RISC-V能否“重構(gòu)”芯片產(chǎn)業(yè)格局

內(nèi)容精要：大而全，會越來越臃腫，但仍舊有其存在的理由；小而精，新架構(gòu)新理念高速簡潔，也有其生存空間，這就是 RISC-V 的未來。

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昨天在芯合匯平臺上做了一場直播，花了一個半小時時間，為半導(dǎo)體行業(yè)投資機(jī)構(gòu)和創(chuàng)業(yè)企業(yè)梳理了一下產(chǎn)業(yè)鏈投融資機(jī)會。

因為涉及內(nèi)容比較廣，半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈也極為復(fù)雜，在這么短的時間內(nèi)介紹完整也極為不易，會后參與直播的朋友們也提問踴躍，其中有一個問題，是關(guān)于半導(dǎo)體 IP 產(chǎn)業(yè)鏈的。

如何評價 RISC-V 給集成電路行業(yè)帶來的機(jī)會？

我當(dāng)時在介紹 IP 環(huán)節(jié)的時候，借著芯原微沖擊科創(chuàng)板，提了一下，受 RISC-V、人工智能 ASIC、物聯(lián)網(wǎng) SoC 等領(lǐng)域的刺激，國內(nèi) IP 企業(yè)有可能實現(xiàn)彎道超車，借著新技術(shù)的紅利，分享一些新的產(chǎn)業(yè)機(jī)會。

確實，RISC-V 這幾年一直都是比較火的話題，因為同為開源項目，很多人都把他上升到了芯片設(shè)計領(lǐng)域的“Linux”地位，在這兩年見到的很多芯片設(shè)計商業(yè)計劃書中，RISC-V 也是一個頻頻出現(xiàn)的名詞。

那么什么是 RISC-V 呢？RISC-V 能給當(dāng)前的芯片行業(yè)帶來什么樣的新機(jī)會？能不能“顛覆”或者“重構(gòu)”目前的芯片產(chǎn)業(yè)格局？這應(yīng)該是很多投資機(jī)構(gòu)或者行業(yè)從業(yè)者關(guān)心的話題。

我們看一下 RISC-V 的標(biāo)準(zhǔn)定義：RISC-V 是一個免費(fèi)、開放的指令集架構(gòu)。

根據(jù)這個定義，首先我們看一下指令集架構(gòu)（ISA，Instruction Set Architecture）。所謂指令，就是 CPU 用來計算和控制計算機(jī)系統(tǒng)的指揮和命令，指令集就是指令的一整套指令集合。每一種 CPU 在設(shè)計時，就在芯片中固化了一系列與其他硬件電路相配合的指令系統(tǒng)。

因此，指令集是一個比較模糊和虛化的概念，我們的看到的指令集是一個指令列表，幾百種 CPU 指令命令，而 CPU 看到的指令集則是一連串的“01010101”電信號，每種電信號代表一種運(yùn)算命令。而 CPU 的設(shè)計當(dāng)中，就必須固化好各種指令對應(yīng)的芯片電路模塊。

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因此，從這個意義上講，不同的 CPU 指令集，決定了這款 CPU 設(shè)計的復(fù)雜程度。

什么是 RISC-V 指令集架構(gòu)呢？

RISC（Reduced Instruction Set Computing），精簡指令集，與之對應(yīng)的是 CISC（Complex Instruction Set Computer），RISC 功能簡潔，代表著簡潔的 CPU 設(shè)計，CISC 功能完備，代表著復(fù)雜的 CPU 設(shè)計。RISC 的簡潔代表著效率，CISC 的功能完備代表著臃腫。

這就是 RISC 和 CISC 的本質(zhì)區(qū)別。

當(dāng)年學(xué)的微機(jī)原理早就還給了老師，憑借模糊的印象，打個我個人理解的淺顯比方來說，CPU 的指令，就如同蓋房子的磚，如果都是小塊的標(biāo)準(zhǔn)磚頭，也能蓋起各種不同的房子，這就是 RISC；如果除了標(biāo)準(zhǔn)磚頭，還設(shè)計了很多的磚瓦結(jié)構(gòu)件，適用于拐角、吊梁等，這就是 CISC。

不同的模式，都能蓋起房子，但是效率卻大不一樣，RISC 的標(biāo)準(zhǔn)磚頭，小平房可以蓋，摩天大樓也可以蓋，底層的原材料很簡單，都是標(biāo)準(zhǔn)化的磚頭；CISC 的各種復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，對于蓋一種房子的時候效率確實高，吊起結(jié)構(gòu)件隨便一拼裝就 ok，但是如果要蓋的房子種類多了，就需要定義更多更復(fù)雜的結(jié)構(gòu)件，結(jié)構(gòu)件的管理就會越來越復(fù)雜，而且在建設(shè)某種常見建筑的時候，大部分特殊的結(jié)構(gòu)架是閑置不用的，大大影響了施工效率。

基于 CISC 模式下的 CPU 設(shè)計，在各種新需求下，堆疊的功能越來越復(fù)雜，芯片設(shè)計難度也越來越高，效率低下，因此就出現(xiàn)了 RISC 精簡指令集的概念。

而 RISC-V 是第五代基于 RISC 的 CPU 指令集架構(gòu)，源自加州大學(xué)伯克利分校，2015 年的時候 RISC-V 指令集架構(gòu)開源，進(jìn)入了商業(yè)化運(yùn)營，受到了產(chǎn)業(yè)界的追捧。

關(guān)于 RISC-V 在國內(nèi)的消息，較為引人關(guān)注的是 2019 年 7 月，阿里“平頭哥”推出的“玄鐵 910”，屬于嵌入式 CPU，正是基于 RISC-V 指令集架構(gòu)，主要應(yīng)用場景將會集中在 5G、AI 人工智能、自動駕駛以及網(wǎng)絡(luò)通信方面。

當(dāng)然了，對于一款新型芯片的推出，特別是 CPU 核心芯片，光有芯片是不夠的，更要有產(chǎn)業(yè)的支持，形成生態(tài)。

生態(tài)問題，也是 RISC-V 同其他 RISC，以及 CSIC 在市場競爭中的焦點(diǎn)所在。這個焦點(diǎn)，也是回答 RISC-V 究竟面臨什么樣的機(jī)會，能夠顛覆或者重構(gòu)芯片設(shè)計行業(yè)的終極答案。

就如同 Linux，就算功能很完善了，迄今為止也沒有顛覆 Windows 的一統(tǒng) PC 的局面。RISC-V 也是一樣的。

開源，硬件領(lǐng)域的開源，是 RISC-V 的一個大膽嘗試，也是優(yōu)勢所在，借助開源的力量，將從 CPU 設(shè)計、軟件開發(fā)和支持、外圍接口電路，片上系統(tǒng)設(shè)計等各個方面促進(jìn) RISC-V 在產(chǎn)業(yè)界的推廣使用。除了前面提到的“平頭哥”，西部數(shù)據(jù)、英偉達(dá)、華米等也都在將 RISC-V 用在自己的芯片中。

生態(tài)正在逐步形成，但任重道遠(yuǎn)。畢竟面對的競爭對手不但包括獨(dú)霸天下的 X86（CSIC），還有其他 RISC 強(qiáng)悍廠商（ARM），他們就如同操作系統(tǒng)領(lǐng)域中的微軟，已經(jīng)憑借 Windows，建立了穩(wěn)固的城池。如果沒有劃時代的產(chǎn)業(yè)變革，很難攻城拔寨，只能慢慢滲透。

所以，目前的 RISC-V 風(fēng)生水起的，還主要在一些非主流的 CPU 應(yīng)用中，比如平頭哥的“玄鐵 910”，屬于嵌入式 CPU；比如一些低成本、超低功耗應(yīng)用設(shè)計等等。

正如芯原微在招股說明書中說的那樣，RISC-V、MIPS 和 PowerPC 相繼開放其指令集架構(gòu)，由于三種指令集各有自己的特色和典型應(yīng)用領(lǐng)域，三者既有一定的競爭，也可相互依存。這種前所未有的指令集開源模式，給芯片設(shè)計者帶來了廣泛的自由和選擇的機(jī)會，除了降低芯片的設(shè)計門檻，并從一定程度上降低芯片的設(shè)計成本之外，會給半導(dǎo)體工業(yè)帶來前所未有的發(fā)展活力，促進(jìn)半導(dǎo)體設(shè)計領(lǐng)域的重大創(chuàng)新和發(fā)展。

大而全有其存在的理由，小而精也有其生存空間，這就是 RISC-V 的未來。