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讓ARM倍感壓力,RISC-V能否成為中國芯崛起的希望?

科技云報道 2019-10-12

近年來,RISC-V占據了開源指令集架構的主流,特別是在國內市場“自主可控”、“國產替代”趨勢之下,RISC-V更是備受追捧,甚至有人把RISC-V稱作“中國半導體行業最后一次趕超歐美的希望”。面對美國的技術封鎖,RISC-V值得全力押注嗎?

10月9日凌晨,在一年一度的ARM TechCon 2019大會上,ARM首次宣布將在部分ARMv8 Cortex-M系列CPU內核當中引入自定義指令功能,即客戶能夠編寫自己的定制指令來加速其特定用例、嵌入式和物聯網應用程序。

據了解,ARM Cortex-M系列CPU內核主要應用于對性能要求相對較低、對于功耗和成本要求較高的應用領域,目前在物聯網領域應用非常的廣泛。

此次ARM在CPU當中加入自定義指令功能,可以在無需增加其他的內核,不增加成本和功耗的前提下,幫助客戶實現性能的提升。

除此之外,今年7月ARM調整了芯片設計授權費的收費模式,推出了全新的ARM Flexible Access業務模式。

通過ARM Flexible Access模式,如果芯片制造商使用ARM的一種設計方案投產芯片,那么他們每年需要支付7.5萬美元的費用;如果他們每年支付20萬美元,那么就可以獲得不限數量的芯片設計方案。只有在芯片開始生產時,他們才需要支付授權費和專利費。

可以看到,主要針對于物聯網市場的Cortex-M系列IP,以及可適用于物聯網市場的Cortex-A53/A35/A34/A32/A7/A5,基本都囊括在其中。

顯然,ARM的“加入自定義指令功能”、“下調IP授權費”之舉,針對的正是物聯網市場,主要應對的也正是免費開源的RISC-V架構在物聯網市場對于ARM的沖擊。

冉冉升起的RISC-V

在移動互聯網時代,ARM 顯然是絕對的主流,但隨著移動互聯網時代的結束和IoT時代的到來,ARM已經感受到了來自RISC-V的壓力。

根據市場研究機構IP Nest此前發布的IP市場分析報告顯示,2018年全球最大的IP提供商ARM的營收出現了3%的下滑(2017年下滑了6.8%)。IP Nest認為其中一個主要原因應該是來自于開源的RISC-V架構的沖擊。

RISC-V架構是一種開源的處理器架構,2010年誕生于加州大學伯克利分校。與大多數指令集相比,RISC-V指令集可以自由地用于任何目的,允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。

換句話說,芯片設計廠商可以免費使用RISC-V架構,而不需要像使用ARM的處理器IP那樣付一筆不菲的授權費。

而且,傳統的ARM處理器IP通常是不允許做擴展的,但是RISC-V則可以方便的進行擴展。這種可擴展可定制化的特點對于場景驅動、性能功耗需求各不相同的AIoT芯片特別重要。

對于物聯網芯片設計廠商來說,使用RISC-V架構來做AIoT芯片,不僅可以更加的自主可控,還能夠更加的靈活,成本也將更低。

正是因為看到了RISC-V這個架構的潛力所在,非盈利組織RISC-V基金會在2015年宣布成立。

包括谷歌、英偉達、高通、Rambus、三星、恩智浦、華為、晶心、美光、IBM、GlobalFoundries、UltraSoC 和西門子在內的150多家公司,以及加州大學伯克利分校、麻省理工學院、普林斯頓大學、ETH Zurich、印度理工學院、洛倫茲國家實驗室、新加坡南洋理工大學以及中科院計算所等學術機構加入了這個陣營,RISC-V也獲得了快速的發展。

雖然不是第一個開源指令集,但RISC-V近年來迅猛的發展勢頭,讓不少人都認為RISC-V將成為AIoT時代的主要玩家,甚至是代表性的指令集。

目前,RISC-V已經成為了印度國家指令集。2011年印度實施處理器戰略計劃,在全國范圍資助2-3個研制處理器的項目。除了印度政府、美國DARPA、以色列國家創新局也選擇基于RISC-V研制為全國企業服務的處理平臺。

去年,RISC-V中國聯盟也在在網信辦、中科院等多個國家部委支持和指導下成立,聯盟理事長是倪光南。RISC-V中國聯盟秘書長包云崗稱,“RISC-V 指令集有望像開源軟件生態中的Linux那樣,成為計算機芯片與系統創新的基石。”

同時,上海市政府率先開始支持RISC-V架構芯片。從產業端看,國內的平頭哥、兆易創新、華米、樂鑫、芯來、格蘭仕等眾多廠商都推出了基于RISC-V架構的芯片,華為也在積極的研發基于RISC-V架構的芯片。

這是否代表著RISC-V在中國的好時代已經來臨?

“中國芯”的機會

事實上,RISC-V在中國受關注有許多原因,但最主要的原因還是中興事件之后,美國對中國科技企業的一系列封禁和打壓,讓產業界和民眾都意識到芯片是一個非常重要的產業,中國必須有自主可控的芯片。

從國內芯片發展歷程來看,已有兩條路被證明走不通:

一條路是關起門來自己做一套,比較典型的就是龍芯。因為芯片還是一個商品,性能再高,沒人用就無法體現出價值,所以必須有相應的生態系統發揮價值。

另一條路就是跟在別人后面,國內有許多公司做x86、Arm、IBM Power的芯片,在某些特殊領域,用這些指令集架構確實可以做一些事情,但是因為受到ISA所屬公司知識產權的控制,很難取得成功。

RISC-V這種全球開放的架構出現,既不是關起門來自己做,也不是跟在別人后面,對中國而言的確是一個很好的機會。

有人可能會質疑,RISC-V是美國大學研發出的一套指令系統架構,國內如何做到自主可控?就設計一款芯片而言,RISC-V只是一個指令集架構,定義了一個標準。指令集架構的開源,代表著開發者可以根據這個標準進行自由的設計,在自主可控上并不會有太大的問題。

正因為RISC-V能夠繞過Intel與ARM兩座大山,許多亟欲在半導體產業彎道超車的國內廠商,都在積極的投入RISC-V當中。

雖然RISC-V技術本身的優勢明顯,但是RISC-V從業者普遍反映,RISC-V面臨的一個最大挑戰就是生態問題。RISC-V社區還處于起步階段,在這一階段不太可能擁有完整的生態,因為生態建設需要時間。

目前RISC-V由RISC-V基金會牽頭的生態建設勢頭還不錯,如果這樣的勢頭保持下去,同時由于RISC-V的開源特性,每個感興趣的個人或者團隊都可以做出自己的貢獻,未來可能會看到RISC-V擁有比ARM更為活躍的生態。

從市場潛力看,在新興的物聯網領域,RISC-V和ARM處于同一起跑線上。由于物聯網市場對于成本較敏感,RISC-V免費授權的特點對于芯片廠商也很重要,在RISC-V基金會名單中可以看到高通、聯發科這樣重點布局物聯網的企業。

RISC-V憑著指令集開源、免費、靈活等特性,很有可能能夠擊敗ARM,或者至少能夠占據可觀的市場份額,但未來RISC-V能否成為一個時代標志性的指令集還未可知。

回顧已經取得巨大成功的x86和ARM,這背后分別是英特爾和微軟,ARM和谷歌的深度合作甚至是捆綁,打造標準化的平臺,借助PC和智能手機單體幾十億出貨量的市場,成為兩個時代最成功的處理器指令集架構。

想要獲得x86和ARM那樣的成功,RISC-V需要與像華為或者蘋果這樣體量的公司進行組合,以及有一個像手機和PC一樣出貨量很大的產品品類機型捆綁,才可以把RISC-V CPU做的很大。

對于中國而言,RISC-V的確是一個難得的機會,能夠開發出自己的CPU或者MPU(微處理器),不過隨著MIPS、PowerPC 等指令集架構的陸續開源,中國芯似乎也擁有了更多的選擇。

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