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2022年，對于略顯年輕的RISC-V行業來說，這是比較特殊的一年。

　　作為開源、精簡的計算機架構，它誕生于上個世紀，本世紀初發展到第五代，卻已經隱隱有和PC領域的x86、移動端的ARM三足鼎立的趨勢。

　　過去，RISC-V的發展中，低端、MCU、IoT都是它在市場上的關鍵詞。作為它最早的參與者和支持者，我一直認為這其實對RISC-V的認識是不完整的。它的潛力非常大，有機會給很多有特殊需求的領域提供芯片、生態擴展到覆蓋各個性能場景，過去一年的一系列消息也恰恰是它走向高端化的有力證明——

　　2022 年1月，英特爾表態投入10億美金打造RISC-V創新基金，表態支持RISC-V發展；9月，SiFive成為NASA即將推出的高性能航天計算 (HPSC) 處理器提供核心 CPU的供應商，用RISC-V架構的芯片搭建要求極高的航空領域的高性能處理器。

　　時值2023年初，我在此拋磚引玉，和大家聊一聊過去一年以來RISC-V的幾個重點和未來走向。

　　在高性能市場嶄露頭角

　　從前面聊的消息可以看到，RISC-V的應用場景、和重要程度都在加深，這也印證了我認為的RISC-V的一個最終發展趨勢：高端化。

　　這是由于RISC-V最基礎的特點：開源、精簡、模塊化。開源，意味著它不受任何單一公司控制，有著巨大可能性與未來潛力；精簡，意味著它的可擴展性很強，沒有很多歷史包袱；模塊化的特性，則讓它能夠很好地解決目前隨著智能化的精度增加，更特殊的一些計算需求。

　　也正是因為這些原因，它的特性其實非常契合未來我們在服務器、數據中心等高端場景的芯片需求。

　　再比如文章開頭我提到的SiFive和NASA的合作—— 2022年9月消息，NASA選擇了美國的RISC-V廠商SiFive為他們即將推出的高性能航天計算 (HPSC) 處理器提供核心CPU。從行星探索到月球和火星表面任務，預計HPSC將用于幾乎所有即將進行的太空任務。

　　除了一個8核SiFive IntelligenceTM X280 RISC-V矢量核外，HPSC還將使用四個SiFive RISC-V核，以提供當前太空計算機100倍的計算能力。許多太空任務組成部分，包括自主漫游車、視覺處理、太空飛行、制導系統、通信和其他應用程序，都將受益于計算機性能的顯著提高。

　　這是要上太空的，最核心的部件，也用上了RISC-V，就是對RISC-V真實地位的一個有力證明：它有能力支撐需求極高的高端場景算力需求。

　　在剛剛過去的RISC-V峰會上，Ventana也宣布推出了Veyron系列高性能RISC-V處理器。Veyron V1是該系列的第一個成員，采用高性能Chiplet和IP的形式提供。這些高性能產品的推出都展現了目前RISC-V行業走向高端的趨勢。

　　從另一個角度來說，在這些高端場景應用里面，往往需要進行定制化，假如追求新的技術突破或一些創新的時候，RISC-V獨到的優勢天然就會吸引到企業來選用。而它開源的特點又讓研發沒有太多負擔，商業化路徑明晰。再想想近期Arm與Qualcomm的訴訟，在授權費用上有著很多爭端，不難明白為什么RISC-V在商業化方面有著越來越強的吸引力。

　　可以想象，除了車載芯片，服務器、數據中心等領域我們都會逐漸目睹RISC-V芯片從進場負責邊緣應用、到成為核心處理器的一個過程。

　　去年這些實際落地的應用已經可以證明，在性能需求很高、要求很專業的領域，RISC-V能做得好，未來也會越來越好。

　　大公司入局，創新始終是最強驅動力

　　除RISC-V高端化，今年大公司的動向也釋放出了一些值得關注的市場信號——為了保證不錯過RISC-V這一浪潮，他們或直接切入，或提前布局。

　　2022年剛開年時，Intel就丟了一個重磅消息：將投入10億美金打造創新基金，提供資金、晶圓廠服務和重要技術，其中大部分都將用于協助RISC-V創新企業的長期發展。作為半導體領域長期霸主之一，Intel擁抱RISC-V可謂意味深遠：首先，從其公司戰略上，可能代表著扶持RISC-V與Arm競爭，并借開源的RISC-V打磨自己的晶圓廠；其次，Intel這樣的行業巨頭積極表態并參與其中后，RISC-V的生態發展，將得到一股強勁的驅動力。

　　在這次真金白銀的投入之前，Intel已經多次表達過對RISC-V的興趣。比如領投RISC-V IP開發商SiFive的C輪融資，并在去年出價20億美元提出收購案。雖然收購并未落地，然而Intel在積極擁抱RISC-V，已經是顯而易見的事情。

　　而這次Intel宣布的10億美金基金并加入RISC-V國際基金會，更是意味著Intel對于扶持RISC-V在微架構領域與Arm競爭、以及將RISC-V架構芯片納入IDM2.0版圖的長遠愿景。

　　這對于整體RISC-V生態是一個好消息——Intel作為行業非常資深的企業，能作為一個重要推手，加速RISC-V生態成形。

　　尤其是Intel這次發布的新消息，在各個層面上提供針對RISC-V企業早期需求的幫助，包括10億美金的資金，授權差異化RISC-V IP以加速創新，提供對基于 RISC-V 的開放式IntelChiplet block的訪問，探索RISC-V相關的創新芯片架構和先進封裝技術。

　　這也是因為，Intel看好未來RISC-V落地很廣闊——并非局限在IoT領域，而有很多高端場景。RISC-V的這些潛力，意味著它可以和Arm競爭，并最終形成X86、Arm、RISC-V三足鼎立的格局。

　　另一方面，借助開放開源的RISC-V，Intel也可以進一步打磨自己的晶圓廠，更快地迭代晶圓廠、半導體工藝，維持自己主要業務模式上處理器霸主的地位。

　　從歷史角度看，可以回望當年微軟崛起，IBM對Linux一路扶持的往事，其中邏輯是類似的。這樣的戰略投入成就了開源的Linux在操作系統中的地位；而RISC-V作為最新一代開源指令集，前景可期。

　　可以說，這是Intel一個長遠的布局，不是僅僅跟一兩家公司競爭，而是看到了RISC-V未來巨大的的潛力。

　　除了Intel以外，市面上很多企業或多或少都做出了對RISC-V的投入、或表示關注。

　　2022年年初的CES上，Mobileye（已被Intel收購）發布12核RISC-V自動駕駛芯片EyeQ Ultra，CPU內核全部用的是RISC-V。從產品角度來看，他們去做這個選擇，正是因為RISC-V的特點，在這個例子中就是可定制化的特性以及商業上的靈活性，所以它選擇了RISC-V。

　　還有Apple之前開始招募RISC-V相關工程師等消息。

　　如果說高端場景的應用驗證了RISC-V架構的能力，那這些企業的關注很大程度上都是來自RISC-V在商業上的潛力。

　　這是因為最初的設計就意味著它沒有授權的桎梏，更靈活，這些定制化的解決方案迭代周期也更快，可以說，RISC-V本身就是非常鼓勵創新的架構。

　　這和兩個市場的需求是非常匹配的：充滿活力的中國市場，和變動不斷、受成本影響較大的創業市場。在此之前，中國市場在IoT領域的RISC-V處理器出貨量就占全球的50%以上，而隨著RISC-V處理器走向高端，我相信中國市場也會是其中很重要的參與者和探索者。

　　RISC-V內核開始出現在異構SoC和封裝中，從一次性的獨立設計轉向主流應用，被用于從加速器和額外的處理內核到安全應用等各種領域。

　　這些變化雖細微，但意義重大。這代表著越來越多的人接受基于開源指令集架構的芯片或小芯片（chiplet）可以與Arm、Synopsys（ARC）和Cadence（Tensilica Xtensa）等公司的內核相結合，從而創建一個相對便宜而靈活的定制選項。雖然RISC-V尚未在獨立應用領域取得進展，但Ventana Micro Systems等公司正在測試基于RISC-V的高性能計算芯片在數據中心的應用。

　　RISC-V不太可能很快取代現有的芯片架構，但隨著它從單片、單一供應商的SoC轉向異構、多芯片的高級封裝，肯定會引起硬件設計界的極大關注。根據Semico Research最近的一份報告，到2027年，RISC-V IP預計將以34.9%的復合年增長率增長，而半導體IP的整體增長率為9%。

　　根據RISC-V International的數據，目前有70個國家的3180多家RISC-V成員，包括94家芯片公司和4家系統公司。隨著政府機構削減開發成本和時間的壓力越來越大，這顯然是一個值得關注的市場。

　　Renesas的EVP Sailesh Chittipeddi表示：“這看起來很像ASIC模式。但不再是CPU為每個工作負載執行功能。相反，所有這些公司都在更加垂直化地推動他們所需的解決方案，無論是AI還是系統層面的其它東西。這就是為什么我們看到越來越多的CAD公司開始進入系統級支持和系統級設計。現在你可以更深入地了解每個領域。更廣泛地說，我們發現該行業正在發生系統性變化，并開始提供解決方案。”

　　RISC-V正在成為這些異構解決方案中不可或缺的組件，它受到關注主要有兩個原因。首先，開源ISA允許對其進行相對簡單的定制，盡管對于關鍵應用，它仍然需要使用商業EDA工具進行驗證和測試。其次，一旦設計完成，就不需要支付版稅，因此對于擁有經驗豐富的處理器工程師的設計團隊來說，RISC-V內核可以用于創建客戶或特定應用的設計，而無需版稅。

　　簡單地說，雖然有一個標準ISA，但有許多可能的實現。RISC-V Faoundation的CEO Calista Redmond表示：“這與以太網類似。有一個標準，但并不是只有一個供應商。不同之處在于RISC-V采用了模塊化方法。它有47個基本指令集，你可以為不同的工作負載添加所需的任何擴展。還有一個廣泛的路線圖，包括81個不同工作組的不同部分，將得到批準和驗證，以滿足安全性和安全標準。”

　　不過，重點是有經驗的工程技能。例如，與Arm核不同，集成RISC-V并不簡單。任何RISC-V實現都需要在用例、終端應用、物理上接近的其他組件以及這些組件如何影響其他組件的背景下進行充分的描述。互聯以及互聯對其他組件的潛在影響，需要在所有已知或預期的條件下充分理解和描述。

　　Synopsys的研究員Rob Aitken說：“在任何時候，你都要為正在研究的芯片盡可能地解決這個問題。下一次，你會有新的CPU，有更新的帶寬，也許在大家都開始采用UCIe的情況下。但你仍然必須回到整體芯片或系統架構，并確定你想要完成的任務是什么。你有某種計算系統，某種內存，以及不同類型的GPU或加速器。還有一個問題是，如何讓PPT中的所有這些彩色框彼此通信，因為在某個時候，當你真正將它們連接在一起時，你可能會發現一個巨大的瓶頸，你必須找出解決辦法。”

　　異構設計

　　異構設計有很多挑戰，因為并非所有SoC中的模塊或高級封裝中的芯片/小芯片都是由同一個工程團隊開發的。在許多情況下，它們甚至不是在同一個國家開發的。從集成的角度來看，組件越多越復雜。

　　Imperas Software的CEO Simon Davidmann表示：“RISC-V帶來了創新的自由。我們的客戶為了節省芯片在網絡上花費了大量時間。他們必須驗證所有這些，不僅從功能的角度，還有性能的角度。我們都在同一個核上，但不同的是互聯和通信的方式。RISC-V使你能夠購買一個核，配置它，放下一千個或一百個核，添加矢量引擎，然后用你擁有的網絡和上面的軟件來區分自己。”

　　其他人也同意。Renesas的Chittipeddi說：“在MCU領域，所有這些公司都在做專有課程，提供給客戶軟硬件完整的解決方案。后來出現了Arm，他創造了一個環境，我們擁有靈活的軟件包和Arm核。現在是RISC-V。我們比其他公司稍微領先一步，所以當人們在做測試芯片時，我們推出了針對電機控制應用優化的產品。今年我們為語音應用優化了RISC-V。我們也可以將這個概念擴展到其他領域。MCU和MPU方面的轉變意義重大，而RISC-V幫助我們的汽車業務迅速跟進。”

　　雖然RISC-V的優勢越來越明顯，但潛在的問題也越來越突出。Davidmann表示，對于RISC-V社區來說，質量和驗證是巨大的挑戰，他們通常無法像一些大型處理器公司那樣承擔相同數量的驗證周期。他說：“我們必須共同努力，合作構建應用生態系統，因為內核的質量將是未來的一大挑戰。”

　　安全性

　　安全性是生態系統中的增長領域之一，無論是開發工具和加密核，還是芯片本身的安全性。

　　Codasip的CMO Rupert Baines認為，在安全性方面，采用RISC-V的芯片具有明顯的優勢，部分原因是它基于開源代碼。他說：“陽光是最好的消毒劑。所以人們更強調觀察、檢查。最終，安全性取決于架構是如何實現的。有些系統會非常糟糕，而有些系統會非常非常好。”

　　Codasip最近收購了Cerberus Security Labs。Baines表示，Codasip正在將Cerberus的IP集成到Codasip的產品中，這樣客戶就可以快速創建安全的RISC-V處理器設計。

　　RISC-V還可以作為安全解決方案的可定制內核。例如，Rambus幾年前為政府和軍事應用開發了一個可編程的信任根反篡改核，其中包括AES、RSA和ECC加密加速器核和一個真正的隨機數生成器。

　　Riscure同樣開發了專用模擬器來模擬使用RISC-V的安全屬性。Riscure董事總經理Maarten Bron表示：“這顯示了芯片中軟硬件對策的有效性，以及硬件對策如何實際上可以將軟件對策的有效性放大10倍。”

　　下一步

　　RISC-V的整個生態系統正在迅速發展。EDA供應商正在競相圍繞RISC-V定位他們的工具。

　　西門子EDA推出了一個基于RISC-V工作組標準的調試工具，該標準目前正在進行第二次修訂。西門子EDA的Tessent產品經理Peter Shields說：“很多設計不僅僅是RISC-V，理解復雜系統中的程序行為是一個巨大的挑戰。停止內核來調試軟件通常是非常不切實際的。在實時系統的背景下尤其如此，當內核停止時，系統的性質決定了不會等待。所以我們需要一種非侵入式的方式來全速地觀察程序行為。這使你能夠準確地看到軟件在系統中是如何執行的，以及它是如何響應實時事件的。處理器跟蹤為你提供了這種能力，可以在不停止內核的情況下絕對捕捉到執行指令的序列。”

　　其他挑戰與RISC-V關系不大，更多的是與使用較小節點的現實有關。Davidmann說：“當我們轉向更小的節點時，就會出現所有這些規模問題和挑戰。這是構建這些東西并將其整合到設備上的物理機制。我們剛剛開始與其他一些公司在SoC層面進行合作，如果我們達到系統層面，這將是一個漫長而緩慢的過程。”

　　進入數據中心和汽車應用將為提高RISC-V設計的可靠性帶來更大的壓力。意大利博洛尼亞大學和摩德納大學,以及蘇黎世聯邦理工學院的研究人員開發了一種基于RISC-V的開源SoC，能夠以超低功耗運行Linux。來自西班牙巴塞羅那超算中心的研究人員最近也推出了一種矢量處理加速引擎，該引擎集成了RISC-V矢量擴展。

　　這些項目在現有處理器上的表現如何還有待觀察，但此舉表明了RISC-V生態系統的增長和雄心。

　　盡管RISC-V不太可能很快取代現有的芯片架構，但異構SoC和封裝中RISC-V核的增長表明，這種開源指令集架構正變得越來越主流。RISC-V的優點之一是能夠定制和重新定制，且一旦設計完成就不需要支付版稅。此外，由于大量公司和工程師合作開發開放源代碼，它可以在安全方面提供優勢。

　　同時，RISC-V集成并不簡單，需要更多的應用來管理內核質量和驗證。這個快速發展的生態系統在邁向成熟的過程中肯定會展現出新的優勢和挑戰。