RISC-V：站在风口浪尖上寻找真正的“开源之路”

最近的一则新闻把 RISC－V 再次推上了舆论的风口浪尖，那就是，为了不受到美国禁令的影响，RISC－V 计划将总部迁到中立国家瑞士，从而更自由地继续走开源之路。自美国发出贸易禁令以来，产业界就一直担心美国会限制中国用户使用 RISC－V，从而让其开源性大打折扣，RISC－V 的这一决策也证实这一点。

RISC－V 在冥冥之中似乎注定会走开源路线。2010 年，美国加州大学伯克利分校的 EECS 部门要设计一款 CPU，然而他们放眼望去，全球 CPU 主流架构只有英特尔的 X86 和软银的 Arm，更让他们绝望的是，X86 架构的授权卡得很死，除了 AMD 和威盛，几乎没有谁还能打动英特尔的心；再看 ARM 的指令集授权非常之贵，贵到他们购买无望，最后他们决心从零开始设计一套全新的指令集，随后他们 4 个人用 3 个月完成了 RISC－V 指令集的开发。

其实定义一套指令集并不难，最难的是如何围绕这一指令集构建一套成熟的软硬件生态系统。我们能够看到，不管是数据中心、物联网，还是汽车、AI 应用，英特尔每次推出一款新产品都会拉上合作伙伴一起建设生态系统，参考英特尔 CPU 产品的成功经验不难发现，生态系统直接决定着一款芯片的命运，只有搭建好生态系统，芯片才会用起来，出货量才能上去。

为了让 RISC－V 指令集快速得到完善，初始团队选择了将其开源，希望通过全球工程师的力量快速 RISC－V 的发展。

搭载上中国发展集成电路的快车道

有人认为是开源的决策让 RISC－V 名声大噪，笔者觉得这不是主要原因，其实除了 Linux，英特尔还打造了多种开源软件，尤其是在移动市场，甚至物联网市场，取得一席之地，然而以后的产品再也没能创造 Linux 的辉煌。从前几年半导体市场的多起收购和合并案能够看出来，芯片在美国已经不是一个赚钱的朝阳产业，相反已经走向下行期。而芯片的主要应用市场是在中国，2018 年中国的集成电路产品进口金额超过了 3000 亿美金。

中国政府也早就看到了这一进口量背后的隐患，所以几年前政府就开始大力推进集成电路产业的发展，给政策、给钱，希望别在关键时刻被卡住了。这一推进总体来看还是非常有效的，近几年国内公司研发芯片的热情高涨，据统计，2018 年国内芯片设计公司数量达到 1600 多家，今年这一数字增长到 1700 多家，而这些创业公司才是 RISC－V 的主体用户。尤其是 RISC－V 是开源架构，创业公司可以用很少的成本研发芯片，研发成功以后，如果顺利拿到投资，企业存活的几率会就大大提高。

在去年 10 月，中国 RISC－V 产业联盟成立，目的是集聚和整合国内 RISC－V 创新力量，助推 RISC－V 产业生态的建设，提升中国企业在 RISC－V 指令集创新、标准制定中的影响力。从 RISC－V 发展的时间节点来看，和中国的集成电路产业发展步调保持了一致，也是中国的集成电路热将 RISC－V 推上了发展的快车道。

再看 ARM 的授权模式，客户如果要采用 ARM 的芯片设计方案，需要先支付一笔可能高达上百万美金的许可费才可以开始研发，芯片投产后再按照芯片出货量缴纳授权费。对于高通、ST、海思这样的大公司来说这笔许可费或许不算什么，但是对于中小创业公司来说这是一个很高的门槛，很多人都会止步于这笔许可费。可能是迫于 RISC－V 带来的压力，现在 ARM 已经降低了许可费，但是不少用户还是更愿意选择 RISC－V，其开源免费策略吸引了不少用户的加入，这对 RISC－V 的生态建设起到了推动作用。

RISC－V or Arm 用户在两大阵营间徘徊

从架构本身来看，ARM 和 RISC－V 都是基于 RISC 原理开发的，两者的区别在于，ARM 的标准授权方式是，用户只能根据自身需求调整产品频率和功耗，不可以更改原有设计，以至于 ARM 架构文档冗长，指令数目非常复杂；而 RISC－V 的指令数目少，自由定制，操作方便，架构文档页数仅有 200 多页。因此，业界更看好 RISC－V 在物联网领域的应用。

如今，华为、高通、谷歌、三星、英伟达、NXP 等 100 多家科技公司已经加入 RISC－V 阵营，再加上国内的芯片设计公司，这一阵营更加庞大，到目前为止，国内已经有多家公司推出了基于 RISC－V 架构的芯片，我们可以先看一下：

2018 年 9 月，华米科技发布了人工智能芯片“黄山 1 号”，主要用于可穿戴领域，该芯片采用了 RISC－V 开源指令集，集成了 AI 神经网络模块。通过内置 HeartRate、ECGEngine、ECGEnginePro、Arrhythmias 四大驱动引擎，可实时监测和分析身体各项指标。

2018 年 11 月，睿思芯科推出基于 RISC－V 的 64 位可编程终端 AI 芯片 Pygmy，主频高达 600 MHz，基于 RV64G 指令集，支持双精度浮点运算，主控 CPU 动态功耗仅为 10mW；对比 ARM 的同级别芯片，能耗下降 85％，面积减少 80％，相当于用一般的 32 位处理器的面积和功耗就实现了 64 位处理器的性能；

2019 年 8 月，兆易创新基于 RISC－V 的 Bumblebee 内核推出了 GD32V 系列通用 MCUGD32VF103，相比兆易创新 GD32 的 Arm 内核产品，性能提升 15％；

2019 年 9 月，阿里平头哥基于 RISC－V 架构发布了玄铁 910，采用 12nm 工艺，16 核，主频能跑到 2．5GHZ，单位性能 7．1 Coremark／MHz；

但是很多公司也在左右为难，采用 RISC－V 怕得罪 ARM，后面在授权上被限制；如果只基于 ARM 开发产品，RISC－V 发展势头很猛，一旦 RISC－V 成为主流，公司就错失了市场机会，所以很多公司选择了“两条腿走路”，一边观察一边研发基于 RISC－V 的产品。

IP供应商来了，RISC－V是否还真的开源？

虽然 RISC－V 是开源架构，但是已经有 IP 供应商开始加入进来，比如，晶心科技、芯来科技。其中，晶心科技成立于 2005 年，目前主要围绕低功耗高性能的 CPU 进行开发，除了 CPU IP 之外，还提供平台外围 IP、软硬件开发工具、生态系统等一整套方案。去年 4 月，晶心科技推出了第一代基于 RISC－V 架构的 AndeStar V5，这是晶心第五代指令集架构，支持 64 位处理器以及 RISC－V 指令集架构。

芯来科技成立于 2018 年，致力于研发基于 RISC－V 指令架构的处理器内核 IP，现在已经推出 Nuclei N200 系列商用低功耗处理器内核 IP，以及二级管线超低功耗处理器核等产品。兆易创新 GD32 系列 MCU 的 IP 就是与芯来科技一起打造的。

虽然 RISC－V 以开源免费著称，但是现在 IP 供应商也陆续加入进来，所提供的 IP 产品必然是部分开源，是否会给开发者设计带来局限性？晶心科技总经理林正明表示，“RISC－V 指令集是完全开源的，内核部分由各家公司决定，开源分成三类协议：免费、可授权、封闭。这三种都可以称为开源，但是每一种都必须遵循 BSD 协议。软件本身有自己的游戏规则，在商业上需要有价值，需要获利。但是 RISC－V 作为一个风潮，在学术界支持力度很大，而且 RISC－V 对学术和研究的支持是免费。”

很多公司在 RISC－V 架构上持尝试的态度，晶心科技是把 90％的资源投入到 RISC－V 的研发上。林正明对与非网记者表示，我们在 CPU、IP 领域有十四年的研发经验，并对 RISC－V 做了深入分析，从长期来看，它带给我们的好处大于冲击。晶心科技现在已经有 100 家授权客户，一半涉及 AI 应用。

他也坦言，IP 行业大家都可以做，但是 IP 开发很难，客户会择优选择，所以很多 IP 公司准备转向芯片设计。其实国内的芯片设计市场竞争也非常激烈，现有的 1700 多家芯片设计公司未来一定面临淘汰，类比美国的芯片产业格局不难预测，能够胜出的也不过几十家，甚至十几家。但是笔者认为，只要市场的需求总量足够大，有多少家公司来做芯片对 RISC－V 的影响并不大。

当前，RISC－V 指令集逐步完善，生态系统在慢慢搭建，芯片种类不断增加，中国市场对开源的强烈需求助推 RISC－V 阵营越来越庞大。ARM 是在成立 4－5 年时出货量才快速增加，预计 RISC－V 从第 3－4 年才会上量，RISC－V 的开源之路仍需坚持，爆发式增长期就在不远的未来。

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作者：郭云云