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文丨脑极体
说到x86和ARM，大家可能并不陌生。基于x86的英特尔与AMD几乎制霸PC端芯片，ARM架构也开始在麒麟、骁龙等手机终端芯片上大展拳脚。
与这两位“顶流”相比，另一个备受中国半导体厂商喜爱的架构RISC-V，大众层面的认知度可能就没那么高了。不过在产业界人士眼中，它可是被寄予厚望的“潜力股”。
比如中科院院士倪光南先生，就曾在对比x86、Arm和RISC-V时，认为RISC-V很可能发展成世界主流CPU之一，从而在CPU领域形成Intel、Arm和RISC-V三分天下的格局。
一款“路人缘”不高的架构，是谁给它与巨头抢食的勇气？一个研发者来自美国的技术生态，又为何与中国情根深种？
欲与x86和ARM试比高：RISC-V到底何方神圣？
说句实话，尽管RISC-V流行已经有不少年头了，但要说清楚它到底是什么，可能连产业界人士都是一团雾水。
这不，2020年了，RISC-V基金会董事长Krste Asanovic还要亲自撰文，以《RISC-V不是开源处理器》（RISC-V is not an “open-source processor”），来为RISC-V正名，真是好惨一架构。
那么，RISC-V到底是什么呢？我们尝试用简单的方式来问大家梳理一下：
首先，官方已经给出了明确的定义，RISC-V是一个基于“精简指令集（RISC）”原则的开源指令集架构。
划重点， RISC-V并不是一种处理器或芯片（Implementation），而是指令集规范（Specification）。
指令集是软件和硬件之间的接口，在CPU中指导它怎么样做运算。而作为一套标准规范，它如何被使用来设计芯片级软件系统，帮助CPU更高效地运行，那就厂商们自凭本事了。
（指令集、微架构设计和产品之间的关系分析）
其次，RISC-V能够异军突起，与其“为开源而生”的特质是分不开的。
一款CPU支持的指令集可以有很多种，早在RISC-V出现之前，也存在多种指令集构架（ISA），无论是如今独霸一方的x86、ARM，还是DEC、IBM 360、MIPS、SPARC等等。RISC-V作为“插班生”，是如何弯道超车的？得益于其彻底开放的特性。
2010年，伯克利的研究团队在为新项目选择指令集的时候，发现当前的许多指令集都存在知识产权限制，X86被英特尔封闭使用、ARM则收取高昂的授权费用，所以决定从零开始设计一套全新的指令集。
4名成员仅用了3个月就完成了RISC-V的开发工作，并且决定以BSD（Berkeley Software Distribution）开源协议将其开放。这是一个自由度非常大的协议，使用者几乎不受任何限制，谁都可以基于RISC-V来设计自己的处理器，并且不需要支付授权费用。这让RISC-V显得格外“骨骼清奇”。
除此之外，它是按照精简指令的设想被开发的，精简指令集计算机(Reduced Instruction Set Computer-RISC)结构能够更好的降低CPU的复杂性，允许在同样的工艺水平下生产出功能更强大的CPU。自然很快就拥有了大量的开源实践和流片案例。
而在此基础上，RISC-V开始收获了自己最重要的筹码——社区生态。
每一种芯片，想要取得商业上的规模化成绩，都离不开生态系统的支撑。比如x86的强大，就源自英特尔多年培养的服务器芯片生态系统。而指令集向上承接软件，向下规范硬件，作为“中间商”的它自然更需要两端的生态力量。
伴随着RISC-V指令集在技术上面的成熟，加州大学伯克利分校在2015年成立非盈利组织RISC-V基金会，打造RISC-V生态系统。果不其然，会员数的年增长率超过 100%。
谷歌、高通、IBM、英伟达、NXP、西部数据、Microsemi、中科院计算所、麻省理工学院、华盛顿大学、英国宇航系统公司、华为、特斯拉、三星、日立、希捷、阿里巴巴、联发科……一个个知名企业与研究机构加入其中。
汇聚了半导体设计公司、系统集成商、设备制造商、军工企业、科研机构等等产业力量的RISC-V，工具链、应用化自然是喜报频传。
去年，特斯拉考虑在新款芯片中使用免费的 RISC-V 设计；英伟达也将把RISC-V用于GPU 内部的控制器；三星也披露将在多种芯片上采纳SiFive公司的RISC-V内核，用于5G旗舰手机。
RISC-V 的生态链日渐成长和完善，还可以在某些细分市场与ARM争锋了。至此，大家或许对其成为“三大CPU之一”不会感到奇怪。
相见恨晚：RISC-V的中国情缘
如此重要的开源架构，RISC-V自然也得到了渴盼半导体产业的政府的重度支持。
比如印度政府资助的处理器相关项目都开始向RISC-V 靠拢，让RISC-V成为了事实上的国家级指令集；巴基斯坦政府也宣布将RISC-V列为国家级preferred architecture。但要说RISC-V与哪个国家最为密切，中国真的算数一数二。
一方面体现在产业融合度上。
中科院计算所、华为公司、阿里巴巴集团等在内的20多个国内企事业单位，都加入了RISC-V基金会。伯克利、清华两所高校还在深圳成立了RIOS实验室，以扶持RISC-V软件生态。2018年7月，上海经信委出台了国内首个支持RISC-V的政策。
有多个方面数据显示，中国大约300家以上的公司都在关注或以RISC-V指令集进行开发。而发展至今，已经有不少企业基于RISC-V构建了开源芯片关键技术，推出了相关产品，比如平头哥半导体推出的基于RISC-V构架的玄铁910处理器IP核心。
另一方面，则体现在国际舆论的动态上。
比如RISC-V处理器是否涉及美国出口管制条例，就引发了不小的争论。尽管美国以外的企业（包括欧洲、中国等）自主研制的RISC-V处理器，并不会收到实质性的出口管制约束。但RISC-V基金会还是决定将总部搬到瑞士，这种态度显然与其他美国科技企业拉开了差距。
那么，除了秉承开放自由的理念之外，中国这块土地究竟与RISC-V产生了化学反应，恐怕也需要从逻辑上去追寻的。
目前看来，让RISC-V与中国情缘不断的核心原因，主要有三个：
原因之一，是RISC-V自身的特殊优势。
开放原始码指令集并不少见，为什么RISC-V能够独得青眼，免费、开放这种共性自然还不够。与历代指令集构架相比，RISC-V有三个特点是比较特别的：首先是简洁，x86与ARM作为商用架构，为了能够保持向后兼容性，不得不保留许多过时的定义。而RISC-V作为后起之秀，则没有这些历史包袱，由于不用向后兼容，所以指令集文档也相对更短，从而让开发者更快地上手。
其次，RISC-V的模块化架构为厂商提供了更高的灵活性，以及定制化生产的前提。RISC-V是第一个被设计成能够准确的通过具体场景可以再一次进行选择恰当指令集的架构，不同的部分可以以模块化的方式组织在一起，就像拼盘一样各取所需，从而得以用一套统一的架构满足各种不同的应用需求。这种扩展性能够更好的降低芯片开发的周期和门槛，小公司也能参与其中，直接提升厂商的差异化竞争力。
而像ARM架构中的Application（应用操作系统）、Real-Time（实时）和Embedded（嵌入式），彼此之间就并不兼容，无法进行定制化设计。
原因之二，则是中国厂商的大力拥抱。
RISC-V在中国的成功，与我国芯片研发受制于人的现状不无关系。基于开源的RISC-V，做出具有自主知识产权的芯片，培养相应的产业生态，对于中国半导体来说无疑是沙漠中的一股清泉。
尤其是在政治环境不明朗的情况下，全球90%以上的服务器芯片市场都建立在英特尔的x86架构上，而ARM已经被日本软银收购，虽然可以买到IP授权，但缺少了设计CPU的核心能力，授权基础上的产业能否长期稳固，也是一道未解之谜。而RISC-V指令集本身不是商品，自然也就更少争议。
除了政策上的风险之外，中国如火如荼的人工智能建设，也进一步驱使国内厂商拥抱RISC-V。比如智能音箱、智能家居等更需要边缘计算能力支撑的AI硬件，对架构的灵活性要求也更高，需要不断根据市场和技术的变化来做调整。RISC-V就能够完全满足不断添加新指令的诉求，而对于ARM等架构来说就很难。
二者叠加之下，RISC-V成为中国厂商眼中的“良人”也就不足为奇了。
三是万物互联的热土。
如果说前面是中国拥抱RISC-V的理由，那么RISC-V也对中国这片土壤有着深层的依赖。
我们大家都知道，x86指令集基本上统治了PC市场，而ARM指令集则占领了移动端处理器的大部分市场，在别人的主场RISC-V想要撼动市场恐怕难上加难。而AIoT领域的出现，则给RISC-V带来了前所未有的机遇。
一方面，X86和ARM并没有在这一领域有先发优势，更谈不上一统江湖，这给了RISC-V与其争雄的前提。另外，物联网对软硬件生态系统的要求不像手机那么高，本身产业链短、场景垂直，RISC-V类安卓的碎片化、灵活可配置的特征，也决定了它更适合在这块天地里自由翱翔。
此外，物联网厂商对于成本更加敏感，RISC-V免除了昂贵的指令集授权费用，可以激活更多不具备自主设计SoC能力的企业加入生态建设的行列中来，开发多样化的RISC-V设备，以充分的创新来激活整个开发生态圈。
实际上，市面上RISC-V构架芯片，如华米科技的AI芯片黄山1号、中天微电子的CK902等，都瞄准的是物联网这个大市场。显然，当生态建设是由一个国家、整个行业来共同推动时，这种势能要远比某个巨头要强大的多。所以说，RISC-V要高速发展，重视中国也就顺理成章。
如果说x86时代WinTel拼杀的是PC和服务器，ARM+安卓争夺的是智能手机的江山，那么RISC-V与中国产业的拥抱将以AIoT为粘合剂，长久缠绵。
下一站冒险岛：RISC-V与中国的半导体远望
如胶似漆背后，如何携手走向未来，对中国相关产业的意义十分重大。
而在此时，我们恐怕需要从“热恋”的情绪中短暂地脱离出来，去思考一些“成家立业”的现实问题。
首先，RISC-V生态相比ARM和x86依然不够完整，目前主要应用在相对中低端的产品上，在高性能服务器CPU、GPU上，没再次出现应用场景范围广的案例。
这一方面是源自于基于RISC-V芯片的相应软件、工具链还有待完善。开放原始码不是拿来就能用的，指令集开源并不代表CPU核心也同时授权，这对芯片公司提出了不小的设计和研发要求。显然，在芯片这块硬骨头面前，RISC-V只是帮中国行业走了一小段捷径，而前方还有崇山峻岭等待攀爬。
其次，在前瞻技术尚未攻破的前提下，RISC-V却已经在国内展现出营销造势过度倾向。将“国外一开源，国内就自主”的老传统充分发酵，在芯片“卡脖子”的焦虑下，通过炒作、成立合资公司的形式，标榜自主可控。比如在国内大肆宣扬“RISC-V是开源的”打擦边球，RISC-V基金会董事长专门撰文澄清，可能也是对这些混淆概念的操作无法沉默了。
这种消耗大众信任的过度炒作，也会透支RISC-V及相关产品的可信度，从而拖了中国芯的后腿。
此外，每一种架构的产业能用性，都需要百花齐放的产业链创新来支撑。而RISC-V赋予各个厂家设计硬件的自由度的同时，也会出现安卓系统一样，由于设备多样、向下兼容，而出现标准不一、开发生态破碎的问题。
这样很可能产生，实际应用时不同芯片厂商的RISC-V架构处理器无法适配同一软件的情况。尽管目前很严重的碎片化问题还没有发生，但AIoT网络的特性决定了这一现象几乎是不可避免的。
一个强有力的主导厂商，以垂直生态的方式孵化开发者，以标准化来规范大多数程式码，同时为不干扰核心的应用扩展留出空间，建立相关应用市场等基础平台，或许能够更快驱动产业形成RISC-V创新生态。
最后，RISC-V核心应用场景IoT的安全问题也必须开始交付完整的产业解决方案。
SOC芯片的安全机制，往往是由硬件强制隔离程序、资料和存储，建立可信任执行环境；以及唯一证书和秘钥作为信任根，加上安全启动以及一系列工具等，来共同为系统安全保驾护航。RISC-V的系统指令、特权指令里没有安全指令，采用软件定义域MultiZone，以硬件强化的方式来保障稳定运行。
这种情况下，RISC-V想要借助AIoT和5G浪潮蓬勃生长，与ARM和x86竞争，就必须在安全性上更胜一筹，才能得到芯片厂商与普通用户的信任。
最近RISC-V基金会成立了RISC-V安全常务委员会，围绕基于RISC-V指令集的物联网设备、嵌入式系统和机器学习等讨论安全改进方案。中国方面会如何反应，拭目以待。
（RISC-V CPU的增长趋势及主要应用市场）
分析机构Semico Research在《RISC-V市场分析：新兴市场》的报告中指出，预计到2025年，市场将总共消费624亿个RISC-V CPU内核。RISC-V CPU内核从2018年至2025年之间的平均复合年增长率将高达146.2％。其中，5G手机、通讯、工业等细分市场，将为布局RISC-V的厂商带来新机。
今天我们也可以探讨RISC-V在中国市场的走红，也证明了，中国半导体企业已经发展到了一个新的台阶，拥有了向更高产业天花板冲击的自信与潜力。除了RISC-V之外，龙芯、MIPS等开源架构也在产业独立自主的备选名单里。
这一场顶层架构争夺战，到底会延展出怎样繁盛的细节，值得我们持续关注。
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