落地、商用并向高端迈进：RISC-V的进阶之路

近年来，随着地缘政治因素对科技产业影响愈演愈烈，国内对于安全、自主、可控的半导体产业供应链需求上升到了新的高度。RISC-V是一种基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构（ISA），由于其开源的特性，成为了填补国内自主CPU产品的希望。在2016年正式引入中国市场后，经过短短6、7年的市场化，很多中国公司已经走在了RISC-V产业的前列。

RISC-V指令集与大多数指令集相比，优势在于可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件而不必支付给任何公司专利费。RISC-V的开发者们可以在BSD许可证之下自由进行的CPU设计，该许可证允许RISC-V芯片设计等衍生作品可以像RISC-V本身一样公开开源发行，也可以是闭源或者是专有财产。

虽然进入门槛比较低，但RISC-V产品要真正形成足以匹敌x86和Arm的生态，仍需要可靠、高质量的商业化解决方案。

11月30日，在第二届滴水湖中国RISC-V产业论坛上进行了一场主题为“RISC-V的进阶之路”的圆桌讨论，与会嘉宾就RISC-V已经可以落地的场景、在车规上和高性能领域的应用以及如何在实现“多样化”的同时避免“碎片化”等热点问题进行了探讨。

上图由左至右分别为——

主持人：中国RISC-V产业联盟理事长、芯原股份创始人、董事长兼总裁戴伟民；

圆桌嘉宾：

芯来科技（武汉）有限公司CEO彭剑英，

北京嘉楠捷思信息技术有限公司副总裁汤炜伟，

芯原股份高级副总裁、定制芯片平台部总经理汪志伟，

珠海昇生微电子有限责任公司CEO阳昕，

上海恒锐知识产权服务有限公司执行主任黄海霞

RISC-V目前在哪些应用领域/场景已经可以完全落地，主要原因和优势是什么？

在这个问题上，主持人戴伟民邀请现场观众就“RISC-V目前在哪些应用领域/场景已经可以完全落地（选五项）”进行选择，给出的投票选项分别为：无线连接芯片、多媒体处理芯片、工业控制芯片、微控制器、网络通信芯片、数据中心/服务器、车载控制类芯片、边缘计算芯片、其他。

从现场投票看，选择前三名分别是无线连接芯片（19.9%）、微控制器（17.15%）和工业控制芯片（17.15%）。

阳昕对于“无线连接芯片”排在首位表示认同，因为目前蓝牙、Wi-Fi、NB等采用RISC-V架构的芯片已经量产，从珠三角的终端产业链中也看到了很多应用。“原因在于这类芯片对于生态的诉求略弱，相对封闭，虽然没有被大家看到，但已经实现了完全落地。”

至于排在2、3位的，阳昕认为应该是“工业控制芯片”和“边缘计算芯片”。因为DSP与RISC-V的结合是技术上是非常好的点，工业控制芯片会给RISC-V普及带来较大的推动力。而边缘计算则因为生态尚未成型，OS（操作系统）等还没形成业界统一标准，更依赖各家芯片厂商及应用厂商的算法集积累。这些方面RISC-VCPU的拓展性和差异化方面是有优势的。

在VR/AR/MR等下一代移动计算领域，CPU和操作系统尚未固化。如何在这些领域打造RISC-V产业链？

戴伟民表示，自从人们有了智能手机后，打开电脑时间变少了，如果有一个种产品形态可以让人们打开手机的时间变少，又不影响使用应用，那一定会成为很好的增量市场。今年5月，谷歌发布了智能眼镜，苹果也已经大量布局智能眼镜专利，收购了不少公司，“这个增量市场值得大家留意。我们追iPhone追了十几年，但头戴式设备、AR/VR可能三到五年就会起量。”

在这个问题上，汪志伟认为现在AR/VR、智能眼镜一类设备拐点已经出现。就像十多年前智能手机时代一样，当时Arm与安卓（Android）捆绑，打败了MIPS。回忆之前在Marvell做安卓机顶盒的时候，汪志伟表示“我们硬是和安卓合作，在机顶盒电视市场上打破了传统Linux机顶盒的垄断。”

今天的AR/VR/MR领域，就像当年智能手机刚兴起时一样，大家都有机会。与手机行业不同的是这类产品对体积要求要更小，因为需要戴在头上；硬件角度对功耗要求更高，对于CPU性能和安全隐私性也有一定要求。参考ArmCPU架构智能手机领域跟安卓的深度捆绑，在功耗上做了很多优化，针对穿戴式设备对功耗的要求只会更高，因此不能过度设计。

汪志伟表示，芯原也有帮助客户设计AR眼镜的经验，该领域是一个深度定制的芯片市场，需要异构硬件计算平台。包含了RISC-V、低功耗以及大核性能等方面的要求，甚至对于操作系统也要求是异构的。“这时要提升RISC-V与主流轻量级操作系统的融合(安卓还是比较重量级的)，对于RISC-V而言反而有优势。当对主流嵌入式操作系统支持得比较好时，它们会反过来帮助RISC-V在这个市场成长。”

哪种车用RISC-V芯片可以最先得到大批量的应用？是否需要全部都通过车规？为什么？

这个问题的选项包括：信息娱乐处理、车身控制系统、总线控制系统、智能座舱系统、电池管理、动力控制系统、电机控制、地盘控制系统、高级辅助驾驶系统、其他。

从现场投票看，选择前三名分别是智能座舱系统（19.8%）、信息娱乐处理（15.07%）和电池管理（15.07%）。

彭剑英认为对于“车规芯片”而言，不仅是RISC-V，很多国内芯片公司不管采用什么架构，都是刚刚起步。之前很多消费类芯片企业希望进军车规市场，但大家发现车规芯片跟消费类芯片有着很大不同。国内汽车芯片最先要通过的认证是ICQ-100，只有经过严苛的测试环节才可以算刚刚进入车规领域。

如果还要对于芯片有功能安全等级要求，就要经过ISO认证。“这个认证并不是芯片产品出来之后去过就可以，而是在早期立项、研发过程当中就要开始参与准备认证工作，是一个长期的工作。”彭剑英说到，国内也在试图建立自己的标准，但目前话语权、认证权还是以德系为主。“其实在汽车中不同的芯片，比如娱乐系统，大家默认目前还没有任何车规要求，基本上还是消费类芯片直接用在车上。所以大家将智慧座舱选为第一。”

从目前的发展情况来看，彭剑英认为认为“智慧座舱”会越来越像智能手机。大家也意识到智能座舱领域对于国内芯片厂商来说挑战巨大——因为高通进来了，其整个平台和生态，对于“智能座舱”市场的新入公司来说是极具挑战的。

彭剑英自己对这个问题的选择是“总线控制系统、电池管理、高级辅助驾驶系统”三项。由于新能源汽车的崛起，开辟了如车载以太网、自动驾驶或辅助驾驶（ADAS）、雷达等新领域，给了RISC-V很多机会。而她之所以把“智能座舱”排在后面，是因为座舱应用与软件形成强依赖，靠的是软件生态。

现在智能汽车行业的趋势是软件定义汽车，“智能座舱”中会用到很多APP，基本都基于安卓生态。“这也是为什么高通可以有很强的黏性、话语权和控制权。他们有上千人的团队，做了多年的软件积累，国内新创公司要切入非常不易。”彭剑英认为，RISC-V架构也是可以做车规芯片的。据悉芯来目前和德国一家认证机构在做相关产品认证，预计在2023年初完成认证。芯来的客户方面也有二进制半导体等在集团应用领域去实现RISC-V车规级产品落地。

具体如大算力、智能驾驶、辅助驾驶软件等，在面对不同市场、细分领域和目标时生态尚未统一，RISC-V都还有机会。车载以太网、网联这些新的应用领域，生态黏性没有那么强，对于RISC-V来说或许将成为最先落地车规级的地方。

RISC-V在高性能应用领域，如数据中心/服务器、边缘计算等领域的发展主要靠哪些关键因素驱动？目前还面临哪些挑战？

针对RISC-V在高性能应用领域发展的关键驱动因素上，给出的选项有：安全可控、终端用户集中、软件生态集中、性价比比较高、RISC-V主频已突破2.0。

从现场投票看，选择前三名分别是安全可控（36.73%）、性价比较高（20.41%）和软件生态集中（16.33%）。

汤炜伟表示，新架构要渗透进存量市场，往往都是“从低向高”渗透。RISC-V在这一点上可能与Arm或x86的路线有区别，数据中心的最终使用者是B端，而PC的最终使用者是C端。C端的特点是需要非常完备的软件支持度、使用非常友好，才能够获得广泛认可。因此“我认为RISC-V会先去渗透数据中心市场，而不是PC，但能走多远很大程度上取决于生态合作伙伴的能力和努力。”

对于RISC-V进入高性能领域的关键驱动因素，汤炜伟认可投票第一的“安全可控”，但表示“安全可控”并不是纯粹政治意义的安全可控，而是因为Arm/x86架构集中于少数供应商手中，对下游客户是一种供应链风险。

对此阳昕表示认同，她认为Arm之所以可以在数据中心领域占有一席之地，与其在于手机端的强占有率相关，因为手机最终要跟数据中心连接。“如果RISC-V在AR市场能起量，也需要与云端连接实现自主、安全、可控的连接生态。抛开供应链、政治等因素，这是产业本身需要的。所以我是觉得高端RISC-V会在云端实现，而RISC-V开源的特性如果能把穿戴式行业做起来，可以两端同时发力。”

彭剑英也认同RISC-V在服务器、高性能领域的发展路径，因为终端、手机、PC的应用程序和生态太广泛，很难集中。单就高性能而言，PC处理器或IP供应商只需要把微架构流水线切得足够长，频率就可以上到2GHz甚至3GHz，更关键反而是生态。

“大家怎么样避免做先烈而是要做先驱？要做好平衡。”彭剑英认为，无论是考虑到现在的大环境还是供应链，业界都要避免有一家绝对独大，客户都希望在自己的产品或供应链上有不同的选择，大家良性竞争才能更好地推进RSIC-V生态。

RISC-V应该如何既实现“多样化”又避免“碎片化”？

RISC-V的基本指令集只有40多条，但是可以扩展指令集并且是开放的，这就不可避免的面临“碎片化”问题。碎片化和多样化有相似之处，因为物联网应用本身就五花八门。但“多样化”是好的，“碎片化”则是有问题的。

实际上Arm架构也是多样化的，每个系列的产品各有不同。戴伟民表示，RISC-V目前扩张得非常好，但每家公司规模都不大，而且很多是重复投入，这是核心问题。如何既要多样化，又避免碎片化？

在投票RISC-V应该如何既实现“多样化”又避免“碎片化”？（选四项）中，排名前三的分别是：

统一针对特定细分市场的指令集扩张，以及相应的编译器和工具链的定制（24.59%）；

提供支持主流操作系统与开源软件的底层软件开发包（19.67%）；

加强与Linux开源社区及其他主流操作系统提供商的合作（19.67%）

从过去的两个主流CPU架构在嵌入式领域竞争可以看出一些规律，例如Arm与MIPS之争，最后往往只剩下一家独大，直到今天RISC-V出现才又重现百花齐放的局面。汪志伟认为，从这点来看，“碎片化”是不可行的。要避免碎片化，首先需要规范化、统一指令集。“尤其是扩展指令集。每家都想扩展指令，扩展的结果就是造成了事实上的RISC-V架构碎片化。”所以碎片化的定义是——不同厂家有不同的指令集。多样化的不同在于，对不同的细分领域扩张不同的指令集，但每套领域的指令集还是统一的。

其次，要鼓励开源。支持主流的，尤其是开源的操作系统。

第三，要跟Linux等软件开源社区合作。开源软件社区也在拥抱多家不同的CPU架构，所以汪志伟表示，RISC-V开发商、硬件开发商最好能提供基础软件包去支持开源操作系统和主流开源软件社区，这样就能跟软件生态一起成长，在这个过程中也要避免硬件指令架构的碎片化。

RISC-V最早给大家的冲击就是它的标准开放以及“扩展性”，大家肉眼可见它的“多元化”。彭剑英认为现在很多公司希望产品有差异化、更有竞争力，如果大家的IP一样，就无法体现“差异化”；要在做到差异化的同时，避免碎片化，需要一些有竞争力的公司有自信心去对RISC-V做贡献。

“如果这家公司对这个行业或细分市场需要自行做指令集的扩张，尽量抽成细分领域的共性，比如DSP共性指令。这样针对细分领域或市场大家可以做到相同、统一的标准，相应的编译器或软件也不用每家都重复做，大家可以统一版本。”彭剑英说到，如果想有针对性地做一些有自己特色性的东西，尽量做到根软件透明，不影响到编译器和工具链，这样可以做到多样化、差异化的同时，避免碎片化。

RISC-V指令集的专利问题

RISC-V虽说是开源指令集，但会不会同样存在专利风险？对此知识产权机构对于指令集架构进行过专利分析后，黄海霞感触是——其实RISC-V也面临着跟所有产业早期一样的风险，在“追赶、超越”的过程中，必然存在与现有巨头专利壁垒或领域交叉的情况。

专利的特点是公开文献，任何人都可以查阅，所以要避免侵权也并不难。目前指令集架构50%以上的专利数据链来自美国本土企业，中国本土企业原创的贡献率在1/5左右，另外4/5也是行业巨头在中国本土地区布局的。要避免踩雷，黄海霞认为首先要加强RISC-V专利布局，收购部分CPU专利建立专利池，建立国内的“专利联盟”是一个有效方式。

具体来说，加入专利池的企业，自身的知识产权还是属于自己，但是联盟会员必须承诺——任何一家会员被起诉侵权，联盟可以使用池中任何一家的专利去应诉。这就是抱团取暖，共同应对风险，可以达到三个方面的效果：

一、建立整个产业知识产权风险；二、加强RISC-V专利布局；三、新架构引导下一代产品的发展趋势和未来布局，期间产生真正有价值的专利会留在我们内部，运营它就可以产生巨大收益。