RISC-V處理器年底大量上市：AIoT芯片市場(chǎng)開(kāi)啟搶奪戰(zhàn)
科技從來(lái)不會(huì)停止前進(jìn)的步伐，我們已經(jīng)走過(guò)了PC和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，正在邁向AI和IoT的時(shí)代。驅(qū)動(dòng)時(shí)代進(jìn)步的重要因素之一是計(jì)算力的提升，當(dāng)然，每個(gè)時(shí)代都有其代表性的處理器架構(gòu)。RISC-V指令集架構(gòu)（ISA）近年來(lái)在全球范圍內(nèi)引發(fā)巨大關(guān)注，不少人認(rèn)為RISC-V將成為AIoT時(shí)代的主要玩家甚至是代表性的指令集。
2019年底開(kāi)始，基于RISC-V的產(chǎn)品將陸陸續(xù)續(xù)上市。那么，RISC-V將如何搶占AIoT市場(chǎng)？RISC-V真的能成為新的時(shí)代ISA的代表嗎？
RISC-V免費(fèi)是誤解，靈活性是最大優(yōu)勢(shì)
或許是因?yàn)闃I(yè)界對(duì)ARM的授權(quán)費(fèi)有些意見(jiàn)，亦或單純因?yàn)槊赓M(fèi)的產(chǎn)品更具吸引力，架構(gòu)簡(jiǎn)單、完全開(kāi)源的RISC-V指令集一經(jīng)推出就引發(fā)了巨大的關(guān)注。
全球范圍內(nèi)，包括西部數(shù)據(jù)、英偉達(dá)、谷歌、高通、華為、聯(lián)發(fā)科等巨頭都紛紛加入RISC-V基金會(huì)。印度甚至在政府的大力支持下，RISC-V成為了印度的國(guó)家指令集。
此時(shí)，有人就把指令集開(kāi)源和免費(fèi)劃上了等號(hào)，并且把免費(fèi)視作RISC-V的優(yōu)勢(shì)。RISC-V指令集免費(fèi)，但并不意味著RISC-V處理器免費(fèi)。
晶心科技總經(jīng)理林志明也指出，遵循BSD（Berkeley Software Distribution）確實(shí)可以免費(fèi)使用RISC-V指令集設(shè)計(jì)產(chǎn)品，但RISC-V的CPU并不免費(fèi)，這是一個(gè)誤解。
晶心科技總經(jīng)理林志明
有意思的是，這雖然是一個(gè)誤解，但也是推廣RISC-V的好機(jī)會(huì)。
比如晶心科技就有RISC-V FreeStart項(xiàng)目，這個(gè)項(xiàng)目可以讓開(kāi)發(fā)者免費(fèi)使用晶心的RISC-V N22核心，集成開(kāi)發(fā)環(huán)境等，不過(guò)基于RISC-V FreeStart項(xiàng)目設(shè)計(jì)的產(chǎn)品量產(chǎn)時(shí)則需要繳納一定的版稅。芯來(lái)科技也有“一分錢(qián)計(jì)劃”，模式與晶心基本相同，目的都是為了推廣RISC-V。
面對(duì)千億規(guī)模的物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)和有實(shí)力的競(jìng)爭(zhēng)者，ARM也采取了類(lèi)似的做法。2015年，ARM宣布開(kāi)發(fā)者可以免費(fèi)使用Cortex-M0的知識(shí)產(chǎn)權(quán)，進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)和樣品開(kāi)發(fā)。
RISC-V基金會(huì)中國(guó)顧問(wèn)委員會(huì)主席方之熙博士此前接受雷鋒網(wǎng)采訪(fǎng)時(shí)表示，RISC-V會(huì)將低端的設(shè)計(jì)完全開(kāi)源免費(fèi)，ARM也能夠把簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)開(kāi)源免費(fèi)供大家使用，想要使用RISC-V的公司還是應(yīng)該關(guān)注RISC-V可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景實(shí)現(xiàn)的差異化。
差異化或者說(shuō)靈活性確實(shí)才是RISC-V的優(yōu)勢(shì)所在。林志明表示，RISC-V出現(xiàn)的時(shí)候，也是晶心成立11年的時(shí)候，一是出于職業(yè)的直覺(jué)，另一個(gè)是因?yàn)镽ISC-V的理念和晶心推動(dòng)的方向很接近，比如允許開(kāi)發(fā)者增加指令集，所以我們一開(kāi)始就很看好RISC-V。
“另外，RISC-V的包袱比較小，許多應(yīng)用的并不需要一個(gè)非常復(fù)雜的處理器，而是需要做一些適度的減法。我認(rèn)為RISC-V在未來(lái)三十年最大的優(yōu)勢(shì)就是可以在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域在各種解決方案上都能做到最優(yōu)化?！绷种久魍瑫r(shí)表示。
碎片化和生態(tài)不成熟純屬攻擊話(huà)術(shù)
即便擁有靈活性的特性，想要獲得市場(chǎng)，對(duì)于芯片來(lái)說(shuō)PPA（Power Perform Area）指標(biāo)無(wú)法繞開(kāi)。林志明表示，與同級(jí)別的ARM產(chǎn)品相比，我們RISC-V IP的CPU的PPA每項(xiàng)指標(biāo)平均可以提高20%，如果做一個(gè)粗淺的加法，就可以獲得60%到80%的提升。
這種顯著的提升到底是RISC-V指令集的本身特性帶來(lái)的還是因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)的積累？林志明認(rèn)為各占一半，一方面，RISC-V本身比較精簡(jiǎn)，包袱也比較小，加上我們的編譯器做的比較好。另外，晶心成立近15年，我們協(xié)助客戶(hù)量產(chǎn)的經(jīng)驗(yàn)也能夠發(fā)揮作用。
不過(guò)，對(duì)于芯片而言，只有獲得客戶(hù)的認(rèn)可才可以談成功。這其中，生態(tài)至關(guān)重要。去年，ARM建立了一個(gè)網(wǎng)站攻擊RISC-V，從成本、生態(tài)系統(tǒng)、碎片化風(fēng)險(xiǎn)、安全性和設(shè)計(jì)保證方面攻擊RISC-V。談及ARM的攻擊，林志明認(rèn)為，這只是給攻擊者自己壯膽用的，并沒(méi)有對(duì)RISC-V產(chǎn)生真正的打壓，并且，現(xiàn)在攻擊開(kāi)源生態(tài)，本身就不會(huì)得到任何好處，反倒會(huì)產(chǎn)生反作用力。
那RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)以及相關(guān)工具鏈的發(fā)展情況如何？林志明表示，對(duì)于那些使用即時(shí)操作系統(tǒng)（RTOS）的領(lǐng)域，RISC-V已經(jīng)成熟了。說(shuō)的更具體一些，如果要把RISC-V應(yīng)用到嵌入式系統(tǒng)，比如驗(yàn)鈔機(jī)、共享單車(chē)、電動(dòng)車(chē)儀表、無(wú)人機(jī)飛控等都沒(méi)有問(wèn)題。但如果要用于更多的領(lǐng)域，比如航空航天，還需要發(fā)展。
晶心對(duì)RISC-V工具鏈和生態(tài)的建設(shè)有不少貢獻(xiàn)，比如晶心是DSP工作組的領(lǐng)導(dǎo)，還是快速插入工作組的聯(lián)合領(lǐng)導(dǎo)，在指令集以及軟件方面的工作小組也在積極參與。特別值得一提的是，RISC-V的32位Linux的主體就由晶心貢獻(xiàn)。
至于碎片化，林志明表示這純屬攻擊的話(huà)術(shù)。具體而言，RISC-V指令集分為基本指令集和模塊化擴(kuò)展指令
只要RISC-V基金會(huì)繼續(xù)保持他的團(tuán)隊(duì)，嚴(yán)格要求所有廠(chǎng)商，宣稱(chēng)是RISC-V的CPU就必須保證基本指令集彼此相容，這不可能存在所謂的碎片化。
至于擴(kuò)展指令，不同的廠(chǎng)商就可以根據(jù)自身的情況選擇是否增加，這也是RISC-V具備靈活性特點(diǎn)的原因。
既然是否使用擴(kuò)展指令不同廠(chǎng)商可以自主選擇，因此擴(kuò)展指令不僅不會(huì)相互兼容，是否開(kāi)源也將由廠(chǎng)商自主決定。
再看安全性，林志明指出，必須強(qiáng)調(diào)，安全是全方位的。不過(guò)RISC-V的標(biāo)準(zhǔn)指令集里還沒(méi)有安全指令，工作組還在討論和制定中。在標(biāo)準(zhǔn)指令集里的安全指令確定之前，RISC-V也有許多保護(hù)措施可選。晶心十多年前就已經(jīng)有安全微處理器產(chǎn)品，目前我們也與很多的安全廠(chǎng)商合作。
既可以用物理不可克隆功能（即PUF，Physical Unclonable Function），這是一種“數(shù)字指紋”技術(shù)，每個(gè)半導(dǎo)體設(shè)備（如微處理器）擁有唯一的身份。也可以構(gòu)建信任根(Root Of Trust)的平臺(tái)環(huán)境。當(dāng)然也有數(shù)個(gè)其他信任根(Root of Trust)的平臺(tái)可以采用。平頭哥的RISC-V處理器就采用可信執(zhí)行環(huán)境TEE的方案。
“我們保證RISC-V處理器安全的方法會(huì)包含但不限于上述的方式。對(duì)于處理器的安全，不同的公司會(huì)采取不同的方式實(shí)現(xiàn)不同的安全級(jí)別，但要實(shí)現(xiàn)更多的安全功能肯定需要付出更高的成本?！绷种久鞅硎尽?/p>
RISC-V成為AI和IoT時(shí)代代表性的指令集需要機(jī)運(yùn)
至此，無(wú)論是RISC-V技術(shù)本身還是其生態(tài)建設(shè)的進(jìn)展都已經(jīng)非常清晰。接下來(lái)需要關(guān)注的就是RISC-V未來(lái)的發(fā)展。
產(chǎn)品進(jìn)展方面，林志明表示：“作為RISC-V CPU IP的領(lǐng)導(dǎo)廠(chǎng)商，我們第一個(gè)RISC-V CPU IP是2017年第四季度提出的，2018年開(kāi)始陸陸續(xù)續(xù)獲得客戶(hù)的采用。客戶(hù)取得授權(quán)后需要設(shè)計(jì)和投片，到現(xiàn)在一年半時(shí)間差不多剛好樣品出來(lái)。再花半年推動(dòng)量產(chǎn)、上市以及軟硬件的整合，今年下半年和明年年初開(kāi)始RISC-V的產(chǎn)品就會(huì)比較多的投入市場(chǎng)?！?/strong>
林志明透露，采用晶心RISC-V IP的產(chǎn)品中，大概50%的產(chǎn)品都與AI和IoT相關(guān)，有些是純AI的。并且，邊緣計(jì)算的產(chǎn)品比較多，也有應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心和服務(wù)器的產(chǎn)品。
雖然RISC-V技術(shù)本身的優(yōu)勢(shì)明顯，也已經(jīng)有平頭哥、華米、格蘭仕等公司相繼推出RISC-V指令集的處理器，但未來(lái)RISC-V能否成為一個(gè)時(shí)代標(biāo)志性的指令集？林志明認(rèn)為這需要一些機(jī)運(yùn)。
回顧已經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)，借助PC和智能手機(jī)單體幾十億出貨量的市場(chǎng)，成為兩個(gè)時(shí)代最成功的處理器指令集架構(gòu)。
“RISC-V已經(jīng)獲得了市場(chǎng)的認(rèn)可，想要獲得x86和ARM那樣的成功，需要與像華為或者蘋(píng)果這樣體量的公司進(jìn)行組合，才可以把RISC-V CPU做的很大。另外，IoT市場(chǎng)一個(gè)明顯的特點(diǎn)就是產(chǎn)品種類(lèi)多但量比較少，但RISC-V需要有一個(gè)像手機(jī)和PC一樣出貨量很大的產(chǎn)品品類(lèi)，這不是技術(shù)的問(wèn)題，而是需要機(jī)運(yùn)?！绷种久髡f(shuō)到。
目前，無(wú)論是物聯(lián)網(wǎng)還是AI都沒(méi)辦法實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的平臺(tái)。那么，在機(jī)運(yùn)到來(lái)之前，RISC-V可以進(jìn)軍存量市場(chǎng)，也就是基于RISC-V設(shè)計(jì)手機(jī)處理器，林志明認(rèn)為這最有資格的就是華為。除此之外，就是耕耘AI和IoT這樣的新興市場(chǎng)，這時(shí)候，比拼的就是誰(shuí)能夠提供更優(yōu)的解決方案。
上面提到，RISC-V指令集架構(gòu)的靈活性可以讓開(kāi)發(fā)者在AI和IoT領(lǐng)域都能實(shí)現(xiàn)很多創(chuàng)意。除此之外性能的功耗也是取勝的關(guān)鍵。
以挖礦（數(shù)字加密貨幣）為例，剛開(kāi)始礦工使用CPU挖礦，后來(lái)轉(zhuǎn)向了GPU，再后來(lái)甚至有使用手機(jī)挖礦的，但最終是ASIC勝出，因?yàn)闊o(wú)論CPU還是GPU，在這一場(chǎng)景都會(huì)有許多指令集用不到，這就不能實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。
而ASIC足夠高效，耗電也更少。RISC-V同樣具備這樣的優(yōu)勢(shì)，能夠提供合適的算力，并且兼具低功耗的優(yōu)勢(shì)。
還值得關(guān)注的是，雖然都是RISC-V IP的提供商，但晶心、芯來(lái)科技、SiFive之間也有合作。林志明表示，我們與他們現(xiàn)在不是純粹的競(jìng)爭(zhēng)者，而是競(jìng)合者。
在技術(shù)上，我們是合作關(guān)系，希望通過(guò)合作壯大RISC-V的生態(tài)，但在商業(yè)層面，如果客戶(hù)要選擇RISC-V IP的時(shí)候，我們就是競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。
小結(jié)
RISC-V是當(dāng)下最受關(guān)注的指令集，特別是在國(guó)內(nèi)大力發(fā)展自研芯片的背景下，簡(jiǎn)單、完全開(kāi)源的RISC-V指令集架構(gòu)是一個(gè)好的選擇，受到更大的關(guān)注自然也可以理解。而這樣的熱潮也讓ARM感到緊張，并且攻擊RISC-V。
不過(guò)，RISC-V在嵌入式領(lǐng)域的工具鏈已經(jīng)準(zhǔn)備好。并且，只要RISC-V基金會(huì)保持運(yùn)作，保證RISC-V處理器基本指令集的相互兼容，碎片化更多就是一個(gè)攻擊的話(huà)術(shù)。安
全方面，RISC-V標(biāo)準(zhǔn)指令集中目前還沒(méi)有安全指令，但可以用多種方式保證RISC-V處理器的安全。
至于RISC-V能否成為AI和IoT時(shí)代的時(shí)代代表性指令集架構(gòu)，技術(shù)本身不存在障礙，但林志明認(rèn)為需要一些機(jī)運(yùn)，與巨頭公司的深度捆綁，或者找到PC和手機(jī)量級(jí)的產(chǎn)品。
毋庸置疑的是，隨著RISC-V產(chǎn)品的大量上市，AIoT芯片市場(chǎng)，x86、ARM、RISC-V的爭(zhēng)奪戰(zhàn)正變得激烈。
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