让ARM倍感压力,RISC-V能否成为中国芯崛起的希望?

云视角

2019-10-12

科技云报道原创。

近年来,RISC-V占据了开源指令集架构的主流,特别是在国内市场“自主可控”、“国产替代”趋势之下,RISC-V更是备受追捧,甚至有人把RISC-V称作“中国半导体行业最后一次赶超欧美的希望”。面对美国的技术封锁,RISC-V值得全力押注吗?

10月9日凌晨,在一年一度的ARM TechCon 2019大会上,ARM首次宣布将在部分ARMv8 Cortex-M系列CPU内核当中引入自定义指令功能,即客户能够编写自己的定制指令来加速其特定用例、嵌入式和物联网应用程序。

据了解,ARM Cortex-M系列CPU内核主要应用于对性能要求相对较低、对于功耗和成本要求较高的应用领域,目前在物联网领域应用非常的广泛。

此次ARM在CPU当中加入自定义指令功能,可以在无需增加其他的内核,不增加成本和功耗的前提下,帮助客户实现性能的提升。

除此之外,今年7月ARM调整了芯片设计授权费的收费模式,推出了全新的ARM Flexible Access业务模式。

通过ARM Flexible Access模式,如果芯片制造商使用ARM的一种设计方案投产芯片,那么他们每年需要支付7.5万美元的费用;如果他们每年支付20万美元,那么就可以获得不限数量的芯片设计方案。只有在芯片开始生产时,他们才需要支付授权费和专利费。

可以看到,主要针对于物联网市场的Cortex-M系列IP,以及可适用于物联网市场的Cortex-A53/A35/A34/A32/A7/A5,基本都囊括在其中。

显然,ARM的“加入自定义指令功能”、“下调IP授权费”之举,针对的正是物联网市场,主要应对的也正是免费开源的RISC-V架构在物联网市场对于ARM的冲击。

冉冉升起的RISC-V

在移动互联网时代,ARM 显然是绝对的主流,但随着移动互联网时代的结束和IoT时代的到来,ARM已经感受到了来自RISC-V的压力。

根据市场研究机构IP Nest此前发布的IP市场分析报告显示,2018年全球最大的IP提供商ARM的营收出现了3%的下滑(2017年下滑了6.8%)。IP Nest认为其中一个主要原因应该是来自于开源的RISC-V架构的冲击。

RISC-V架构是一种开源的处理器架构,2010年诞生于加州大学伯克利分校。与大多数指令集相比,RISC-V指令集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。

换句话说,芯片设计厂商可以免费使用RISC-V架构,而不需要像使用ARM的处理器IP那样付一笔不菲的授权费。

而且,传统的ARM处理器IP通常是不允许做扩展的,但是RISC-V则可以方便的进行扩展。这种可扩展可定制化的特点对于场景驱动、性能功耗需求各不相同的AIoT芯片特别重要。

对于物联网芯片设计厂商来说,使用RISC-V架构来做AIoT芯片,不仅可以更加的自主可控,还能够更加的灵活,成本也将更低。

正是因为看到了RISC-V这个架构的潜力所在,非盈利组织RISC-V基金会在2015年宣布成立。

包括谷歌、英伟达、高通、Rambus、三星、恩智浦、华为、晶心、美光、IBM、GlobalFoundries、UltraSoC 和西门子在内的150多家公司,以及加州大学伯克利分校、麻省理工学院、普林斯顿大学、ETH Zurich、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加入了这个阵营,RISC-V也获得了快速的发展。

虽然不是第一个开源指令集,但RISC-V近年来迅猛的发展势头,让不少人都认为RISC-V将成为AIoT时代的主要玩家,甚至是代表性的指令集。

目前,RISC-V已经成为了印度国家指令集。2011年印度实施处理器战略计划,在全国范围资助2-3个研制处理器的项目。除了印度政府、美国DARPA、以色列国家创新局也选择基于RISC-V研制为全国企业服务的处理平台。

去年,RISC-V中国联盟也在在网信办、中科院等多个国家部委支持和指导下成立,联盟理事长是倪光南。RISC-V中国联盟秘书长包云岗称,“RISC-V 指令集有望像开源软件生态中的Linux那样,成为计算机芯片与系统创新的基石。”

同时,上海市政府率先开始支持RISC-V架构芯片。从产业端看,国内的平头哥、兆易创新、华米、乐鑫、芯来、格兰仕等众多厂商都推出了基于RISC-V架构的芯片,华为也在积极的研发基于RISC-V架构的芯片。

这是否代表着RISC-V在中国的好时代已经来临?

“中国芯”的机会

事实上,RISC-V在中国受关注有许多原因,但最主要的原因还是中兴事件之后,美国对中国科技企业的一系列封禁和打压,让产业界和民众都意识到芯片是一个非常重要的产业,中国必须有自主可控的芯片。

从国内芯片发展历程来看,已有两条路被证明走不通:

一条路是关起门来自己做一套,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,所以必须有相应的生态系统发挥价值。

另一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,在某些特殊领域,用这些指令集架构确实可以做一些事情,但是因为受到ISA所属公司知识产权的控制,很难取得成功。

RISC-V这种全球开放的架构出现,既不是关起门来自己做,也不是跟在别人后面,对中国而言的确是一个很好的机会。

有人可能会质疑,RISC-V是美国大学研发出的一套指令系统架构,国内如何做到自主可控?就设计一款芯片而言,RISC-V只是一个指令集架构,定义了一个标准。指令集架构的开源,代表着开发者可以根据这个标准进行自由的设计,在自主可控上并不会有太大的问题。

正因为RISC-V能够绕过Intel与ARM两座大山,许多亟欲在半导体产业弯道超车的国内厂商,都在积极的投入RISC-V当中。

虽然RISC-V技术本身的优势明显,但是RISC-V从业者普遍反映,RISC-V面临的一个最大挑战就是生态问题。RISC-V社区还处于起步阶段,在这一阶段不太可能拥有完整的生态,因为生态建设需要时间。

目前RISC-V由RISC-V基金会牵头的生态建设势头还不错,如果这样的势头保持下去,同时由于RISC-V的开源特性,每个感兴趣的个人或者团队都可以做出自己的贡献,未来可能会看到RISC-V拥有比ARM更为活跃的生态。

从市场潜力看,在新兴的物联网领域,RISC-V和ARM处于同一起跑线上。由于物联网市场对于成本较敏感,RISC-V免费授权的特点对于芯片厂商也很重要,在RISC-V基金会名单中可以看到高通、联发科这样重点布局物联网的企业。

RISC-V凭着指令集开源、免费、灵活等特性,很有可能能够击败ARM,或者至少能够占据可观的市场份额,但未来RISC-V能否成为一个时代标志性的指令集还未可知。

回顾已经取得巨大成功的x86和ARM,这背后分别是英特尔和微软,ARM和谷歌的深度合作甚至是捆绑,打造标准化的平台,借助PC和智能手机单体几十亿出货量的市场,成为两个时代最成功的处理器指令集架构。

想要获得x86和ARM那样的成功,RISC-V需要与像华为或者苹果这样体量的公司进行组合,以及有一个像手机和PC一样出货量很大的产品品类机型捆绑,才可以把RISC-V CPU做的很大。

对于中国而言,RISC-V的确是一个难得的机会,能够开发出自己的CPU或者MPU(微处理器),不过随着MIPS、PowerPC 等指令集架构的陆续开源,中国芯似乎也拥有了更多的选择。


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