RISC-V的開(kāi)放性與碎片化，能否撼動(dòng)ARM和x86等老牌架構(gòu)格局

作為未來(lái)x86和ARM的有力競(jìng)爭(zhēng)者，由于其開(kāi)源協(xié)議固有化、免費(fèi)、模塊化、可擴(kuò)展等特點(diǎn)，RISC-V近幾年獲得了驚人的成長(zhǎng)，在處理器市場(chǎng)開(kāi)始了擴(kuò)張，任何國(guó)家和公司也無(wú)法對(duì)其造成干涉。

市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Semico Research預(yù)計(jì)2025年RISC-V CPU內(nèi)核的總出貨量將達(dá)到624億顆，而用于工業(yè)領(lǐng)域的內(nèi)核將占有最大的比重，達(dá)到167億顆。與此同時(shí)，在2018年到2025年間，計(jì)算、消費(fèi)電子、通信、交通與工業(yè)這幾大市場(chǎng)將實(shí)現(xiàn)146.2%的復(fù)合年均增長(zhǎng)率。

RISC-V并非首個(gè)嘗試開(kāi)源的ISA，但卻是首個(gè)產(chǎn)生如此影響力的開(kāi)源指令集架構(gòu)。RISC-V也不算一個(gè)新興的ISA，從推出至今已經(jīng)走過(guò)了10個(gè)年頭，但為何在十年間里RISC-V能展現(xiàn)如此動(dòng)力呢?這還要?dú)w功于這背后強(qiáng)大的社區(qū)，RISC-V社區(qū)不僅囊括了學(xué)術(shù)界與業(yè)余愛(ài)好者，其中還有不少商業(yè)公司也在獻(xiàn)力。哪怕是x86和ARM的簇?fù)碚哂⑻貭柡透咄ǎ矊?duì)RISC-V開(kāi)展了投資。

中國(guó)工程院院士倪光南日前在發(fā)表《迎接開(kāi)源新片新潮流》的演講時(shí)，也對(duì)RISC-V發(fā)表了自己的見(jiàn)解。他認(rèn)為作為完全開(kāi)源免費(fèi)的架構(gòu)，RISC-V非常適合國(guó)內(nèi)規(guī)模如此龐大的市場(chǎng)需求。但RISC-V采用了BSD的開(kāi)源協(xié)議，因此芯片設(shè)計(jì)企業(yè)自己所做出的改進(jìn)是可以不開(kāi)放的，這樣也許有利于產(chǎn)業(yè)化，但可能會(huì)引發(fā)碎片化問(wèn)題。倪光南院士提倡成立中國(guó)自己的RISC-V基金會(huì)，以便對(duì)國(guó)內(nèi)企業(yè)做好協(xié)調(diào)兼容工作。

芯片設(shè)計(jì)工作中必不可少的就是IP核，為此不少企業(yè)推出了自己的RISC-V處理器IP。但單靠IP并不足以支撐龐大的RISC-V生態(tài)，為了實(shí)現(xiàn)生態(tài)發(fā)展與統(tǒng)一，許多專注于RISC-V處理器IP的公司也各自發(fā)布了自己的對(duì)策。

一、賽昉科技

上海賽昉科技公司成立于2018年，作為由國(guó)外龍頭RISC-V企業(yè)SiFive在國(guó)內(nèi)一手組建的公司，賽昉科技不僅手握SiFive全套IP體系，也注重于國(guó)內(nèi)RISC-V自主內(nèi)核的發(fā)展。

U74 IP核 / 賽昉科技

近日，賽昉科技推出了全球首款基于RISC-V的人工智能視覺(jué)處理平臺(tái)驚鴻7100，集深度學(xué)習(xí)、圖像處理、語(yǔ)音識(shí)別和機(jī)器視覺(jué)為一體。該平臺(tái)采用了28nm制程工藝，搭載了雙核U74，共享2MB的二級(jí)緩存，工作頻率達(dá)1.5GHz，支持Linux操作系統(tǒng)。該平臺(tái)視覺(jué)部分包含可以處理4K分辨率的攝像頭傳感器，并支持H265的編解碼。作為專為AIoT打造的平臺(tái)，驚鴻7100可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)駕駛、智能家電、智能監(jiān)控和工業(yè)機(jī)器人等領(lǐng)域。

今年7月，賽昉科技還對(duì)所有IP組合推出了20G1的全面更新。此次更新后，諸多IP的性能提升高達(dá)2.8倍，耗能節(jié)省了25%，使用面積減少了11%。與此同時(shí)賽昉科技還完善了不少第三方工具的支持，比如IAR編譯器、Lauterbach和Segger等開(kāi)發(fā)工具。

StarFive Core Designer / 賽昉科技

為了進(jìn)一步推進(jìn)RISC-V在國(guó)內(nèi)的發(fā)展，賽昉科技于今年5月發(fā)布了“滿天芯”計(jì)劃。在中國(guó)注冊(cè)的企業(yè)經(jīng)過(guò)驗(yàn)證后可以免費(fèi)獲得賽昉科技自主產(chǎn)權(quán)的商用RISC-V處理器IP S2。該IP為32位、2-3級(jí)流水線的RISC-V處理器，CoreMark得分為3.1。計(jì)劃內(nèi)用戶還可以通過(guò)在線“CPU生成器”StarFive Core Designer對(duì)S2處理器進(jìn)行配置和下載。

二、芯來(lái)科技

芯來(lái)科技于2018年成立于湖北武漢，也是中國(guó)大陸首家專業(yè)的RISC-V處理器內(nèi)核IP與解決方案公司。今年八月，芯來(lái)科技也完成了新一輪的發(fā)展戰(zhàn)略投資，由小米領(lǐng)投。小米長(zhǎng)江產(chǎn)業(yè)基金高級(jí)合伙人孫昌旭表示，小米看好開(kāi)放處理器架構(gòu)在AIoT時(shí)代的廣泛運(yùn)用，未來(lái)將于芯來(lái)科技在該領(lǐng)域開(kāi)展長(zhǎng)期合作。

900系列處理器IP / 芯來(lái)科技

芯來(lái)科技聯(lián)合創(chuàng)始人彭劍英在IP SoC China 20上提到，RISC-V指令集架構(gòu)目前成熟穩(wěn)定，硬件生態(tài)蓬勃發(fā)展，各種開(kāi)源的RISC-V處理器層出不窮，而且諸多大廠也在逐步推出各種RISC-V處理器IP。與此同時(shí)，相關(guān)的基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)工具也在日趨完善，比如開(kāi)源工具鏈、集成開(kāi)發(fā)環(huán)境、處理器仿真器和調(diào)試器等。但RISC-V的基礎(chǔ)軟件平臺(tái)依然處于薄弱和碎片化的狀態(tài)，缺少ARM的CMSIS這種嵌入式軟件接口標(biāo)準(zhǔn)，而且產(chǎn)業(yè)內(nèi)多數(shù)公司各行其是，缺乏統(tǒng)一的底層軟件接口。

芯來(lái)嵌入式軟件接口標(biāo)準(zhǔn) / 芯來(lái)科技

芯來(lái)在這方面也做出了自己的嘗試，推出了芯來(lái)自己的嵌入式軟件接口標(biāo)準(zhǔn)NMSIS。這套標(biāo)準(zhǔn)為芯來(lái)的RISC-V處理器提供了一套封裝了處理器底層操作，DSP算法庫(kù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)NN算法庫(kù)等的軟件框架。該接口標(biāo)準(zhǔn)可以有效降低開(kāi)發(fā)者的學(xué)習(xí)曲線，加快產(chǎn)品上市速度。不僅如此，芯來(lái)科技的IP還支持多種主流嵌入式操作系統(tǒng)和云連接，比如Linux、騰訊的TencentOS、RT-Thread和華為的LiteOS。

為了助力RISC-V在國(guó)內(nèi)快速進(jìn)入大面積商用階段，芯來(lái)科技還推出了“一分錢計(jì)劃”。該計(jì)劃為芯來(lái)科技推出的一項(xiàng)商用RISC-V處理器內(nèi)核IP普惠計(jì)劃，加入該計(jì)劃可以在使用芯來(lái)科技的N101內(nèi)核時(shí)，享受低至每顆芯片1分錢的版稅或者版稅全免，相關(guān)配套的軟件工具鏈和IDE皆可免費(fèi)獲取使用。芯來(lái)科技稱N101內(nèi)核可以完美替代傳統(tǒng)8051內(nèi)核和Cortex-M0級(jí)別的微控制內(nèi)核。

三、晶心科技

晶心科技于2005年成立于臺(tái)灣新竹，是一家專注于32/64位CPU的IP供應(yīng)商，也是RISC-V國(guó)際協(xié)會(huì)的創(chuàng)始成員之一。晶心科技同樣是第一家納入RISC-V相容性并將其產(chǎn)品線擴(kuò)展至64位處理器的主流CPU IP公司。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2019年，采納晶心指令集架構(gòu)的系統(tǒng)芯片出貨量已達(dá)50億顆。

N25F IP / 晶心科技

今年8月，北京比科奇通訊技術(shù)有限公司宣布采用晶心科技的32位RISC-V處理器IP N25F，打造了5G小基站分布式單位系統(tǒng)級(jí)芯片。比科奇總經(jīng)理Peter Claydon表示，與其使用少數(shù)大型處理器核心，還不如使用多顆RISC-V處理器核心組成叢集的效率高。這種叢集方式可以保有最大的設(shè)計(jì)彈性，適應(yīng)未來(lái)5G NR標(biāo)準(zhǔn)的更新，還能同時(shí)兼顧高效能。

晶心科技也在去年6月推出了自己的商用RISC-V CPU IP推廣計(jì)劃，F(xiàn)reeStart計(jì)劃。該計(jì)劃將免費(fèi)提供晶心科技的N22處理器核心供開(kāi)發(fā)者評(píng)估、研究并推出原型產(chǎn)品，而無(wú)需CPU IP前期授權(quán)費(fèi)用。N22 CPU是一款小型雙級(jí)管線的32位RISC-V CPU核心，其CoreMark分?jǐn)?shù)最高達(dá)3.95。哪怕作為商用量產(chǎn)需要，計(jì)劃成員也只需繳納合理的授權(quán)費(fèi)用。晶心科技總經(jīng)理林志明表示，一般的開(kāi)源RISC-V CPU不僅功能有限、缺乏說(shuō)明文件，還需要先經(jīng)過(guò)SoC工程師驗(yàn)證;而采用N22 CPU可以跳過(guò)這些耗時(shí)的步驟，將研發(fā)資源集中于提升產(chǎn)品價(jià)值。

四、小結(jié)

RISC-V是一個(gè)起步較晚的ISA，單靠開(kāi)源的話是難以與ARM和x86等老牌架構(gòu)抗衡的，因此RISC-V必須要有商業(yè)組織的投入和推進(jìn)。對(duì)于許多初創(chuàng)公司來(lái)說(shuō)，嘗試新的設(shè)計(jì)會(huì)帶來(lái)不少風(fēng)險(xiǎn)，而授權(quán)費(fèi)用也是不得不考慮的因素。

因此RISC-V的商用IP供應(yīng)商都打算以各種激勵(lì)計(jì)劃打通第一道壁壘，不僅方便研究機(jī)構(gòu)與高校的開(kāi)發(fā)嘗試與學(xué)習(xí)，同時(shí)也能減少商業(yè)公司產(chǎn)品研發(fā)、驗(yàn)證到上市的時(shí)間。

對(duì)于開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，愈發(fā)完善的開(kāi)發(fā)工具也在減輕他們的工作量。

大部分公司也都推出了基于Eclipse的IDE工具，比如芯來(lái)科技的Nuclei Studio、晶心科技的AndeSight和Codasip的Codasip Studio等。RISC-V的編譯、驗(yàn)證和分析等流程都在逐步擴(kuò)大軟件與硬件支持。

從當(dāng)前的發(fā)展情況來(lái)看，RISC-V在未來(lái)五年內(nèi)仍將保持良好的勢(shì)頭。

未來(lái)的處理器架構(gòu)商業(yè)模式可能會(huì)因此轉(zhuǎn)變，不再是選取IP供應(yīng)商，從而采用與供應(yīng)商綁定的ISA，而是轉(zhuǎn)為采用RISC-V，然后再選取合適的IP供應(yīng)商。而定制IP的碎片化也許會(huì)造成一些阻礙，但只要這套開(kāi)源標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范持續(xù)維護(hù)，就無(wú)法撼動(dòng)該架構(gòu)的根基。