为什么是 RISC-V
2020 年 4 月,RISC-V 基金会首席执**利斯塔·雷德蒙德(Calista Redmond)向基金会全体会员发出了一封通知邮件。邮件上写着,“我们现已在瑞士正式成立‘RISC-V 国际协会’”。
成立 5 年的 RISC-V 基金会原先总部在美国,因为担心受到政治因素影响,搬迁到了一贯以中立著称、有着支持开源传统的瑞士。
诞生于 2010 年的 RISC-V 是一个指令集架构,负责把软件程序的运行逻辑,翻译成 CPU 能够理解的“语言”。开源、允许任何人自由使用,是 RISC-V 最大的特点。相比之下,x86 和 ARM 指令集架构都是闭源的。前者主导了 PC 和高性能计算市场,但只有英特尔和 AMD 两家厂商可以使用;后者在移动设备和 IoT 低功耗市场占据统治地位,但授权费十分高昂。
近三、四年来,中国科技界越来越多人讨论和采用 RISC-V。随着政治因素对科技行业影响的深化,以及 ARM 被英伟达收购,中国科技公司越发担心,掌握在美国实体手里的 x86 和 ARM 架构,可能会在将来某一天被断供。
相对而言,开源的 RISC-V 没有类似担忧。“对于国内企业来说,RISC-V 基金会总部正式迁移至瑞士是重大利好。”国内一家 RISC-V 处理器厂商“赛昉科技”CEO 徐滔告诉品玩,“这就意味着,采用开源 RISC-V指令集、开源软件和公开标准进行开发,将没有后顾之忧,相信这会给中国处理器 IP 带来自主发展的契机。”
RISC-V 来到中国
时间回到 4 年前,中国本土知道 RISC-V 的人寥寥无几,直到 RISC-V 基金会第一次来到中国举办研讨会。
2017 年 5 月 8 日,第六届 RISC-V 研讨会在上海交通大学微电子大楼报告厅开幕,会议主题是“芯片架构的未来是什么”,超过 200 人参加。该研讨会此前已经举办过五届,但都在美国,2017 年首次来到中国。
“自从 2017 年 RISC-V 在上海交大举行推介会之后,本土对 RISC-V 才有了基本的认知。”徐滔在接受媒体采访时说。
不过,中国本土也有少数人更早看到了 RISC-V 的潜力,比如芯来科技创始人胡振波。他曾在 Marvell(美满电子科技)、Synopsys(新思科技)、比特大陆等多家厂商从事芯片设计工作,自 2016 年就开始研究 RISC-V,并且在 2017 年创建了中国第一个开源的、面向超低功耗领域的 RISC-V 处理器内核 IP 项目“蜂鸟 E203”。
内核 IP 是处理器内部的组成模块,在指令集基础上开发而来。因其具备可复用的条件,所以在芯片设计环节,逐渐分离出来。有公司把内核 IP 做成了一门面向芯片设计者的生意。
RISC-V 指令集架构虽然是开源的,但从指令集开始设计一款芯片,不仅门槛高而且耗时长,因此普遍会采用现成的内核 IP,包括开源的和付费的。
“ARM 在中国的影响力太巨大了,中国由于在芯片处理器内核方面,长期缺乏自主的通用处理器内核,几乎都是购买国外的 ARM 处理器内核核心,这已经形成了习
“对于 RISC-V 这样一种新的架构出现,很长一段时间大家都是持怀疑态度。ARM 在中国还成立了合资公司,所以 ARM 在中国市场尤其显得强势,使得 RISC-V 在中国的传播,相比别的国家显得更加缓慢。”
一个有影响力的开源内核 IP,自然是 RISC-V 在中国本土普及的利器。在蜂鸟 E203 之前,开源的 RISC-V 处理器内核基本是国外的,并且文档非常匮乏,用户只能将其当做 “黑盒” 学习。胡振波认为,中国需要一款本土简单易上手的、使用 Verilog HDL(一种用于数字逻辑电路设计的语言)编写的开源处理器内核,且需配套相关资料详细讲解,将其 “白盒化”。因此,除了开发蜂鸟 E203,他还写了一本专业书籍《手把手教你设计 CPU:RISC-V 处理器篇》。
不少爱好者、初学者和高校机构,都是从蜂鸟 E203 和这本书开始,逐渐学习和使用 RISC-V 指令集。截至 2019 年 3 月,该项目在 Github 上被 Star 了 627 次,Fork 了 258 次。在基金会列举的开源内核项目中,被 Fork 数量排名第二,被 Watch 数量排名第三,被 Star 数量排名第四。
ISC-V 在中国提速
2018 年之后,RISC-V 在中国本土的接受度和采用度逐渐提高。“很多人在前几年对 RISC-V 没有足够的认知,确实很多客户持观望态度。但是在外部环境变化以及 RISC-V 生态发展趋于完善的情况下,很多客户现在考虑或者已经采用 RISC-V 处理器内核。”徐滔告诉品玩。
外部环境变化,标志性事件莫过于中兴和华为相继被断供关键零部件。2018 年 4 月 16 日,美国商务部禁止美国企业向中兴销售零部件、商品、软件和技术,致使后者业务中的芯片供应出现短缺。2019 年 5 月 16 日,华为被美国列入“实体清单”,芯片危机成为全民讨论的话题,行业端加快芯片自主化。
事实上,中国本土对芯片自主化的尝试,一直没有中断过。“但有两条路被证明是走不通的,一条就是关起门来自己做一套东西,比较典型的就是龙芯。因为芯片还是一个商品,性能再高,没人用就无法体现出价值,所以必须有相应的生态系统发挥价值。第二条路就是跟在别人后面,国内有许多公司做 x86、Arm、IBM Power 的芯片,在某些特殊领域,用这些指令集架构确实可以做一些事情,但是因为受到 ISA(指令集架构)所属公司知识产权(IP)的控制,很难取得成功。” 半导体行业资深人士方之熙在接受雷锋网采访时说。他曾任英特尔副总裁和英特尔中国研究院第一任院长,2018 年被任命为 RISC-V 基金会中国顾问委员会主席。
在特定的大背景下,RISC-V 凭借着开源特性,在中国本土迎来繁荣发展期。
首先从政策层面来看。2018 年 7 月,距离“中兴事件”不到 100 天,上海市政府发布了一份支持软件和集成电路的政策,其中明确提到“支持基于 RISC-V 指令集架构、32 位及以上的处理器芯片的研发及产业化”,并且要求“内核需拥有自主知识产权”。项目实施周期规定在两年内(2018.7.1–2020.6.30)。由此,上海市成为中国本土首个出台政策,支持 RISC-V 指令集的城市。
其次在行业层面,中国本土相关的行业联盟逐渐形成。RISC-V 生态的发展,很大程度上是依靠行业整体,而不像 x86 和 ARM 一样,系于某一家商业公司。比如,在海外 RISC-V 生态建设中,RISC-V 基金会(现更名为“RISC-V 国际协会”)起到了非常重要的作用。
2018 年 9 月,中国 RISC-V 产业联盟成立,聚焦于 RISC-V 产业落地。11 月,中国开放指令生态(RISC-V)联盟在世界互联网大会上成立,中科院计算所倪光南院士任理事长。两个联盟成立的初衷,都是为了推动中国本土 RISC-V 生态的完善,不过中国 RISC-V 产业联盟聚焦于产业落地,中国开放指令生态(RISC-V)联盟更靠近学术界。
而在公司层面,2018–2020 年间中国本土芯片行业涉及 RISC-V 的初创成立和资本运作十分活跃。
2018 年 4 月,阿里巴巴全资收购中天微。9 月,阿里巴巴在云栖大会上宣布,将中天微和达摩院芯片业务进行整合,成立“平头哥半导体”。同月,中天微推出了基于 RISC-V 的自主指令架构 C-SKY,以及第一款 RISC-V 低功耗处理器 CK902,并且很快就获得了松果电子和伏达半导体两家客户。
2019 年 7 月,平头哥发布了 RISC-V IP 核玄铁 910。它支持 16 核,主频可达 2.5GHz,单核性能达到 7.1 Coremark/MHz,较业界主流芯片性能提高 40%,较标准指令性能高出 20%。
据电子创新网报道,玄铁发布后,全志科技第一时间赶到了平头哥进行测试。一年后,全志科技宣布与平头哥合作开发基于玄铁内核的通用算力芯片,应用于工业控制、智能家居和消费电子等领域,预计 3 年出货 5000 万颗。不过,全志科技采用的是玄铁系列的 906 和 902,性能不及 910。成立于 2007 年的全志科技,是国内老牌的芯片设计厂商,年出货量在亿级以上。过去,他们主要使用 ARM 授权,近年来开始采用 RISC-V 指令集。
胡振波也在 2018 年 6 月 成立了“芯来科技”——一家专门做 RISC-V 内核 IP 的公司。在接受媒体采访时,他如此解释创立公司的初衷:“在我所开发的蜂鸟 E203 面世的时候,基本上还是与国外处于同一起跑线,但是我目睹了国外很多专业 RISC-V 内核 IP 公司陆续出现并飞速发展……国内的 CPU 业界仍然停留在对 RISC-V 的质疑中,迟迟没有行动……我心急如焚,我对我的小伙伴们说,我要创立一家中国大陆专业做 RISC-V 内核 IP 的公司。”
自成立以来,芯来科技已经形成了完备的 IP 产品布局:100 系列、200 系列、300 系列、600 系列和 900 系列,涵盖了从低功耗到中高性能场景,基本能全面对标 ARM 的产品线。
截至 2020 年 12 月,芯来科技的客户已覆盖国内外超 200 家芯片公司和系统公司,并且其客户群体不乏行业头部企业。比如,2019 年 8 月,芯来科技和兆易创新联合推出了全球首个基于 RISC-V 的 32 位通用 MCU(微控制单元),其内核 Bumblebee 由两家公司共同研发。兆易创新是国内 MCU 市场第一梯队选手,其以 ARM 架构为主的 MCU 产品已经跻身高端市场,近年来开始尝试基于 RISC-V 内核的芯片。
芯来科技在资本市场上的表现,也很抢眼:2020 年 8 月,完成了一轮战略融资,领投方是小米长江产业基金;12 月底,又完成最新一轮融资,天际资本领投,中关村芯创集成电路基金、临芯投资和启榕创投跟投,老股东小米长江产业基金、蓝驰创投、新微资本继续追投。