聚焦RISC-V+AI，未來(lái)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)兩大黃金賽道！

前言：在當(dāng)今的科技浪潮中，RISC-V架構(gòu)和人工智能（AI）正在成為推動(dòng)半導(dǎo)體行業(yè)變革的重要力量。其中，RISC-V作為一種開(kāi)放的指令集架構(gòu)，賦予了設(shè)計(jì)者更大的靈活性和創(chuàng)新空間，使得定制化芯片的開(kāi)發(fā)變得更加高效和經(jīng)濟(jì)。這種開(kāi)放性不僅促進(jìn)了技術(shù)的快速迭代，更推動(dòng)了整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的蓬勃發(fā)展。而人工智能的快速進(jìn)步對(duì)計(jì)算能力則提出了更高的要求，催生出了一系列專(zhuān)用的AI加速器和處理器，進(jìn)一步改變了半導(dǎo)體設(shè)計(jì)的格局。

結(jié)合RISC-V與AI的潛力，我們正目睹一個(gè)全新的半導(dǎo)體時(shí)代的到來(lái)，這一時(shí)代將重塑各行各業(yè)的技術(shù)架構(gòu)和應(yīng)用場(chǎng)景。本文將探討RISC-V和AI如何共同影響半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向，推動(dòng)其向更高效、更智能的未來(lái)邁進(jìn)。

在當(dāng)今技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)正面臨著前所未有的變革。尤其是RISC-V架構(gòu)的興起以及人工智能（AI）的廣泛應(yīng)用，正在深刻影響著半導(dǎo)體的設(shè)計(jì)和制造，推動(dòng)著行業(yè)向更加高效、靈活和智能的方向發(fā)展。這一變革不僅為全球科技產(chǎn)業(yè)帶來(lái)了新的增長(zhǎng)點(diǎn)，也為中國(guó)實(shí)現(xiàn)科技自立自強(qiáng)、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)提供了前所未有的“彎道超車(chē)”機(jī)遇。

在此大背景下，如何把握這一技術(shù)迭代機(jī)遇？國(guó)內(nèi)廠商如何實(shí)現(xiàn)自我突破？或許，這些問(wèn)題在第二十一屆中國(guó)國(guó)際半導(dǎo)體博覽會(huì)（IC CHINA 2024）上可以找到答案。

打破封鎖，RISCV成不二法門(mén)

提到RISC-V，想必大家都不陌生。作為一種全新的開(kāi)放處理器指令集架構(gòu)，RISC-V自2010年誕生以來(lái)，便受到了包括谷歌、IBM等在內(nèi)的眾多企業(yè)，以及劍橋大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院等在內(nèi)的知名學(xué)府與研究機(jī)構(gòu)的關(guān)注和參與。

隨著AIoT時(shí)代的到來(lái)，智能化應(yīng)用場(chǎng)景與萬(wàn)物互聯(lián)的生態(tài)催生出了巨大的芯片市場(chǎng)，使得全球?qū)ISC-V架構(gòu)的關(guān)注度不斷升溫。特別是在中國(guó)半導(dǎo)體核心技術(shù)被“卡脖子”之后，RISC-V更被視作國(guó)產(chǎn)芯“自主可控”的發(fā)展契機(jī)。

在IC CHINA 2024上，中國(guó)工程院院士倪光南表示，中國(guó)是開(kāi)源大國(guó)，目前已經(jīng)成為開(kāi)源RISC-V的重要力量，帶動(dòng)全球開(kāi)源事業(yè)的發(fā)展。發(fā)展RISC-V生態(tài)是順時(shí)代之勢(shì)、應(yīng)國(guó)家之需、答產(chǎn)業(yè)之盼，對(duì)新時(shí)代中國(guó)開(kāi)源體系建設(shè)，對(duì)推動(dòng)全球集成電路全產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展都能作出重要貢獻(xiàn)。

要知道，RISC-V最大的優(yōu)勢(shì)就是開(kāi)源和免費(fèi)。其中，開(kāi)源意味著開(kāi)發(fā)者可以針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景，比如近期火熱的AIoT市場(chǎng)，設(shè)計(jì)出自己的AIoT芯片架構(gòu)；而免費(fèi)意味著RISC-V可以幫助開(kāi)發(fā)者低成本完成CPU設(shè)計(jì)，將芯片設(shè)計(jì)門(mén)檻大大降低。

除此之外，RISC-V還具有精簡(jiǎn)、靈活、模塊化、可配置、“沒(méi)有歷史包袱”等諸多優(yōu)勢(shì)。具體來(lái)說(shuō)，RISC-V指令集架構(gòu)具備開(kāi)放性特點(diǎn)，任何人、組織、公司均可自由用于商業(yè)或非商業(yè)用途；RISC-V架構(gòu)十分簡(jiǎn)潔，32或64位基礎(chǔ)指令不超過(guò)60條，加上擴(kuò)展指令只有一百多條，它總結(jié)和吸取了歷史上諸多處理器架構(gòu)的精華；在擴(kuò)展性方面，RISC-V用戶(hù)可根據(jù)產(chǎn)品特性擴(kuò)展自定義指令增加產(chǎn)品差異化和競(jìng)爭(zhēng)力。

因此，對(duì)于設(shè)計(jì)人員而言，RISC-V是一種專(zhuān)為高速和低功耗而設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)化架構(gòu)。而基于RISC-V的芯片，不僅適用于學(xué)術(shù)界，也非常適合商業(yè)應(yīng)用。

根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Semico Research發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2025年，采用RISC-V架構(gòu)的芯片數(shù)量將增至624億顆；預(yù)計(jì)2018-2025年，RISC-V CPU內(nèi)核的復(fù)合增長(zhǎng)率（CAGR）將達(dá)到146%，而這些芯片將主要應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、通信、交通和工業(yè)等領(lǐng)域。

另?yè)?jù)國(guó)際市場(chǎng)分析機(jī)構(gòu)SHD Group發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)到2030年，RISC-V全球市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到927億美元，未來(lái)幾年的年均復(fù)合增長(zhǎng)率為47.4%?。此外，用于AI加速器的RISC-V SoC出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到41億顆，營(yíng)收將達(dá)到422億美元?。

而中國(guó)作為RISC-V發(fā)展的重要市場(chǎng)之一，目前已有100多家規(guī)模相當(dāng)大的公司正在使用RISC-V設(shè)計(jì)芯片，至少還有100家初創(chuàng)公司也在嘗試使用RISC-V架構(gòu)芯片?。例如，中國(guó)移動(dòng)和中移芯昇發(fā)布的全球首顆采用RISC-V CPU內(nèi)核的超級(jí)SIM芯片“CC2560A”，而中國(guó)電信也部署了以RISC-V CPU為核心的“北?！逼脚_(tái)?。這些成果不僅標(biāo)志著中國(guó)RISC-V發(fā)展已初具規(guī)模，更為健全強(qiáng)化集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈提供了新的機(jī)遇。

倪光南指出，中國(guó)集成電路產(chǎn)業(yè)鏈往往分為四個(gè)環(huán)節(jié)，即芯片設(shè)計(jì)、芯片制造、封裝測(cè)試和下游應(yīng)用。發(fā)展集成電路產(chǎn)業(yè)應(yīng)該用系統(tǒng)思維去思考，每個(gè)環(huán)節(jié)都息息相關(guān)、不可偏廢。而RISC-V繁榮生態(tài)，則需要來(lái)自社會(huì)各個(gè)方面的相關(guān)支撐，包括政府、高校、產(chǎn)業(yè)界、科研院校、市場(chǎng)應(yīng)用等多個(gè)方面協(xié)同。對(duì)此，我國(guó)應(yīng)該發(fā)揮新型舉國(guó)體制優(yōu)勢(shì)、超大規(guī)模市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和人才優(yōu)勢(shì)，大力支持開(kāi)源創(chuàng)新，積極參與全球科技創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)和科技治理，與世界協(xié)同，為促進(jìn)RISC-V生態(tài)繁榮貢獻(xiàn)中國(guó)智慧和中國(guó)力量。

另外，伴隨著RISC-V的興起，一種創(chuàng)新的處理器架構(gòu)DSA也引起了人們的關(guān)注。在當(dāng)前摩爾定律放緩的趨勢(shì)下，RISC-V的DSA系統(tǒng)可面向特定領(lǐng)域，通過(guò)定制的架構(gòu)以更好地適應(yīng)需求。DSA需融合硬件和軟件技術(shù)，包括更有效的并行算法，更有效的存儲(chǔ)帶寬利用，削減不必要的計(jì)算精度，采用面向領(lǐng)域的編程語(yǔ)言DSL；同時(shí)，DSA還可能與面向領(lǐng)域的語(yǔ)言DSL相結(jié)合，如OpenGL、TensorFlow等。因此，發(fā)展基于RISC-V架構(gòu)的DSA新型服務(wù)器也是我國(guó)“彎道超車(chē)”的機(jī)遇，這一架構(gòu)有望實(shí)現(xiàn)對(duì)X86服務(wù)器的替代。

而RISC-V工委會(huì)輪值會(huì)長(zhǎng)、知合計(jì)算CEO孟建熠也認(rèn)為，當(dāng)前RISC-V生態(tài)正在加速成長(zhǎng)，RISC-V也將改變“芯片架構(gòu)”領(lǐng)域的市場(chǎng)結(jié)構(gòu)，成為AI時(shí)代計(jì)算架構(gòu)變革的技術(shù)底座。

在AI時(shí)代的“下半場(chǎng)”，RISC-V將呈現(xiàn)四大發(fā)展方向：一是針對(duì)AI的架構(gòu)創(chuàng)新，RISC-V具有計(jì)算架構(gòu)的定制化能力，可以適配各種最新的應(yīng)用需求；二是RISC-V處理器的產(chǎn)品性能將超過(guò)閾值，達(dá)到主流性能需求；三是RISC-V通用CPU的功能將更加完善；四是基于Vetor和Matrix，RISC-V在AI加速以及各類(lèi)應(yīng)用中的擴(kuò)展將更加迅速。

可以預(yù)見(jiàn)，隨著AI落地的不斷深入，RISC-V將在更多領(lǐng)域和場(chǎng)景中展現(xiàn)出其強(qiáng)大的潛力與價(jià)值，而中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)也將有望取得更大的發(fā)展。

守正創(chuàng)新，掘金AI“芯”賽道

健全強(qiáng)化集成電路全產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展，除了需要社會(huì)各個(gè)方面的相關(guān)支撐，以及資本和市場(chǎng)的力量，還離不開(kāi)創(chuàng)新技術(shù)的加持，比如人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等。而在SEMI全球副總裁、中國(guó)區(qū)總裁居龍看來(lái)，以AI為代表的智能化技術(shù)，正在給全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)帶來(lái)革命性變化。

居龍表示，去年半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)處于下行周期，但SEMI綜合各機(jī)構(gòu)預(yù)測(cè)，預(yù)計(jì)今年全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)至少有15%-20%的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)規(guī)模將會(huì)突破6000億美元，有望在2030年達(dá)到銷(xiāo)售額萬(wàn)億美元的里程碑。在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過(guò)程中，AI是最大的驅(qū)動(dòng)力。2023年是生成式AI的元年，新的科技革命浪潮興起，在AI的賦能下，半導(dǎo)體在AI數(shù)據(jù)中心、智能汽車(chē)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域的需求持續(xù)增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2030年，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)萬(wàn)億美元的銷(xiāo)售額中，將有70%以上的芯片中含有AI元素。

另?yè)?jù)Gartner發(fā)布的數(shù)據(jù)顯示，2023年全球AI芯片收入為540億美元，預(yù)計(jì)2024年將達(dá)到710億美元，到2025年將增至920億美元，年均增長(zhǎng)率為20%-41%。這些數(shù)據(jù)可以更直觀地顯示出AI半導(dǎo)體市場(chǎng)強(qiáng)勁的增長(zhǎng)趨勢(shì)和巨大的市場(chǎng)潛力。

不僅如此，新紫光集團(tuán)董事、聯(lián)席總裁陳杰也認(rèn)為，人工智能對(duì)集成電路的發(fā)展更具重要意義。2023年是人工智能發(fā)展里程碑的一年，在AI的引領(lǐng)下，全球半導(dǎo)體市場(chǎng)規(guī)模創(chuàng)新高，僅今年二季度就達(dá)到了1621億美元。在大模型、大數(shù)據(jù)、大算力這“三大動(dòng)力”的支撐下，人工智能有望邁入通用智能時(shí)代，具備人類(lèi)記憶、思考、推理的能力。

不過(guò)，實(shí)現(xiàn)這一切還要有一段很漫長(zhǎng)的路要走。陳杰指出，當(dāng)前人工智能在商業(yè)模式、能源供應(yīng)、技術(shù)路線(xiàn)等多方面都存在挑戰(zhàn)，應(yīng)該采取“守正創(chuàng)新”的態(tài)度和模式，去迎接人工智能帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

具體來(lái)說(shuō)，在商業(yè)模式上，人工智能現(xiàn)在進(jìn)入到了大模型“百模大戰(zhàn)”階段，競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，知名的產(chǎn)業(yè)公司也投入了巨大的人力、物力、財(cái)力，以發(fā)展一些進(jìn)入大模型的人工智能。當(dāng)前，整個(gè)商業(yè)模式大部分都是虧錢(qián)的狀態(tài)，比如OpenAI公司，未來(lái)可能還要虧上100多億美金。它的商業(yè)模式到底在哪兒？究竟怎樣才能產(chǎn)生收益？其實(shí)大家都在探索之中。

在能源供應(yīng)上，大模型需要巨大的算力，需要大量的能耗，而現(xiàn)在包括微軟、谷歌、亞馬遜等知名公司，都在考慮是不是要租用核電站來(lái)解決未來(lái)大算力的問(wèn)題?？梢灶A(yù)見(jiàn)，能耗很可能成為左右未來(lái)人工智能發(fā)展的重要戰(zhàn)略資源。不過(guò)，這對(duì)中國(guó)來(lái)說(shuō)，或許是一個(gè)機(jī)會(huì)。因?yàn)橹袊?guó)的能源，特別是新能源（如太陽(yáng)能、風(fēng)力），可以為全球的人工智能發(fā)展提供巨大的能源支持。

在技術(shù)路線(xiàn)上，我們可以看到，人工智能研究熱潮主要基于transfomer大模型、大數(shù)據(jù)、巨大的參數(shù)。然而，探索通用人工智能的發(fā)展，到底是一條正確的道路，還是唯一的道路，現(xiàn)在都不好說(shuō)，包括圖靈獎(jiǎng)得主Yann LeCun對(duì)這個(gè)問(wèn)題也有不同的看法，但更多的人認(rèn)為，人工智能通向通用人工智能一定不只有transfomer和大模型一條路可走，還有很多值得我們思考和探索的地方。

針對(duì)以上問(wèn)題，陳杰建議，我們應(yīng)該采取“守正創(chuàng)新”的態(tài)度和模式，去迎接人工智能給我們帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

在“守正”方面，要密切跟蹤AI領(lǐng)域國(guó)際前沿技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)，集中力量對(duì)已經(jīng)被證明有效的技術(shù)卡點(diǎn)進(jìn)行正面突破，比如算法模型中Transfomer架構(gòu)通用LLM的研究與實(shí)現(xiàn)，算力方面的GPGPU、NVlink，工藝方面的FinFET、GAA等。此外，在大算力芯片要用到的大容量、大帶寬的存儲(chǔ)器方面，也應(yīng)該集中力量進(jìn)行突破。

在“創(chuàng)新”方面，要重視開(kāi)拓AI新技術(shù)路線(xiàn)，開(kāi)展架構(gòu)創(chuàng)新、系統(tǒng)創(chuàng)新、端側(cè)創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新。在當(dāng)前還看不清楚通向人工智能的正確道路的時(shí)候，可以集中力量跟蹤目前國(guó)際上比較流行的進(jìn)入大模型的算法和它搭建的通用架構(gòu)，以及相應(yīng)的大算力系統(tǒng)。除了大模型以外的RWKV、JEPA等新的算法和架構(gòu)，也可能演變成未來(lái)通向通用人工智能有效的手段?；诖?，我們呼吁行業(yè)可以進(jìn)行大膽的研究和探索，包括新型的存算一體化架構(gòu)、芯片結(jié)構(gòu)、3D晶體管等。

總之，中國(guó)在應(yīng)用端有著巨大優(yōu)勢(shì)，從移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代起就有著很多成功經(jīng)驗(yàn)。針對(duì)AI時(shí)代的到來(lái)，可以發(fā)揮我們?cè)谝苿?dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代積累的應(yīng)用端的優(yōu)勢(shì)，在做好端側(cè)AI芯片的同時(shí)，還要做好端側(cè)的應(yīng)用。只有這樣，才能形成一個(gè)應(yīng)用的高地，做出我們自己的特色。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，RISC-V和人工智能的崛起正在深刻改變著半導(dǎo)體行業(yè)的格局。RISC-V以其開(kāi)放性和靈活性，為芯片設(shè)計(jì)帶來(lái)了前所未有的創(chuàng)新機(jī)會(huì)，使得企業(yè)能夠根據(jù)特定需求定制處理器，從而加速了技術(shù)的進(jìn)步與應(yīng)用的普及。同時(shí)，AI的廣泛應(yīng)用對(duì)計(jì)算架構(gòu)提出了新的挑戰(zhàn)，推動(dòng)了對(duì)高性能、低功耗解決方案的迫切需求。這兩者的結(jié)合不僅推動(dòng)了新一代半導(dǎo)體產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，還為智能設(shè)備、邊緣計(jì)算和大數(shù)據(jù)處理等領(lǐng)域的未來(lái)發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

在這個(gè)快速變化的環(huán)境中，持續(xù)關(guān)注RISC-V與AI的協(xié)同發(fā)展，將為國(guó)內(nèi)企業(yè)帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，并引領(lǐng)中國(guó)半導(dǎo)體行業(yè)走向更加智能化和可持續(xù)的未來(lái)。