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中国力推RISC-V架构,欲挑战巨头ARM和英特尔

2019-05-18 11:11:50 来源:观察者网
鉴于ARM授权费太贵及英特尔几乎“闭门不开”,RISC-V在世界范围内逐渐步入发展热潮。与此同时,在去年的中兴事件引发了中国高度关注后,中国RISC-V产业联盟和中国开放指令生态系统(RISC-V)联盟相继成立。


目前,RISC-V进一步在国内铺开发展。自2019年5月6日起,由RISC-V与Linux两大基金会合作并开展系列面向RISC-V架构技术的研讨会,历时11天先后在中国深圳、成都、上海、杭州、北京5个城市的RISC-V进行路演,以推动RISC-V在中国的产业化。
 

实际上,在全球微处理器指令集架构中,英特尔的X86和ARM架构目前占据了主流市场。RISC-V基金会中国顾问委员会主席方之熙近日表示,在物联网时代,RISC-V若能充分其优势,将对英特尔的X86和ARM构成挑战,甚至成为行业第一。
 

他还表示,以前龙芯关起门来"做"和其它国内企业跟在对手后面研发两条路行不通。若加大项目和资金投入,RISC-V对中国而言是一个很好的机会。而RISC-V的市场目前主要集中在物联网、控制器、数据中心的专用芯片和边缘计算等。
 

 

免费开源,四年会员涨至235家
 

第一代RISC(精简指令处理器)的诞生可追溯至1980年。当时,加州大学伯克利分校(Berkeley)的教授大卫帕特森(David Patterson)主导了Berkeley RISC项目并设计了其第一代的处理器RISC I。
 

2010年,加州大学伯克利分校的另一位教授克里斯塔阿萨诺维奇(Krste Asanovic)带领的团队大约花了四年时间,设计和开发了一套完整的新的指令集,这个新的指令集叫做RISC-V。这是Berkeley从RISC I开始设计的第五代指令集架构,V还代表了变化(variation)和向量(vectors)。
 

据了解,该指令集的第一个版本只包含46条指令,可以用于实现一个具备定点运算和特权模式等基本功能的处理器。这套指令集兼具精简和灵活两大特点,用户可以根据自己的需求自定义新指令。
 

更关键的是,伯克利研究团队将RISC-V指令集彻底开放,使用BSD License开源协议,几乎完全免费。而且BSD开源协议给予使用者很大自由,允许使用者修改和重新发布开源代码,也允许基于开源代码开发商业软件发布和销售。
 

2015年,为了推动RISC-V产业化发展,克里斯塔阿萨诺维奇推动成立了非营利组织RISC-V基金会。该基金会致力于促进免费开源的 RISC-V指令集架构(ISA)的应用与实施,并负责RISC-V开源架构的全球推广工作,也组织会员共同推动RISC-V的标准完善和应用落地。

 

资料显示,RISC-V基金会的成员分为五个等级,分别是PlaTInum,Gold,Silver,Auditor,Individual。分类来看,Silver及以上面向企业,Auditor面向院校,Individual面向个人。经过四年多的发展,RISC-V基金会的成员由最初的数家成长到235家。其中,Silver和Individual成员增幅较大。
 

RISC-V基金会成员中,主要有Google、华为、IBM、镁光、NVIDIA、高通、三星、西部数据、特斯拉等商业公司,也包括加州大学伯克利分校、麻省理工学院、普林斯顿大学、ETHZurich、印度理工学院、洛伦兹国家实验室、新加坡南洋理工大学以及中科院计算所等学术机构。
 

 

“中兴事件”后,获中国力推
 

目前,中国对RISC-V表现出了足够的重视。由RISC-V与Linux两大基金会合作并开展一系列面向RISC-V架构技术的研讨会,已于5月6日-16日先后在中国深圳、成都、上海、杭州、北京5个城市进行路演活动。
 

其中,有13家RISC-V基金会成员参与,包括阿里巴巴集团、晶心科技(Andes Technology)、Codasip、GreenWaves Technologies、Nervos、芯来科技(Nuclei System)、恩智浦半导体(NXP)、澎峰科技(PerfXLab)、SiFive、Syntacore、Tangram、UC TECH IP和UltraSoC。
 

实际上,中国对RISC-V支持早已有迹可循。2018年7月,上海市经济信息化委发布《上海市经济信息化委关于开展2018年度第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金(集成电路和电子信息制造领域)项目申报工作的通知》,明确支持RISC-V相关设计和开发的企业。这可以被视为国内首个支持RISC-V的相关政策。
 

此后,2018年10月17日,中国RISC-V产业联盟和上海市集成电路行业协会RISC-V专业委员会正式在上海张江揭牌成立。前者成员包括芯原控股、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、格易电子等。芯原控股有限公司为联盟首任理事长单位。
 

 

不到一个月后,在第五届世界互联网大会上,中国开放指令生态(RISC-V)联盟宣告成立。该联盟由中科院计算所倪光南院士任理事长,阿里-中天微、百度、北京大学、长虹集团、清华大学、腾讯、中芯国际、紫光展锐等机构为副理事长单位,中国电子信息产业发展研究院为常务副理事长单位,中科院计算所包云岗研究员任秘书长。
 

同样是在去年11月举办的世界互联网大会上,RISC-V基金会成立了中国顾问委员会,并任命半导体资深人士、英特尔前副总裁方之熙博士为主席。该委员会旨在一步加速RISC-V生态系统在中国的发展,对RISC-V基金会的教育与应用推广战略提供指导性意见,同时作为RISC-V基金会和中国政府之间的桥梁。
 

近日,在5个城市的路演活动期间,对于中国的RISC-V热潮,方之熙接受雷锋网专访时表示,“RISC-V在中国受关注有许多原因,但最主要的原因还是中兴通讯事件之后,从民众到产业界都意识到芯片是一个非常重要的产业,中国必须有一套自主可控的芯片。”
 

或让中国避开“走不通的两条路”
 

目前,RISC-V正在世界范围内掀起热潮。方之熙认为,真正理解RISC-V的优点并利用好它的灵活性优势,根据应用的需求设计出差异化且合适的RISC-V芯片RISC-V将来会成为为处理器架构领域的第一名。但是,他认为RISC-V有两条路被证明走是不通的。
 

 

RISC-V基金会中国顾问委员会主席方之熙博士
 

“一条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。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,但是因为受到ISA所属公司知识产权(IP)的控制,很难取得成功。”方之熙说。
 

此外,他还强调,“系统软件很难由一家公司来做,因为这是为所有的RISC-V公司服务,目前美国方面还没有热烈的响应。我认为如果中国能有一些项目或者资金的投入,对于增强中国在RISC-V领域的发言权以及研发中国的CPU,都是很好的机会。”
 

从技术角度看,方之熙认为RISC-V的最大竞争力是灵活性。RISC-V包含基本指令集、可选择指令集、用户指令和特权指令。基本指令集是任何使用RISC-V的公司或个人都必须实现的,操作系统和软件也建立在这个基本指令集上。可选指令集让使用者可以选择支持或者不支持,用户和特权指令集则可以根据应用场景需求增加。
 

但是,可扩展指令集可能带来碎片化问题,这是ARMRISC-V曾提出的质疑之一。对此,方之熙表示,“开源的硬件和软件确实要关注碎片化的问题,对于RISC-V,由于基本指令集是必须实现的,系统软件也局限在基本指令集上,因此通过必须实现的基本指令集和系统软件的方法能避免碎片化。”
 

他还表示,正因为RISC-V提供了可拓展指令集,也让RISC-V具备了灵活性,这一点非常重要。x86和Arm的处理器都很好,但是英特尔几乎不会为一家公司的x86处理器增加某些特性,即便有价格也会随之上涨。另外,许多MCU的公司都用相同的ARM内核,差距更多的是在I/O上,同质化很严重,最终就成了价格的比拼。
 

 

RISC-V的优势
 

与此同时,方之熙也特别指出,RISC-V虽然是开源的,但不是像Linux和Android一样拿来就可以用,RISC-V是一个指令集架构,想要使用它还要做很多设计工作,这些工作不仅必要而且辛苦,甚至比Arm的设计还要难。
 

“想要做RISC-V的公司一定要抛弃短平快的想法,因为芯片和互联网不一样,不是更早把芯片推向市场就能占有市场。性能、可靠性、安全性更强,但推出时间晚一些同样能占领市场,关键还是要沉下心认真研究应用的需求,让RISC-V芯片适应这个市场,让客户愿意用。”方之熙进一步表示。
 

另外,在RISC-V全球范围的超过235个成员中,加入基金会的中国公司只有二十多个。方之熙对此表示,希望鼓励和看到更多中国公司加入RISC-V基金会。
 

物联网时代,欲挑战ARM英特尔
 

目前,全球微处理器指令集架构中,英特尔的X86和ARM架构占据了主流市场。其中,X86主宰了PC、服务器等高性能高功耗领域,而ARM专攻手机、物联网等低功耗低成本领域。其他架构要挑战前两者几乎不可能。但在物联网时代,RISC-V若开发出适应垂直细分领域的新架构则存在机会。
 

“不光是技术问题,很多是商业问题”。方之熙认为,对于CPU芯片这类产业而言,生态的建设对于一个指令集的成功至关重要。因为在芯片行业里,在构建生态系统时,一开始有批量软件支持架构,会形成一种运转平台,之后的形态就很难改变。其他玩家也很难进入。
 

方之熙还提到,RISC-V生态的建设刚刚起步,其中涉及到很多软件,特别是系统软件。但是,RISC-V开源,系统软件本身不赚钱。因此美国RISC-V基金会董事会提了很多建议,希望美国的大公司或政府能出资。
 

即使是PC时代的霸主英特尔,在手机市场也是屡战屡败。方之熙日前对第一财经记者说,“ARM当时做了手机以后,除了苹果公司之外,一般都是用谷歌的安卓。安卓和ARM结合在一起之后,英特尔再要打进去就很难了。其实英特尔当时手机芯片不比高通差,但是晚了就很难进去了。”
 

方之熙分析认为,英特尔不开放内核,自行设计、生产芯片ARM创建了一种新的商业模式,不生产芯片,拥有系统架构和指令集,将 IP卖给高通等芯片设计公司。如果企业需要了解ARM指令集需要支付高昂授权费,因此,RISC-V的开源降低了企业修改和定制指令集的门槛,没有知识产权壁垒。
 

 

ARM的商业模式正面临困境,根据ARM母公司软银的财务报告,截至2018年12月31日的九个月中,ARM的同比许可收入下降了27.7%。软银将缺口部分归咎于上半年在中国签署新合同的延迟。
 

另外,分析机构 IP Nest发布了最新的IP市场分析报告显示。2018年IP市场价值为36.02亿美元,比2017年增长6%。其中,Arm市场份额已经连续两年下滑。在2017年,他们的营收同比下跌了6.8%。
 

IPnest 的埃里克·埃斯特维(Eric Esteve)表示,造成这样的结构可能有多种原因。一个是软银收购后会计政策发生了变化。第二种可能性是RISC-V处理器内核正在成为 ARM 处理器内核的可靠替代品。
 

 

2018年IP供应商营收排名

而一位RISC-V IP公司的首席执行官表示,ARM的日子已经屈指可数了。他以现有的经验分析ARM的商业模式扬言道ARM活不过五年:最重要的是,与更开放的架构相比,ARM的方法提供了有限的灵活性。在今天的成本和上市时间压力下,没人愿意花费数月时间协商许可条款和付出高昂的授权费用。而这笔费用被指出在100万美元到1000万美元之间。
 

ARM公司一直在探索新的业务模式和市场,但其在物联网市场似乎难以立足。“ARM的商业模式是卖它的IP,所以它基本固定,要针对特定市场的需求加新的指令很困难。而且物联网市场目前用的应用程序就那么几种,生态系统要求不那么高,这是目前为止比较热门的一个市场。”方之熙说。
 

RISC-V仍面临其挑战,方之熙承认,对于手机和PC市场来讲,RISC-V的生态远未成熟,因此重点不会在这些领域,“RISC-V更适合那些变化比较大,碎片化比较细的市场,主要集中在物联网、控制器、数据中心的专用芯片和边缘计算等市场。”

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