处理器使用的注册名称是奔腾（Pentium）、酷睿（Core）等。X86主要用于PC领域如笔记本、台式机、小型服务器，善于处理大数据，IP主要被英特尔和AMD掌握。AMD的CTO首席技术官Mark Papermaster曾表示， “X86现在是计算架构的统治性力量，有大量为X86开发的代码以及工具链，使得开发者很容易使用X86平台。”

　　ARM架构则是一个32位精简指令集（RISC）处理器架构。始于1983年开发的一颗主要用于路由器的Conexant ARM处理器。ARM1 Sample版于1985年完成开发，而首颗"真正"的产能型ARM2于次年量产。ARM2可能是当时全世界最简单实用的32位微处理器，其仅容纳了30,000个晶体管，没有包含任何的高速缓存，这使得它耗电极少。而这种精简又快速的设计方式一直是ARM架构的特点，所以ARM处理器广泛使用在需要低耗电节能的移动通讯领域。有数据显示，在全球移动芯片市场中，ARM架构占比超过九成以上。另外ARM公司本身并不靠自有的设计来制造或出售 CPU ，而是将处理器架构授权给有兴趣的厂家。包括博通、IBM，英飞凌，任天堂，恩智浦、三星电子等许多公司均拥有各个不同形式的ARM授权。目前ARM正在等待被英伟达收购的审查结果。

　　可见，作为后来者的RISC-V架构想要从x86和ARM架构市场中分一杯羹并不容易，但精简指令集RISC-V最大的优势在于完全的免费开源。

　　RISC-V的诞生始于1981年，当时在加州大学伯克利分校由David Patterson教授带领的一个研究团队起草了RISC-1，建立了RISC架构的基础。1983年该团队发布了RISC-II原型芯片，1984年和1988年又相继发布RISC-III和RISC-IV。2010年一套免费开放的指令集架构RISC-V才正式推出，其原型芯片也于2013年成功流片。2014年RISC-V第一版用户手册完成。RISC-V架构完全免费开源，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件，相比之下ARM则需要支付高昂的授权费才可使用。

　　2015年，非盈利性组织RISC-V基金会（RISC-V Foundation）成立，吸引了包括英伟达、恩智浦、三星以及中国的阿里巴巴、华为等企业加入。目前该基金会在全球50多个国家/地区拥有1000多名成员。该基金会负责维护RSIC-V指令集标准手册与架构文档，并每年举办交流活动。RISC-V架构也给包括中国在内的很多国家一次实现芯片自主可控的机会。2018年中国RISC-V产业联盟成立，该联盟由芯原控股、芯来科技、上海赛昉科技、杭州中天微、北京君正、兆易创新、致象尔微电子、乐鑫科技、时芯电子、紫光展锐、地平线、晶晨半导体、华大半导体、格易电子、上海高性能集成电路设计中心、上海集成电路行业协会、上海物联网行业协会等单位共同发起，旨在加快完善国内RISC-V产业生态体系。2019年，阿里发布的平头哥芯片处理器玄铁910就是基于RISC-V架构。

　　不过，RISC-V架构短时间想要超越x86架构以及ARM架构仍有相当大难度。

　　一方面x86架构市场已经相当庞大，不管是PC还是服务器以及相关软件带动的应用服务，x86架构拥有长达40年历史积淀。而ARM架构在移动市场的应用规模也难以被取代。而RISC-V架构由于发展时间相对较短，也面临着缺少完善生态系统的问题，如编译器、开发工具和软件开发环境等。

　　此外，这里提一下中国自主研发的LoongArch架构。

　　龙芯是由中国科学院计算所自主研发的通用CPU，它采用自主LoongISA指令系统，兼容MIPS指令。2002年诞生的“龙芯一号”是中国首枚拥有自主知识产权的通用高性能微处理芯片。龙芯从2001年至今共开发了1号、2号、3号三个系列处理器和龙芯桥片系列。2021 年LoongArch 基础架构手册正式发布。

　　其实究竟哪一种架构更好很难判定，但不管是人们对RISC-V架构的热烈探讨，还是龙芯的诞生，其实都是行业人士希望有一种新的模式可以给更多中国企业带来发展的机遇，给整个芯片行业带来积极的竞争。我们也期盼看到中国的科技企业未来在芯片上可以有更多突破，打造出强大的“中国芯”。

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