RISC-V是加州大學伯克利分校主導的開源處理器指令集，基于該指令集用戶可以免費開發自己的處理器。基于開源指令集這樣一個新穎的概念，RISC-V被業界認為會給半導體行業帶來一陣新風，同時也出現了眾多基于RISC-V的初創公司。最近，RISC-V業界的兩件大事，一件是RISC-V生態的領頭羊初創公司SiFive又獲得了一筆數千萬美元的融資，其中高通也參與了戰略投資；另一件與中國關系較大，即RISC-V的主要開創者，同時也是計算機架構領域的宗師級人物David Patterson在深圳的清華-伯克利深圳學院開設了RISC-V國際開源實驗室（RIOS），加速RISC-V在中國的落地。RISC-V最近勢頭正熱，那么到底將會對半導體業界帶來多大影響呢？

RISC-V的愿景

RISC-V選擇開源的道路，目標就是讓芯片設計更平民化，降低芯片設計的門檻，從而讓更多的人和公司能擁有自己的芯片。

大家知道，芯片設計的門檻在于時間和金錢兩方面。隨著芯片設計規模越來越大，需要越來越大的設計團隊以及越來越長的設計流程，這其中的成本可謂是水漲船高，因此如果不能克服成本問題則能自研芯片的公司數量會越來越少，從而對于半導體行業的生態造成不利的影響。SoC的上一次設計方法革命就是以ARM為代表的處理器IP授權業務，因為處理器往往是SoC中最復雜的部分從而也是需要最多研發成本的部分，而ARM通過IP授權的方式大大降低了SoC設計門檻，從而活躍了半導體生態。然而，隨著時間的發展，ARM的處理器IP授權模式卻又慢慢難以跟上近年來興起的異構計算的需求，這也是RISC-V興起的基礎。

那么，RISC-V如何迎合了異構計算的需求呢？異構計算出現的背景是半導體制造工藝的摩爾定律遇到瓶頸，先進工藝制造成本快速上升但是在性能上卻無法帶來很大提升。在這樣的背景下， 通用化的芯片通過摩爾定律提升性能的速度變得很慢，而系統廠商也無法再指望使用一款通用芯片平臺來滿足不同應用場景的需求，而必須針對不同的場景使用專用的定制化芯片，這也就是異構計算的范式。所以，我們看到越來越多的系統集成商，包括谷歌、亞馬遜、阿里巴巴這樣的互聯網巨頭都在脫離Intel這樣的通用CPU平臺，而是進行自研芯片以滿足目標場景的需求。可見，在異構計算時代，對于芯片產生了新的需求，同時也有更多公司在進入芯片行業。異構計算時代，芯片行業的新興力量對于芯片設計的需求基本可以概括為以下幾點：

（1）速度要快，系統廠商尤其是互聯網公司難以通常芯片公司三到五年的積累期，而是希望使用一些敏捷化設計的方法來加速芯片設計周期；

（2）成本要低，因為定制化芯片的出貨量肯定比不過通用芯片，因此設計成本不能過高；

（3）要能量身定制，這一條其實也是異構計算的核心訴求，即以專用化的設計來提升性能以彌補半導體工藝發展的停滯不前。

RISC-V生態完美符合這三點要求：RISC-V的開源特性一方面大大降低了成本，因為可以免費使用指令集；另一方面允許任何用戶自由修改，從而能滿足量身定制的需求。此外，RISC-V生態與Chisel為代表的敏捷設計方法論同處一支，雙方深度綁定，從而使用RISC-V往往也能享受到敏捷設計的速度優勢。反之，ARM的收費商業模式在成本上與RISC-V相比就有很大的劣勢；此外，ARM核在可定制化方面也是大大落后于RISC-V：一方面，ARM指令集設計時間較早，在設計之初對于可擴展性的設計不夠完美，而且經過多代設計后背上了歷史包袱指令集已經非常復雜，因此技術上難以做定制；此外ARM的授權方式也不鼓勵定制化，其架構授權模式雖然允許一定的定制化但是收費極其高昂只有華為等少數大型廠商才有實力使用。

可見，RISC-V的初衷就是迎合異構計算時代對于芯片的三個新需求，讓芯片設計門檻降低從而讓更多人能參與到芯片設計中來，最終完成對于半導體生態的革新。RISC-V領域最鼎鼎有名的初創公司SiFive可謂是非常好地貫徹了RISC-V的精神。在成本上，SiFive推出了多款性能上能與ARM對標的低價處理器核IP以及芯片；在敏捷化設計和可定制方面，SiFive為客戶提供針對場景量身定制的芯片，且在交付速度上遠勝傳統芯片設計公司。SiFive曾舉過一個客戶案例，該客戶是一家房地產公司，需要為其智能攝像頭定制芯片，而SiFive在三個月內就完成芯片設計交付， 從而為該公司節省了許多成本。在這個案例中，SiFive完全滿足了異構計算時代對于芯片的三個需求（低成本，快速設計，定制化），從而大大降低了芯片設計門檻，讓房地產公司這樣的非高科技公司也可以有自己的定制化芯片。

SiFive的敏捷化設計流程能幫助用戶大大節省設計交付時間，從而降低芯片設計門檻

RISC-V主要市場在哪里？

RISC-V大大降低了芯片門檻，讓更多人有能力定制處理器芯片，可謂是ARM之后的又一次生態更新。最初，處理器設計是少數人的游戲，就像滿漢全席一樣，只有Intel這樣的少數幾家巨頭才能做；隨著ARM的IP授權生態鋪開，把做包含處理器的SoC的工程量降低到了出門吃火鍋的水準，更多人出門打個車就能夠吃到；而RISC-V則是把處理器的工程難度降低到了叫外賣的水準，一般人動動手指就能送到家里，從而讓芯片設計真正能普及到所有人。

然而，RISC-V在把處理器設計普及到像叫外賣一樣的時候，從另一個角度也局限了自己的市場。還是以吃飯為例，我們去吃火鍋的時候可以吃到上百元一份的雪花牛肉，但是如果打開外賣APP卻不可能吃到這樣較高端的菜。這并不是因為做外賣的餐廳技術實力不夠（事實上，肯德基的供應鏈管理、廚房設計、食譜設計水準遠超一般的火鍋店），而是因為高端食物并非外賣服務受眾群體的首要需求，因此做外賣的餐廳出于經濟的考量不會去做這樣的高端食物。同樣地，RISC-V受眾的主要需求集中在MCU以及簡單的處理器，這也是我們目前看到RISC-V的主要市場，即IoT這樣低成本芯片的主處理器，或者是其他中高端SoC中的控制核（這樣的SoC的典型搭配是跑OS和高需求應用程序的主處理器仍然使用ARM，而對于性能基本沒需求的協同控制器出于成本和定制需求使用RISC-V，即ARM+RISC-V方案）。RISC-V架構優美，基于RISC-V架構完全有能力去做高性能處理器，但是經濟的驅動力卻有可能讓RISC-V最終難以進入高端市場。因此，如何進入高端市場并站穩腳跟將是對于RISC-V的一個很大挑戰。

學術界已經有基于RISC-V架構的511核處理器（Celerity），RISC-V如何進入高端市場的難點主要來自市場而非技術

對于SiFive這樣的RISC-V初創公司來說，目前巨大的IoT市場已經足夠創造收入，但是SiFive的野心絕不僅僅在于銷售芯片或IP，而是希望構建新的生態并成為主導者。這有一點像谷歌的安卓系統，雖然安卓本身幾乎不收費，但是其生態的價值是巨大的，谷歌也因此獲得了巨大的回報。只是這樣的生態型戰略需要足夠現金的支持，這一點對于谷歌這樣的大公司來說不成問題，但是對于SiFive這樣的初創公司來說就存在一定的風險，前期需要靠燒錢來支撐生態建設，而獲取生態帶來的回報則可能要等到數年之后。因此我們看到了SiFive在近幾年內的大手筆融資，去年四月完成了5000萬美元的Series-C融資，而今年六月則完成了6000萬美元的Series-D融資，這樣短時間內的大筆融資對于半導體初創公司來說并不常見，而對于SiFive這樣需要靠大量前期投入的生態型公司來說卻實屬正常。在投資者中我們看到了Intel、高通、三星這樣的傳統半導體公司，也有華米這樣的IoT系統廠商，這些公司的戰略注資也體現了他們對于半導體新生態的樂觀態度。

RISC-V與中國的聯姻：價值在于高端核

處理器芯片對于中國具有重要的戰略價值。從商業角度看，中國半導體業規模已經全球領先，而缺少核心處理器指令集已經成為中國半導體行業進一步向上突破的重要瓶頸。如前所述，ARM提供的處理器IP核雖然能滿足一般的應用需求，但是其技術和商業模式都讓基于ARM IP的定制化變得非常困難，一方面不滿足異構計算定制化的趨勢，另一方面也無法為中國自研定制化處理器帶來很大幫助。

RISC-V倡導的開源指令集恰能滿足中國對于核心指令集的需求，有希望能幫助中國廠商快速設計出包含自主知識產權的定制化處理器核。在異構計算成為風潮，同時國家自主產權也得到很大關注的今天，RISC-V在中國得到極大的重視也是一件非常自然的事。中國RISC-V領域也已經有一批優秀的初創公司，例如專注于超低功耗的芯來科技，以及結合RISC-V和AI的睿思芯科。睿思芯科的創始人譚章熹正是RISC-V生態領頭人David Patterson教授的學生，而此次David Patterson在深圳設立RIOS也是由譚章熹擔任副主任，加速RISC-V生態在中國的產業化落地。

然而，RISC-V也并非能完全解決中國自主知識產權處理器的問題。RISC-V的核心是指令集，而指令集只是處理器的基礎，建立在指令集之上的處理器體系架構設計對于處理器來說也是至關重要，尤其是對于高性能處理器核來說更是如此。因此，我國的高性能處理器核即使能解決指令集問題，也是任重而道遠。這其實也回到了之前討論的RISC-V的市場定位問題：目前基于RISC-V指令集由于經濟規律主要商業應用集中在中低端市場；RISC-V做高性能處理器這件事在學術界得到了驗證，但是在商業市場上還沒有得到認可，這同時也成為了RISC-V的一個瓶頸。如果中國能借助其特殊的市場形態做出基于RISC-V的高性能芯片并在市場上得到真正應用，那么這無論對于中國還是RISC-V來說都是一個重要的突破。