RISC-V爆火背后，芯片架构迎来“Android时刻”

【摘要】RISC-V的爆火，恰如当年Android为iOS带来的新鲜活力，解决开源和生态两大问题的基础上，芯片架构格局将挤进一位新玩家。

而当前飞速发展的AI需求，则是RISC-V铺开局面的重要土壤，基于自身开放、灵活、高度可扩展、功耗和效率的优势，RISC-V正被认为是最适合AI发展的芯片架构。

迎来基于的同时，RISC-V路线生态尚且碎片化，后续要形成的合力仍有很多。

但在需求场景催生工具使用多元化的背景下，RISC-V的出现，无疑意味着选择和格局变迁的机会将陡然增多。

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以下为正文：

2007年，史蒂夫·乔布斯手持初代iPhone，用一块光滑的玻璃和金属板，重新定义了手机，直到17年后的今天，iOS系统依然在全球声名赫赫。

但乔布斯一定没有想到，在初代 iPhone 发布会上因谷歌搜索和谷歌地图应邀上台的谷歌 CEO 施密特，正在私下密谋触屏版安卓手机。

后者产生了一个与iOS缠斗十余年的强大对手——Android系统。

两者在特征上有明显的相异面。iOS强调软硬件高度整合协同，拥有完善乃至严苛的安全性保障，Android则提供多样化的硬件选择、开放源代码的自由度以及广泛的应用和服务。

以致于搭载两款系统的手机问世后十余年，从未真正较出个高下，而受益者则是广大的用户。

历史总是惊人的相似，如今，在芯片架构领域，一个新的玩家正如当年Android冲击iOS一般飞速成长起来。凭借基于开源开放的特点，RISC-V架构在过去十余年中暗自发力，已经一跃成为 x86、ARM 最强有力的挑战者。

值得一提的是，RISC-V并不是唯一开源的指令集架构，此前不少指令集架构也有过短暂的辉煌，但终究未能走到我们眼前。前方面临强大的对手，身边拥有严苛的筛选标准，RISC-V 为何能够杀出重围，尤其在当下的中国市场大放异彩？

01芯片架构两重山：生态和自主

一款芯片架构想要真正站稳市场至少要满足两大门槛：其一要适配足够的生态，解决用户体量问题进而在商业模式上取得更高的灵活度；其二要拥有可靠的自主性，这个是国内厂商一直以来的重要关注点。

以上两个要素分开来看，不少玩家已经有所成果。但如果放在一起考虑，却往往涉及“鱼和熊掌”问题。

国内自主研发的厂商也不在少数，以龙芯和申威为代表，而要做到和市场主流兼容，还有很长一段路，生态暂时较弱。

主流的x86、ARM生态则面临天花板，先要绕过大量专利，靠开源的编译器规避诉讼，然后要长周期进行成果吸收转化，最终还是在这个圈子里转。

在此基础上，RISC-V则可能带来第三种解法。

具体而言，RISC-V是一种指令集架构 (ISA)。ISA 是 CPU 必须能够解释和处理的指令集的模板，以及它们如何运行的规范，可以将其视为 CPU 的编程语言。

与其他常见ISA相比，RISC-V的一个关键商业区别是，开源许可，公司可以自由使用它并从中获利，而无需向许可证所有者支付许可费。

目前，包括Arm和Intel都在收取修改 ISA 的费用，这意味着一旦有自主设计，成本变得更加昂贵，而这部分成本，往往还作为制造产品成本的一部分间接转嫁给消费者和企业。

以上是从本征上解决进入门槛问题，而生态问题则伴随这些年发展逐步达到了临界点。

过去，RISC-V架构主要应用于物联网领域。最近两年则向 AI 计算、车载、多媒体计算等领域渗透明显。场景落地的同时，RISC-V 核规格在不断升级，从 A5 提升到A7，甚至更高，其性能和功能也在不断提升。与此同时，超过 10 核的 RISC-V 版本也越来越多。

随着处理器能力不断升级，RISC-V开始登陆 PC、笔记本和服务器，越来越多软件跑在上面，生态问题才真正被解决。

今年8月21日开幕的2024年RISC-V中国峰会上，中国工程院院士、RISC-V工委会战略委员会主任倪光南透露：“根据2023年年底的数据，在芯片领域RISC-V IP核出货量达到130亿颗，完成了ARM经过30年才走过的历程。”这意味着RISC-V应用已经走到破晓前夜。

更重要的是，对中国政企研各界来说，这是一个摆脱地缘政治环境影响的关键机遇，在已有足够能力和市场体量的情况下，既然美国不遗余力构筑壁垒，我们不如重新回归到“科学无国界”的RISC-V上。

既然谁也控制不了谁，这个生态才真正回到你中有我、我中有你的共荣局面。

02AI正提供爆发土壤

AI概念本来意味着百花齐放、新意频出，但在已经发展几年后的今天，市场却意识到一个重要问题：AI不仅没有如想象中一样实现应用裂变，反而逐渐趋于同质化。

一个很重要的原因在于，算力使用对市场仍有门槛。厂商想要做AI建设之前，先要问问自己有没有足够的技术支持、有没有充足的资本支撑产品从建设到落地的全周期，如果没有，那只能先交由大厂来做，而对头部来说，这个AI建设的项目，可以烧钱，但至少不能比友商烧的多太多。

在这一痛点下，RISC-V提供了铺开局面的可能，甚至被部分业内人士认为是最适合AI的指令集架构。

具体而言，RISC-V AI芯片有两种主要模式：

其一，紧耦合模式（integrated），适合低功耗领域（RISC-V＋AI）。以 CPU主干为骨架，集成在CPU内部，共享 PC(program counter)、寄存器堆等流水线单元;只是在执行单元部分增加了矩阵或向量单元。

其二，松耦合模式（attached），适合大算力领域（AI＋RISC-V）。外挂在 CPU上，有自己独立的流水线、寄存器堆、缓存等，是“协处理器”，可以接收来自一个或多个CPU的指令;异步地执行不同CPU提交过来的任务。

这为当前国内AI发展提供了更多可能。正如当年的Android问世一样，并不一定要与谁争高下，而是根据本身的特点，在市场已有选择之外，提供一个更加低门槛、多样化的解决方案。

基于RISC-V构建AI算力的优势在于其开放性、灵活性，高度可扩展性、功耗和效率优势，在过往建立的丰富生态系统下，RISC-V能加快AI算力的发展并容纳更多玩家。

更重要的是，在这一领域，中美差距并不大。脱离了架构限制，站在同一起跑线竞速的情况下，中国厂商还拥有更丰富的市场体量，变数更大，也更加普惠用户。

目前，国内厂商在RISC-V IP和芯片领域已经有不少布局。

其中，RISC-V IP方向，代表厂商有芯原股份、平头哥、奕斯伟计算、芯来科技等。

国内IP大厂芯原股份已经推出了基于单核、双核和四核RV64CPU 集群的 RISC V 开放硬件平台，用以支持开源软件的开发和推广。这一平台集成了芯原在市场上已经大获成功的NPU 、GPU和ISP等，并提供相关 Linux 软件 SDK ，可帮助企业加快芯片软硬件设计和验证工作，将产品快速推出市场。公司也已有多个以RISC-V核为架构的客户项目正在进行。

平头哥RISC-V则以玄铁9系列为代表，2019即发布高性能处理器玄铁C910，支持16核，单核性能达到7.1 Coremark/MHz，主频达到2.5GHz，比当时业界最好的RISC-V处理器性能高40%以上。

不过，一位从业者反馈，平头哥的CPU IP不一定适用一些规模较大、有较高定制需求的服务器端的企业用户，一些企业还是会自己定制研发RISC-V的CPU。而在RISC-V领域，IP又是最成熟的商业模式，因此，不排除市面上会出现越来越多的CPU IP竞品。

2021年，平头哥完成了安卓10对RISC-V的移植，这是RISC-V处理器首次运行安卓系统，标志着RISC-V处理器真正迈入了高性能时代。2022年4月，C910上成功运行了安卓12.0系统，集成了多方关键组件，证明RISC-V完全可以兼容不断更新的安卓系统。

另一边，奕斯伟智能计算事业部目前也已经推出了多款基于RISC-V架构高性能AI SoC。

其中EIC7700X是全球首款搭载64位RISC-V乱序执行CPU及自研高性能NPU的AI SoC，基于四核的SiFive P550 RISC-V CPU内核，支持64位乱序执行能力， DMIPS跑分可以达到8.57分，超过竞品A76的指标，并且其还集成了NPU内核，AI算力约20TOPS，能够支持在端侧加速生成式AI大模型。

RISC-V芯片方向，各家已经在物联网、智能穿戴、安防领域布局较多，逐渐向AI、通用领域迅速扩张。

目前，兆易创新的RISC-V芯片产品结合了存储和计算的优势，已经广泛应用于工业自动化和智能家居领域。同时，兆易创新也是首家推出RISC-V架构MCU的通用MCU厂商。

华米科技布局物联网产品，2019年推出了首款自研芯片黄山1号，成为全球首个应用RISC-V架构的可穿戴处理器，推出了新一代双核RISC-V架构的可穿戴芯片黄山2号。目前在可穿戴设备和健康云领域持续布局。

泰凌微在自研MCU内核取得成功的基础上，更进一步在业内率先推出采用RISC-V指令集架构的低功耗物联网芯片TLSR9系列。该系列芯片凭借强大的性能和丰富的特性，迅速进入各类物联网、消费电子和无线音频产品。

03从1到N，挑战与希望均在

不过，开源、生态本身还只是一个必要条件，一个开源架构生态完全构建起来，软件、应用、人才、资金都将成为重要问题。目前 RISC-V 在中国发展如火如荼的同时，解决衍生性基础问题已经列入日程。

其一，目前 RISC-V 路线生态尚且碎片化。目前已有的商业化普遍大部分是过去布局的物联网和智能穿戴市场，市场表现中规中矩，各厂商依旧在半导体周期的起伏过程中。

兆易创新MCU产品2023年实现营收13.17亿，较2022年出现腰斩，毛利率从64%下降至43%；华米科技2023年实现营业收入24.95亿元，同比下滑39.77%；实现净亏损2.12亿元；泰凌微2023年营收6.36亿元，同比略增4.40%。其中，IOT芯片营收5.81亿元，音频芯片营收4672.81万元。

前述市场之后，如今顺势入局AI领域，各家实际还是单打独斗，市场整体暂时没有太多明确的技术主线和主导力量，国内外路线技术方案各不相同的情况下，想要弯道超车加速发展，乃至实现商业化，仍需要先让一部分力量汇聚起来。

其二，RISC-V架构的安全问题仍需更加重视。相比较ARM发展比较完备的安全架构拓展，RISC-V架构的主要安全关注点还是相对常规的内存保护，如PMP/MMU（物理内存保护/内存管理），但比较深入的安全架构描述并不多。各家厂商都在自己定义安全标准，但各厂商之间还有差异，尚未形成统一的标准。

对于RISC-V的CPU设计厂商而言，除了需要避免硬件BUG而产生能被利用的漏洞外，对RISC-V拓展更加可靠的安全机制也非常重要，而对于CPU设计厂商而言，具备软硬件的领军人物同样显得至关重要。

其三，目前已经有一部分自发形成的联盟力量，后续形成合力仍需相关科研院校、龙头企业的发力。这方面，已经有中国工程院院士倪光南、北京开源芯片研究院首席科学家谢涛、达摩院玄铁团队、奕斯伟、沁恒微、算能、芯来科技等持续布局。

政策端的支持正逐渐明朗。

“十四五”规划中，政府明确提出了加快芯片自主创新的战略目标，同时也给予了芯片产业各方面的政策支持和资金投入。同时，各级政府和领导也都在关注国内RISC-V产业发展。

工信部RISC-V工委会已经和雄安、北京、西安、成都、厦门、香港等地达成协议，将在这些地区率先开展RISC-V的应用推广倾斜性支持，雄安和北京亦庄专门建设了RISC-V应用展示中心。

今年RISC-V中国峰会上，峰会主席孟建熠则指出了下一阶段的发展方向，“打造具有市场竞争力的标杆产品，吸引更多的软件生态合作伙伴扩大投入，进而推动 RISC-V 大规模商业化应用”，商业化对一个新兴且具有广阔强劲架构来说，留待探索的路还有很多。

04尾声

iOS与Android的鏖战，不在乎孰强孰弱，而为厂商和用户使用甚至开发提供了不一样的体验，时代变迁至今，一款手机的系统使用开发场景已经能够根据需求而灵魂变化，甚至于iOS和Android也在相互吸收经验。

与此同时，市场还期待看到更多如纯血鸿蒙之类的新兴面孔。

需求场景催生工具使用的多元化，RISC-V的出现，选择和格局变迁的机会将陡然增多。

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- XINLIU -

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