研究報告哪四個部分-研究報告分為四部分是哪四部分

來自臨港新片區管委會高科處，前沿產業招商中心產業研究報告，部分內容分享。

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今天由來給大家匯報，這段時間針對RISC-V產業的研究報告。

就在今年年初，RISC-V，被《麻省理工學院技術評論》選為十大突破性技術之一。

RISC-V一詞，大家應該不陌生了，前段時間8月28號，芯原主辦的第三屆滴水湖論壇，其主題就是打造RISC-V專利互不訴訟聯盟。作為有希望與X86跟ARM“三分天下”的后來者，RISC-V到底是個什么東西呢？

我們先來看一下RISC-V相對專業的解釋。

RISC-V，是一種精簡指令集架構，向上承載整個軟件生態，向下規范處理器芯片的設計，是計算機系統中硬件和軟件之間交互的標準。什么意思呢？

首先，CPU不是萬能的，他不能理解用戶的復雜要求，僅能執行它的硬件架構所能支持的指令。CPU可以包含很多個不同的模塊，每一個模塊都可以是具有不同功能的微架構，每一個微架構的運行都對應一條二進制的指令。因此，要指揮計算機CPU工作，需要在了解微架構的基礎上，整合一套它所能理解的指令的集合，計算機指令集中的每一條指令，都需要有相對應的集成電路硬件微架構來實現。也就是說，要想完成計算機的任何指令，都需要在CPU中有配套的硬件電路來實現。這就是計算機指令集架構。RISC-V則是一種精簡形式的指令集架構。

簡單來說，我們知道，軟件需要基于操作系統才能運行，當我們在操作軟件來實現某一個功能時，就需要操作系統通過指令集，將這一功能需求轉化為一系列計算機CPU所能識別的指令，再傳達給底層的硬件電路，然后才能真正的運行起來。操作系統就是建立在指令集之上的，指令集規范了計算機系統中硬件和軟件之間的交互。

我相信，聽到這里，可能很多人還是一臉懵圈的。

不要著急，我想通過一個簡單的例子，能幫助大家把指令集架構的概念捋順。

比如說，我想通過瀏覽器軟件，下載一部電影，計算機是沒有辦法直接執行下載電影這一功能的。軟件會首先將下載電影這一訴求提交給它的直屬領導操作系統，操作系統會將下載電影這一訴求分解為一系列的命令，比如要輸入電影名稱信息的命令，網絡檢索的命令、存儲以及播放的命令等等。然而這些命令計算機仍然無法直接執行，還需要編譯器，根據復雜的算法，再將每一條命令拆分為CPU可以理解并執行的邏輯運算指令。最后，通過指令集，再將每一條指令映射為CPU所能直接運行的一串二進制代碼，這樣CPU才真正的執行了剛才那條下載電影的要求。

有一點非常關鍵，計算機是具有硬件決定權的底層優勢結構，上層軟件的每條指令都要傳達至底層硬件才能運行，而上層軟件無法感知底層硬件的運行狀態。

這存在一個非常關鍵的問題，如果底層硬件不能自主可控，僅通過操作系統或者軟件的開發，對于別有用心的CPU設計者而言，上層是沒有任何秘密的。

CPU運行的本質就是與或非三種邏輯運算的復雜組合，通過剖片等逆向工程，想要了解一個芯片是否存在后門，其難度相當于將他從零設計出來。研發上的剖片，更多的意義在于參考其整體芯片布局，或功能實現形式。

這里，我們再次明確一點，RISC-V是指令集架構，它既包括了指令集，又包括每個指令所對應的微架構。這就是開源RISC-V的本質魅力所在，基于RISC-V，理論上就可以實現完全自主可控的指令集架構！

要進一步講清楚RISC-V，我們不妨暫退一步，將視角拉遠。我們現在已經了解了指令集架構是什么，根據實現形式，指令集架構又可以分為復雜指令集與精簡指令集兩大類，其中獨霸PC市場的windows操作系統所使用的X86架構就是基于復雜指令集來實現的。

蘋果的IOS系統，既可以用在PC又可以用在移動端，則是基于精簡指令集ARM來實現的，ARM這個單詞中間的字母“R”，其實指的就是RISC。同樣基于ARM架構的還有安卓、鴻蒙等等，總的來說RAM架構在移動設備領域有顯著優勢。

RISC-V就是獨立于ARM的另一種精簡指令集架構，由于開源、模塊化及可擴展等優勢，使得RISC-V在汽車、IoT、AI芯片領域有著廣闊的應用前景

當然，指令集架構遠遠不止，X86、ARM與RISC-V這三種。

縱觀計算機系統的發展史，曾出現過很多

指令集，如貝克的 Alpha 架構、 Sandy Bridge 架構、 MIPS 架構、 Power 架構等等，我就不一一介紹了。不過隨著技術的演進，成為別人的墊腳石，并被收進博物館成為絕大多數架構的最終歸宿。

那么相對于其它指令集架構，RISC-V的優勢是什么呢？那么多的指令集架構，我們怎么就認定了RISC-V會大有可為呢？

我們不妨來對比一下，X86、ARM與RISC-V這三種指令集架構。

首先市場出貨量方面，在PC市場，設備出貨量在2億臺左右，移動終端出貨量大致提升10倍，規模在20億臺左右。而RISC-V適用的智能物聯領域，其設備的出貨量則遠超百億臺。

再看根技術，每一個市場領域的根技術也是不一樣的，PC領域的根技術是 x86 架構，它是一個封閉的指令架構，同時搭載在硬件之上的 Windows 是一個封閉的操作系統。移動終端市場，蘋果的IOS雖然是基于半開放指令架構ARM建立的，但是IOS本身是封閉的，雖然Android 是半開放的操作系統，也要收取高昂的授權費用。而如今的智能物聯領域，則需要一種更為開放的指令架構以及操作系統。

通過三種架構的量化對比，我們可以發現，智能物聯應用的多樣化與 RISC-V 的優點高度吻合。RISC-V 的開放性、設計的簡潔性以及功耗的優勢，都非常符合智能物聯的應用場景。得益于可定制、可擴展的特質，RISC-V 架構更容易面向智能物聯細分領域應用，去設計出具有針對性和競爭力的微架構，從而更適配特定場景的應用需求。

截止今年7月：全球，RISC-V架構芯片累計出貨量已突破180億顆，其中中國公司的出貨量占據了約50%的份額，預計2025年RISC-V架構芯片有望突破800億顆。

我們再回過頭來看看，X86和ARM都有些什么問題。

首先，說說X86，x86架構是全封閉的指令架構，至今獨霸PC市場長達三十年之久，全世界僅有英特爾、AMD兩家公司享有永久授權。也就是說，全世界只有英特爾與AMD有權限設計X86架構計算機的CPU。當然也有一個例外，就是當年國產X86 PC CPU，兆芯，兆芯有兩成股份來自于VIA，因此得到了X86的授權，當時它的CPU性能基本可以比肩6代i3，但是隨著VIA的X86授權過期，兆芯也會失去X86的授權。所以，目前，除了英特爾和AMD其它公司是沒有任何可能使用X86架構的。

接下來是ARM。在移動芯片架構領域，ARM處于絕對壟斷地位，與X86不同，ARM架構的商業體系非常完善，ARM公司本身不制造芯片，只負責ARM的架構設計。然后將這些設計出來的架構以IP的形式技術授權出去，收取“授權費”。像高通的驍龍芯片、聯發的科天璣芯片、海思的麒麟芯片，走的是ARM的技術許可協議。Arm目前合作的芯片制造公司大約有1000家，但每年賺取的授權費用就高達數十億美元！海思的麒麟芯片僅是獲取了ARMv8版本的永久授權，而高通、蘋果則早就用上了ARMv9，如果一直不能獲得最新的架構授權，即使解決了工藝問題，能夠用上最先進的工藝制程，麒麟芯片可能永遠打不過曉龍與蘋果。

此外，ARM，是一個“半開放”的指令集架構，用ARM架構的廠商，只能根據自身需求，調整芯片的頻率和功耗，不得改變芯片原有的設計。所以這也就是為什么。咱們只看到手機廠商們都在做「馴龍高手」，卻從沒見過哪家可以成為屠龍者，就是因為ARM，不準它們改。ARM的這項策略一定程度上很適合商業推廣，對第三方公司的技術要求也有所降低，開發的周期也會大大縮短，只需要根據自己的需求，照著ARM提供的CPU和GPU架構找芯片代工廠下單、流片、生產即可。

但是。根據ARM的最新經營策略，基于ARM架構CPU的SoC，將不再允許加入外部的GPU、NPU等芯片。以后想用ARM架構CPU，就不能組裝自家或別家的GPU等部件了，只能用ARM推出的整套套片。這就相當于，下館子吃飯不準自帶酒水，只能買餐館的酒水一樣。因此，對于當前移動領域的芯片設計公司而言，只有兩條路。要么，委曲求全，接受ARM的捆綁銷售，用ARM的全家桶套餐芯片，而且中國公司還要做好隨時有可能被斷供的準備。要么，就另辟蹊徑，轉戰RISC-V架構。

反觀RISC-V，在設計之初，就是一個為開源而生的完全開源的架構，用戶可以根據自己的需求自由定制、設計架構，還能配置不同的指令子集。這也就意味著，廠商們想要芯片實現什么功能，只需要自己設計、自己“拼裝”就好。理論上可以用于設計任何CPU。

綜上所述，這就是眾多大牌廠商轉戰RISC-V架構的原因。大力發展RISC-V產業，其實就是要為國產芯片建立一套自主可控的底層架構。

現在，我相信大家對RSIC-V，以及為什么要發展RSIC-V已經有了一個比較清晰的認識。接下來我將結合RSIC-V產業發展歷程，對RSIC-V產業的特點進行深入分析

RISC-V是第五代精簡指令集，精簡指令集在20世紀八十年被提出，不到十年的時間便迭代了四次，之后便一直沒有更新，直到22年之后的2010年，第五代精簡指令集RISC-V被提出。

2015年，RISC-V 基金會成立，旨在聚合全球創新力量共同構建軟硬件社區，打造RISC-V生態系統，并推動未來指令集體系進一步演進。目前基金會有超過327 名成員。

2018年，上海市經信委將從事RISC-V 相關設計和開發的公司作為扶持對象。這也是國內第一個和 RISC-V 相關的扶持政策。此后，國內中國RISC-V 產業聯盟、中國開放指令生態聯盟、RISC-V專利聯盟、中國電子工業標準化技術協會 RISC-V 工作委員會等等眾多機構紛紛成立。

RISC-V之所以能在短時間內快速發展，主要得益于它開源模塊化及后發優勢這兩個方面。

首先，開源意味著自由（便宜）、安全（不怕留后門）及可控（不怕卡脖子），再加上RISC-V的模塊化設計，使得用戶可以靈活的選擇不同的模塊進行組合，從而通過一套芯片架構滿足不同應用場景。這種模塊化設計正是X86和ARM架構所不具備的，模塊化使得RISC-V更加簡潔和輕量化，意味著低功耗、小體積，因此非常適用于移動設備。

其次，后發優勢，與X86和ARM這兩大成熟架構相比，RISC-V架構具備顯著的后發優勢。計算機架構經過多年演進，更趨于成熟，許多問題已被研究透徹，作為后來者的RISC-V架構可以自然而然的加以規避。同時，沒有向后兼容的歷史包袱。此外，簡潔的架構方案還可有效減少電路設計中的錯誤發生，畢竟CPU流片成本是極高的。行業的發展總是機遇與挑戰并存。

正是也因為這些優點，在一定程度上，也是RISC-V架構發展的挑戰。為什么我會這么說呢？開源所帶來的自由，讓所有廠商都可以使用還可以自行增加、修改指令集，那么大家做出來的芯片，是五花八門。從而導致整個行業日益碎片化，無法形成強有力的凝聚力。對于芯片而言，生態是非常重要的，X86的霸道來自于，windows生態。ARM的囂張氣焰，因為有安卓、蘋果生態，并把軟、硬件廠商都綁定在一起。但RISC-V生態，因為起步晚的后發劣勢，又是開源、免費、靈活，大家隨便修改，會導致生態無法協同統一。同時因為各個大廠，都自己搞自己的，同樣會在開發工具、軟件、人才、知識產權上，很難法協同統一，形成一個共同的、統一的生態。

前些天，有幸全程聽完了芯原主辦的第三屆滴水湖RISC-V論壇，論壇最后的圓桌會議上第一個問題就是圍繞RISC-V應用領域展開的。線上線下，經兩萬名專業觀眾的投票，結果顯示，前六個RISC-V最有望成為主流處理器架構的領域依次為：微控制器、車載控制類芯片、無線連接芯片、邊緣計算芯片、網絡通信芯片、數據中心服務器芯片。

極簡、模塊化以及可定制擴展作為RISC-V的三大特征，通過這些指令子集的組合擴展，理論上可以構建適用于任何場景的微處理器（ MCU ）。

微處理器是一個比較寬泛的概念，任何芯片都可被稱為微處理器。除MCU之外，汽車領域應當是RISC-V最被看好的應用場景，這里我們不妨以汽車領域為例，進一步探討RISC-V在車規芯片領域的優勢。

短期來看，RISC-V可在車規領域，實現控制芯片、通信芯片、安全芯片的架構替代。

相對于ARM壟斷移動端市場，x86壟斷PC市場，汽車MCU市場的內核架構則比較多元。目前國外的車規級MCU大廠的內核架構基本都是基于私有架構（比如英飛凌、瑞薩等）或者是Arm架構（比如恩智浦、Microchip），但是這些老牌廠商經過多年的發展，已經建立起來自己強大的生態體系。這也意味著國產廠商如果想要沿著他們原有的路線來追趕，必然會比較吃力。但是，隨著全新開源的RISC-V架構的興起，則給了更具自主可控特性的國產汽車MCU芯片廠商一個新的切入點。

雖然Arm架構和廠家自研架構目前占據車載娛樂、車身、底盤等應用的絕大部分份額。但是RISC-V兼具開源和通用優勢，近幾年已經成為主流廠商布局的重點方向。比如瑞薩電子也開辟了全新的RISC-V MCU產品線。另外，國內MCU廠商很多之前都還是在做8位MCU和16位MCU。但是隨著汽車智能化的發展趨勢，對MCU的規格要求進一步提升。32位MCU廣泛應用于儀表板控制、車身控制、多媒體信息系統、引擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統及動力系統、 ADAS 等領域。數據顯示，在2021年汽車MCU市場，32位MCU占比已經達到了70%，預計到2026年市占率將達到75%。所以從這個市場來看，對于32位的RISC-V MCU來說是很好的一個機會，將有著數十億美元的替代空間。

中長期來看，RISC-V有望成為車規計算芯片的新選擇

在車端應用方面，RISC-V結合矢量計算單元可有效提升芯片計算效率，有望在智駕和智艙計算芯片領域實現規模化應用。智駕芯片上，Mobileye推出的EyeQ Ultra芯片搭載12個RISC-V內核，可支持L4級別自動駕駛需求。智艙芯片上，SiFive P870A、中科院計算所第二代“香山”、賽昉科技昉·天樞-90等產品有望代替ARM A系列成為座艙芯片IP核。在云端應用方面，基于RISC-V芯片的算力中心，相較于英偉達等主流人工智能計算硬件擁有更高能耗比，可有效提升云端存儲、計算效率，幫助降低汽車云化、車載物聯網、自動駕駛開發、車路協同等領域運營成本。

近年來，國內新興的車規級MCU廠商很多都不約而同的選擇了RISC-V架構來做自己的車規級MCU，比如云途半導體、武漢二進制、國芯科技以及芯科集成。

國內外IP供應商已先后推出十余個系列車規級IP，覆蓋通用、高性能MCU與安全芯片IP領域，已能基本滿足目前車規級控制芯片需求。在此基礎上，芯片廠商正研發應用于車身、動力、底盤等領域的高性能RISC-V芯片，瑞薩量產動力控制芯片RH850/U2B；東風集團與中信科集團共同成立二進制半導體發布的伏羲2360，可應用于發動機、變速箱、三電控制、ADAS、整車控制等領域；泰凌微TLSR9系列應用于汽車通信產品；方寸微電子TIH64Vx690可用于安全MPU。但整體上，汽車領域RISC-V芯片應用尚處于早期，僅有少量產品用在了座椅、車窗控制等功能安全較低領域，尚未實現大規模上車。

總的來看，在汽車芯片領域，領先企業已成功研發車規級RISC-V芯片產品，但應用尚處于前期。考慮到我國RISC-V芯片上車同樣要面臨產業生態不完善、發展碎片化等問題，為推動我國RISC-V汽車芯片發展，應從關鍵內核研發、推動成果上車、完善產業生態、開展國際合作、培養產業人才等方向加速推進。

雖然RISC-V有很多優勢，但是客觀上講，現階段RISC-V一定程度上是被過度追捧的，首先，當前，它并不具備與X86或ARM在PC或移動終端領域進行競爭的能力。

其次，RISC-V不同聯盟體系內的競爭應用領域和知識產權分散，難以形成權威性的龍頭組織，一個聯盟很容易被另一個聯盟突然替代，企業站隊錯誤將帶來毀滅性的后果，類似于Symbian系統。這也使得很多企業在做出關鍵抉擇時，變得非常謹慎，很多企業都是抱著不求一夜暴富，但求穩扎穩打的心態。

還有就是，之前提及的后發劣勢，后發劣勢不僅是要重建生態，還要面對無法繞開X86與ARM中的許多經典微架構的限制，來自X86與ARM的聯合絞殺，必然會成為RISC-V發展的重大阻礙。

最后，對于國內RISC-V產業而言，還存在一個重大風險，那就是缺乏話語權。中國企業在RISC-V基金會的話語權不夠，大廈建立在別人的地基上。在RISC-V基金會的高級會員中，中國企業占據80%。但是，全球RISC-V軟件生態計劃“RISE”項目中，中國大陸芯片公司僅有平頭哥一家。中國企業難以實質性影響RISC-V的技術演進。RISC-V畢竟是美國人搞的東西，雖然目前RISC-V基金會表示并不會受美國出口管制，但未來究竟會怎么樣？誰也無法保證RISC-V不會受到國際政治波及，所以保持與國際組織積極接軌的同時，成立中國人自己主導的RISC-V產業聯盟勢在必行。

最后，對今天的匯報做一個小結。

憑借其開放性、簡潔高效的設計和可擴展性，歷經13年的發展，RISC-V架構在MCU領域已經有所積累，車規芯片、無線通信芯片、邊沿計算芯片、AI芯片等領域也初具規模。

未來，隨著生態建設的加強和技術成熟度的提高，RISC-V有望在各個領域實現廣泛的市場應用，甚至包括PC和移動端領域，承載起國產芯片架構全鏈生態、自主可控的行業使命！