國産RISC-V性能再獲突破！

8月23日14時，2022年賽昉科技新産品發布會重磅開啟，倪光南院士親臨緻辭，港華燃氣、比派科技、中電港、統信軟件、Canonical Sillicon Alliances公司、開放原子開源基金會、麒麟軟件等公司的高層紛紛到場緻辭。

發布會上賽昉科技創始人、首席執行官徐滔發布了全球首款高性能、低成本且集成3D GPU的量産RISC-V單闆計算機——VisionFive 2。VisionFive 2搭載JH7110多媒體處理器，擁有極強的計算能力和圖形處理能力；配有完整的音視頻接口：DVP、MIPI、HDMI、音頻立體聲接口；兩個網絡接口；40-pin全功能GPIO，可兼容各種主流開發闆的通用外設模組；同時提供PCIE、USB、SDIO外設的擴展接口。與目前已有RISC-V開發闆相比，VisionFive 2性能最高，功能最全。

徐滔還全面揭秘了賽昉科技新一代多媒體處理器——JH7110。作為一款高性能、低功耗、多功能的基于RISC-V的應用處理器芯片，JH7110采用成熟的台積電28nm工藝，搭載64位高性能四核RISC-V CPU，工作頻率1.5GHz，2MB的二級緩存。值得一提的是，JH7110集成3DGPU、H.264/H.265視頻編解碼IP及ISP IP，是一款功能強大的多媒體處理平台。

“三分天下有其一”，談及RISC-V在未來全球芯片架構格局中的地位，中國工程院院士、中國科學院計算技術研究所研究員倪光南曾表示，“未來RISC-V很可能發展成為世界主流CPU之一，從而在CPU領域形成Intel(X86)、ARM、RISC-V三分天下的格局。”

目前芯片市場上的大部分市場份額被X86和ARM架構占據，而就在近日，RISC-V在市場上的表現十分亮眼，出貨量達到了100億片，提供RISC-V内核的SiFive公司高管Jack Kang日前表示，“最近幾年，中國對RISC-V的興趣越來越大，這刺激了該架構的普及，到2025年，将有超過600億個RISC-V内核集成到物理IC中。”這個量級将對X86和ARM架構的市場造成巨大的沖擊。

在RISC-V出現之前，在CPU架構領域一直是X86、ARM的天下，二者分别誕生于上世紀70、80年代，其中x86指令集由美國的英特爾公司在1978年推出，ARM則由英國的ARM公司于1985年推出，發展至今，ARM已占據精簡指令集（RISC）的90%市場份額，X86則占據複雜指令集（CISC）的90%市場份額。

2010年，加州大學伯克利分校的一研究團隊啟動新項目，需選擇一種處理器指令集，在分析了ARM、MIPS、X86等指令集後，發現它們不僅設計複雜，而且存在知識産權問題。于是該研究團隊用了3個月的時間，設計出一套全新的指令集，命名為RISC-V，并将指令集徹底開放，使用BSD License開源協議。

2015年，RISC-V開創者Krste Asanovic、Yunsup Lee和Andrew Waterman創建了SiFive，作為全球首家基于RISC-V定制化的半導體企業，公司三分之一的員工為RISC-V研發團隊的成員，可謂是原汁原味繼承RISC-V“血統”的公司。

随着RISC-V在全球的知名度越來越高，其也被中國市場所關注。标志性事件是2018年GAS大會後一天在上海舉辦的一場RISC-V技術研讨會，當天會場座無虛席，氣氛熱烈。随後，中國大地參與或新成立的聚焦RISC-V的公司如雨後春筍般湧現而出，典型的如中國RISC-V軟硬件生态領導者賽昉科技。

2021年，英特爾考慮用20億美元（約合人民币128億元）将當時市值約5億美元的SiFive收入囊中，但此交易沒能達成。溢價4倍收購，不難看出英特爾對RISC-V的發展或将影響自身市場的隐憂。而不接受并購，更顯示出SiFive對RISC-V未來前景的看好。

RISC-V從誕生之日起，就受到廣泛的關注。目前，RISC-V架構内核的出貨量已經達到100億個。相比之下，ARM架構是經過了17年反複更疊，到2008年才走到這個裡程碑，RISC-V僅用了12年就實現了，發展速度令人驚歎。

倪光南院士也曾斷言，中國要打破X86和ARM的壟斷局面，RISC-V架構是實現自主可控的一大機遇。

為什麼是RISC-V？

根據官方給出的定義，RISC-V是一個基于“精簡指令集（RISC）”原則的開源指令集架構。其中，RISC全寫為Reduced Instruction Set Computer ，即精簡指令集計算機，V是羅馬數字“5”，RISC-V即代表該指令集是RISC系列指令集的第五代産品。

指令集，是存儲在處理器（芯片）内部指導它如何進行運算的一系列規範語言。它是軟件和硬件之間的接口，向下定義任何軟件程序員需要了解的硬件信息，向上指導應用系統的運轉，可以說指令集架構決定了一個處理器的“靈魂”，也就決定了處理器的流派。

目前CPU指令集，形成了勢均力敵的兩大陣營，以X86為代表的複雜指令集（CISC）和以ARM、RISC-V、MIPS為代表的精簡指令集（RISC）。

圖片來自于工銀投行研究中心

從定義中，我們也可以看出RISC-V的核心特點及優勢包括：

第一，完全開源。RISC-V是開源指令集架構（ISA），與大多數指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。顯然，這讓RISC-V的使用并不會受到單一公司的綁定，也一度被認為是我國實現芯片自主的希望。

第二，架構簡單。RISC-V的規範文檔僅有145頁，而“特權架構文檔”的篇幅也僅為91頁，基本的RISC-V指令數目僅有40多條，加上其他的模塊化擴展指令總共幾十條指令。這意味着使用RISC-V進行軟硬件研發的工程師們能更容易上手，更快進行開發驗證，可以縮短芯片和軟件的研發周期、降低成本。

第三，模塊化設計。RISC-V采用模塊化設計将其不同部分組織在一起，從而使得通過統一架構滿足各種不同的應用成為可能。但ARM卻難以做到的模塊化兼容，其架構中應用操作系統、實時和嵌入式三個領域，彼此之間并不兼容。

第四，易于移植。RISC-V提供了特權指令和用戶指令，可以很方便地将Linux和Unix移植到RISC-V平台。

第五，具有完整的工具鍊。RISC-V社區提供了完整的工具鍊，并且RISC-V基金會會持續維護，避免工具鍊開發的繁重工作。

與專利壁壘森嚴的X86架構、ARM架構相比，RISC-V采用開源、免費的商業模式，大大降低了芯片開發的門檻，打破了長期以來芯片産業被壟斷的格局。

圖片來自于Scale Partners&光錐智能 行業報告

前面提到，在CPU指令集架構領域，目前已經形成了較為穩定的市場格局——在互聯網時代，X86主宰了服務器和PC市場；在移動互聯網時代，ARM則統治了手機市場。作為後起之秀，全新的RISC-V指令集很難在短期内挑戰現有競争格局，而全新的物聯網市場為RISC-V的發展提供了難得的破局點。

根據IDC最新預測數據，2021年全球物聯網(企業級)支出規模達6902.6億美元，并有望在2026年達到1.1萬億美元，五年(2022-2026)複合增長率(CAGR)10.7%。其中，中國企業級市場規模将在2026年達到2940億美元，複合增長率(CAGR)13.2%。全球占比約為25.7%，繼續保持全球最大物聯網市場體量。

從技術特點層面看，相較于現有架構的通用性要求，物聯網更強調靈活性和多樣性，這與RISC-V開源、可模塊化、可擴展的特性高度契合，RISC-V能夠憑借其特性使得物聯網行業發揮出靈活、低功耗的特點進而降低成本。

Counterpoint預測，到2025年，IoT仍将以28%的份額成為RISC-V占比最大的市場。一旦RISC-V能夠成為AIoT時代的主流架構，其發展空間不可想象。

芯片設計中的IP核通常指應用在系統芯片中且具有特定功能的可複用的電路模塊，具有标準性和可複用性。而CPU IP及與之密切相關的指令集架構(ISA)是整個集成電路産業上遊最重要的核心部件，也是最為關鍵的底層技術。

目前全球半導體IP行業的市場主要仍被國外巨頭占據，基礎IP技術環節，特别是在以CPU IP為代表的關鍵核心IP，一直是半導體産業發展的緻命軟肋之一。美國當地時間8月9日上午，美國總統拜登在白宮正式簽署了《芯片與科學法案2022》（CHIPS and Science Act of 2022），其中最受關注的是對芯片行業投入527億美元補貼，試圖提升美國的芯片技術研發和制造能力。同時，該法案還試圖逼迫芯片企業選邊站隊，限制企業在中國的投資發展。美國芯片法案通過後，我國半導體國産化的重要性、緊迫性進一步凸顯。

而RISC-V開放架構這一全新的、且全球公開标準化的指令集架構的誕生，是一次難得的曆史機遇，與國外的發展相比，我國落後的還不算太遠，基本處于同一窗口發展期，還沒有形成絕對劣勢。CPU IP一直占據整個IP市場50%以上，是最重要的一種基石性IP，應用非常廣泛，因此可以選擇RISC-V CPU IP作為發展的立足點。

2014年，芯啟科技開始涉足了RISC-V領域，并在接下來的幾年中，陸續推出了SAR-T6系列、SAR-D9系列和TNA-300系列産品。

2018年4月，晶心科技推出了第一代基于RISC-V架構的AndeStar V5，成為了第一個采用 RISC-V的主流CPU IP公司。

2018年9月，華米公司發布了号稱全球智能穿戴領域第一顆基于RISC-V的人工智能芯片——黃山1号。

2018年9月，飛利信（300287）以RISV-V指令集為核心的自主可控MCU芯片研發完成基礎測試工作。

2018年11月，睿思芯科發布了一款基于64位RISC-V指令集的AI芯片——Pygmy。據悉，Pygmy可應用于各種物聯網終端AI inference場景。

2019年7月，平頭哥正式發布玄鐵910(XuanTie910)，稱玄鐵910目前業界性能最強的一款RISC-V處理器。

2019年，兆易創新（603986）發布了GD32VF103系列RISC-V，采用了全新的基于開源指令集架構RISC-V的Bumblebee處理器内核，由兆易創新與中國RISC-V處理器内核IP和解決方案商芯來科技聯合開發。

晶心科技又于2020年1月推出了AndesCore™ 27系列處理器核心，該系列成為RISC-V指令集架構中領先支持向量擴展架構(RISC-V V-extension)的處理器。

2020年，賽昉科技先後發布了全球性能最高的全自研RISC-V處理器内核—昉∙天樞、全球首款基于RISC-V的多媒體處理器—昉∙驚鴻7100；2021年，賽昉科技發布了全球首款基于RISC-V的單闆計算機—昉∙星光。今天，賽昉科技又發布了新一代多媒體RISC-V處理器昉∙驚鴻7110和全面升級的RISC-V單闆計算機昉∙星光2。

圖片來自于北拓資本

不難看出，RISC-V構架的開源、免費、模塊化、可擴展等特點，讓其近幾年獲得了驚人的成長，國内企業紛紛加入了RISC-V陣營。在衆多企業的強力支持下，以靈活開放著稱的RISC-V也能夠加速升級進化，進而激發半導體産業的創新變革。

每一種芯片，想要取得商業上的規模化成績，都離不開生态系統的支撐。比如X86的強大，就源自英特爾多年培養的服務器芯片生态系統。而指令集向上承接軟件，向下規範硬件，作為“中間商”的它自然更需要兩端的生态力量。

目前RISC-V在嵌入式應用場景下發展勢頭不錯，在消費電子設備、工業嵌入式、可穿戴設備和無線連接等方面都打開了應用市場。但是相比ARM和X86，RISC-V在高性能計算領域的發展仍不充分，從現實情況考慮，RISC-V進入高性能計算領域是一個必然的選擇。

在此背景下，一批國内外企業瞄準高性能RISC-V處理器，把RISC-V從嵌入式場景拓展到工業控制、自動駕駛、人工智能、通信、數據中心等場景。例如，SiFive發布了Performance系列高性能應用處理器；Ventana開發了面向數據中心的多核 RISC-V小芯片；賽昉科技發布了全球性能最高的全自研RISC-V處理器内核—昉∙天樞。同時，RISC-V國際基金會已成立數據中心工作組（Datacenter SIG）和高性能計算特别興趣小組（HPC SIG）。其中，數據中心工作組主要由谷歌、Ventana等組成，高性能計算特别興趣小組則由141名成員組成，專注于促進高性能RISC-V處理器生态的發展。

在香山論芯第一期論壇上，中國科學院計算技術研究所副所長、研究員包雲剛表示，“RISC-V不僅是應對AIoT，其在高端的數據中心領域也是有發展潛力的。”同時，他也提到，目前除了SiFive和賽昉科技，有一批初創企業都在專注于将RISC-V帶入到數據中心等高性能計算場景下。

顯然，RISC-V作為一種全新的開放指令集架構，擁有蓬勃的生态吸引力，是未來非常有潛力的主流指令集架構之一。俄烏沖突爆發後，歐美不斷加碼對俄制裁，X86處理器陣營的英特爾和ARM宣布對俄斷供。俄羅斯已經公開表态，将加入RISC-V架構，并投入大量資金扶持基于該架構的芯片處理器發展。大國際環境下，RISC-V的春天似乎即将到來。

但我們也必須承認，在RISC-V對市場上已有的處理器核心構成嚴重威脅之前，它還有很長的路要走。随着RISC-V架構和軟件的成熟，其重心也從嵌入式場景一點點走向高性能計算，未來或将站在更高的技術舞台和ARM架構、X86架構競争。

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