开源的RISC-V：真是中国“缺芯”的解药吗？
2020年4月，risc-v基金会首席执行官卡利斯塔·雷德蒙德（calista redmond）向基金会全体会员发出了一封通知邮件。邮件上写着，“我们现已在瑞士正式成立‘risc-v国际协会’”。
成立5年的risc-v基金会原先总部在美国，因为担心受到政治因素影响，搬迁到了一贯以中立著称、有着支持开源传统的瑞士。
诞生于2010年的risc-v是一个指令集架构，负责把软件程序的运行逻辑，翻译成cpu能够理解的“语言”。开源、允许任何人*使用，是risc-v最大的特点。相比之下，x86和arm指令集架构都是闭源的。前者主导了pc和高性能计算市场，但只有intel和amd两家厂商可以使用；后者在移动设备和iot低功耗市场占据统治地位，但授权费十分高昂。
近三四年来，中国科技界越来越多人讨论和采用risc-v。随着政治因素对科技行业影响的深化，以及arm被nvidia收购，中国科技公司越发担心，掌握在美国实体手里的x86和arm架构，可能会在将来某一天被断供。
相对而言，开源的risc-v没有类似担忧。“对于国内企业来说，risc-v基金会总部正式迁移至瑞士是重大利好。”国内一家risc-v处理器厂商“赛昉科技”ceo徐滔告诉品玩，“这就意味着，采用开源risc-v指令集、开源软件和公开标准进行开发，将没有后顾之忧，相信这会给中国处理器ip带来自主发展的契机。”
risc-v来到中国
时间回到4年前，中国本土知道risc-v的人寥寥无几，直到risc-v基金会第一次来到中国举办研讨会。
2017年5月8日，第六届risc-v研讨会在上海交通大学微电子大楼报告厅开幕，会议主题是“芯片架构的未来是什么”，超过200人参加。该研讨会此前已经举办过五届，但都在美国，2017年首次来到中国。
“自从2017年risc-v在上海交大举行推介会之后，本土对risc-v才有了基本的认知。”徐滔在接受媒体采访时说。
不过，中国本土也有少数人更早看到了risc-v的潜力，比如芯来科技创始人胡振波。
他曾在marvell（美满电子科技）、synopsys（新思科技）、比特大陆等多家厂商从事芯片设计工作，自2016年就开始研究risc-v，并且在2017年创建了中国第一个开源的、面向超低功耗领域的risc-v处理器内核ip项目“蜂鸟e203”。
（蜂鸟e203内核系统示意图）
内核ip是处理器内部的组成模块，在指令集基础上开发而来。因其具备可复用的条件，所以在芯片设计环节，逐渐分离出来。有公司把内核ip做成了一门面向芯片设计者的生意。
risc-v指令集架构虽然是开源的，但从指令集开始设计一款芯片，不仅门槛高而且耗时长，因此普遍会采用现成的内核ip，包括开源的和付费的。
“arm在中国的影响力太巨大了，中国由于在芯片处理器内核方面，长期缺乏自主的通用处理器内核，几乎都是购买国外的arm处理器内核核心，这已经形成了习惯。”2018年被问到risc-v在国内传播的最大阻力时，胡振波说。
“对于risc-v这样一种新的架构出现，很长一段时间大家都是持怀疑态度。arm在中国还成立了合资公司，所以arm在中国市场尤其显得强势，使得risc-v在中国的传播，相比别的国家显得更加缓慢。”
一个有影响力的开源内核ip，自然是risc-v在中国本土普及的利器。在蜂鸟e203之前，开源的risc-v处理器内核基本是国外的，并且文档非常匮乏，用户只能将其当做“黑盒”学习。胡振波认为，中国需要一款本土简单易上手的、使用veriloghdl（一种用于数字逻辑电路设计的语言）编写的开源处理器内核，且需配套相关资料详细讲解，将其“白盒化”。因此，除了开发蜂鸟e203，他还写了一本专业书籍《手把手教你设计cpu：risc-v处理器篇》。
不少爱好者、初学者和高校机构，都是从蜂鸟e203和这本书开始，逐渐学习和使用risc-v指令集。截至2019年3月，该项目在github上被star了627次，fork了258次。在基金会列举的开源内核项目中，被fork数量排名第二，被watch数量排名第三，被star数量排名第四。
risc-v在中国提速
2018年之后，risc-v在中国本土的接受度和采用度逐渐提高。“很多人在前几年对risc-v没有足够的认知，确实很多客户持观望态度。但是在外部环境变化以及risc-v生态发展趋于完善的情况下，很多客户现在考虑或者已经采用risc-v处理器内核。”徐滔告诉品玩。
外部环境变化，标志性事件莫过于中兴和华为相继被断供关键零部件。2018年4月16日，美国商务部禁止美国企业向中兴销售零部件、商品、软件和技术，致使后者业务中的芯片供应出现短缺。2019年5月16日，华为被美国列入“实体清单”，芯片危机成为全民讨论的话题，行业端加快芯片自主化。
事实上，中国本土对芯片自主化的尝试，一直没有中断过。
“但有两条路被证明是走不通的，一条就是关起门来自己做一套东西，比较典型的就是龙芯。因为芯片还是一个商品，性能再高，没人用就无法体现出价值，所以必须有相应的生态系统发挥价值。第二条路就是跟在别人后面，国内有许多公司做x86、arm、ibmpower的芯片，在某些特殊领域，用这些指令集架构确实可以做一些事情，但是因为受到isa（指令集架构）所属公司知识产权（ip）的控制，很难取得成功。”半导体行业资深人士方之熙说。他曾任intel副总裁和intel中国研究院第一任院长，2018年被任命为risc-v基金会中国顾问委员会主席。
在特定的大背景下，risc-v凭借着开源特性，在中国本土迎来繁荣发展期。
首先从政策层面来看。2018年7月，距离“中兴事件”不到100天，上海市*发布了一份支持软件和集成电路的政策，其中明确提到“支持基于risc-v指令集架构、32位及以上的处理器芯片的研发及产业化”，并且要求“内核需拥有自主知识产权”。项目实施周期规定在两年内（2018.7.1–2020.6.30）。由此，上海市成为中国本土首个出台政策，支持risc-v指令集的城市。
其次在行业层面，中国本土相关的行业联盟逐渐形成。risc-v生态的发展，很大程度上是依靠行业整体，而不像x86和arm一样，系于某一家商业公司。比如，在海外risc-v生态建设中，risc-v基金会（现更名为“risc-v国际协会”）起到了非常重要的作用。
2018年9月，中国risc-v产业联盟成立，聚焦于risc-v产业落地。11月，中国开放指令生态（risc-v）联盟在世界互联网大会上成立，中科院计算所倪光南院士任理事长。两个联盟成立的初衷，都是为了推动中国本土risc-v生态的完善，不过中国risc-v产业联盟聚焦于产业落地，中国开放指令生态（risc-v）联盟更靠近学术界。
而在公司层面，2018–2020年间中国本土芯片行业涉及risc-v的初创成立和资本运作十分活跃。
2018年4月，阿里巴巴全资收购中天微。9月，阿里巴巴在云栖大会上宣布，将中天微和达摩院芯片业务进行整合，成立“平头哥半导体”。同月，中天微推出了基于risc-v的自主指令架构c-sky，以及第一款risc-v低功耗处理器ck902，并且很快就获得了松果电子和伏达半导体两家客户。
2019年7月，平头哥发布了risc-vip核玄铁910。它支持16核，主频可达2.5ghz，单核性能达到7.1coremark/mhz，较业界主流芯片性能提高40%，较标准指令性能高出20%。
据电子创新网报道，玄铁发布后，全志科技第一时间赶到了平头哥进行测试。一年后，全志科技宣布与平头哥合作开发基于玄铁内核的通用算力芯片，应用于工业控制、智能家居和消费电子等领域，预计3年出货5000万颗。不过，全志科技采用的是玄铁系列的906和902，性能不及910。成立于2007年的全志科技，是国内老牌的芯片设计厂商，年出货量在亿级以上。过去，他们主要使用arm授权，近年来开始采用risc-v指令集。
胡振波也在2018年6月成立了“芯来科技”——一家专门做risc-v内核ip的公司。在接受媒体采访时，他如此解释创立公司的初衷：“在我所开发的蜂鸟e203面世的时候，基本上还是与国外处于同一起跑线，但是我目睹了国外很多专业risc-v内核ip公司陆续出现并飞速发展……国内的cpu业界仍然停留在对risc-v的质疑中，迟迟没有行动……我心急如焚，我对我的小伙伴们说，我要创立一家*专业做risc-v内核ip的公司。”
自成立以来，芯来科技已经形成了完备的ip产品布局：100系列、200系列、300系列、600系列和900系列，涵盖了从低功耗到中高性能场景，基本能全面对标arm的产品线。
（芯来科技ip产品总览图）
截至2020年12月，芯来科技的客户已覆盖国内外超200家芯片公司和系统公司，并且其客户群体不乏行业头部企业。比如，2019年8月，芯来科技和兆易创新联合推出了全球首个基于risc-v的32位通用mcu（微控制单元），其内核bumblebee由两家公司共同研发。兆易创新是国内mcu市场第一梯队选手，其以arm架构为主的mcu产品已经跻身高端市场，近年来开始尝试基于risc-v内核的芯片。
芯来科技在资本市场上的表现，也很抢眼：2020年8月，完成了一轮战略融资，领投方是小米长江产业基金；12月底，又完成最新一轮融资，天际资本领投，中关村芯创集成电路基金、临芯投资和启榕创投跟投，老股东小米长江产业基金、蓝驰创投、新微资本继续追投。
芯片设计平台即服务公司“芯原科技”，也选择了加入risc-v阵营。这家成立于2001年的公司，是国内唯一一家在全球半导体ip市场中，占有率排进前十的厂商。
谈到为什么会选择risc-v的原因，芯原科技创始人戴伟民表示，芯原作为芯片设计平台即服务公司，除了有设计服务业务之外，还拥有大量的ip，目前公司拥有包括gpu、vpu、数据压缩、神经网络处理器、isp、dpu等ip，唯独缺少cpuip，这是选择risc-v的重要原因。
关注到中国risc-v生态发展的，还有risc-v指令集的创始团队。他们在2015年成立了一家推动risc-v商业化的公司“sifive”，获得高通、intel和三星三大半导体公司投资。2018年，由risc-v开创者和业内资深专家组成的团队，在中国建立了一个独立运营的本土企业“赛昉科技”。
赛昉科技ceo徐滔在接受采访时说：“我们团队拥有 ic产业界20、30年经验，笃信中国将成为世界上最大的ic市场和原产地，因此在技术和管理上需要有充分的自主权，这是我们成立赛昉科技的初衷。”
赛昉科技与sifive是战略合作的关系，“从公司治理和资本结构来讲，赛昉拥有独立的董事会，投资人也包括来自中国本土的投资机构，企业也是本土独立运营和管理”。
通过自主研发，赛昉科技将risc-v技术进行本土化。比如，2020年9月，赛昉科技发布了首个基于risc-v的人工智能处理平台“惊鸿7100”，主要面向自动驾驶、无人机、公共安全、交通管理和智能家居等领域。12月，赛昉科技推出全球性能最高的面向高性能计算场景的risc-v处理器内核——天枢系列处理器。
“赛昉科技已有100多个coreip使用案例。”徐滔对品玩表示，“比如2020年7月，紫光旗下新华三半导体就采用了我们的risc-v多核处理器，用于下一代高性能网络处理器中。”
相比专门的芯片厂商，作为一个终端品牌厂商，华米科技在2018年9月17日推出全球首款risc-v可穿戴处理器“黄山1号”，让很多人感到意外。
据腾讯一线报道，华米科技最早也在内部做过推演，评估自己做芯片是否有意义，是否找做芯片的公司合作就行了。不过，华米团队很快意识到，芯片等同于硬件的“心脏”，要想硬件性能好，首先需要固化“心脏”的ai神经网络，这需要云端大规模的数据才能训练出来。
华米做健康手环积累了大量数据，这是其做芯片的优势所在。而之所以在众多构架中选择了risc-v，是因为这个构架的前瞻性，简单、安全、可扩展。早在2016年，华米就开始与sifive在芯片领域进行合作，并在2018年6月与intel和西部数码一起投资了sifive。不到一年，华米科技又参与投资了法国一家半导体公司greenwavestechnologies。这家公司是risc-v开源生态中最早的芯片供应商之一，主要面向低功耗的iot市场。
2020年6月15日，华米科技又发布了黄山2号芯片。华米表示，相?于在可穿戴设备中常?的armcortex-m4架构处理器，黄山2号的整体运算效率提升了38%?
经过一波快速发展后，中国本土已经形成了完整的risc-v产业链：在产业最上游，是芯片内核ip设计公司，这一类公司有阿里巴巴达摩院（中天微）、芯来科技、芯原科技和赛昉科技等；在产业中游，是芯片设计公司，比如兆易创新、全志科技、北京君正和乐鑫科技等；产业下游，是终端品牌厂商，比如华米、小米、华为和阿里巴巴。
从中低功耗到高性能计算
由于risc-v开放、模块化和可扩展性的特性，大部分risc-v产品都聚焦于中低功耗市场，最大应用场景是iot。
据芯来科技介绍，由于摩尔定律和登纳德缩放比例定律的相继失效，通用处理器逐渐无法满足对整体系列能效比的追求，基于领域的架构设计（dsa，designspecificarchitecture）的设计理念，逐渐成为共识和趋势。而risc-v架构一个显著的特征，便是开放的可扩展性，便于实现面向特定领域的架构设计。
此外，risc-v生态不如x86和arm的问题，在iot领域也不是那么突出。这里的生态是指，软件栈是否完善，比如说操作系统。移动设备、桌面设备和服务器，是对软件栈比较依赖的市场。但iot领域，对生态依赖没这么大，是一个天然的“碎片化”市场。
据电子工程专辑报道，嵌入式软件协会副理事长何小庆说：“做生态最难的实际是移动市场，其次是桌面、服务器。而iot生态实则要容易得多，iot生态链本身就比较短。”芯来科技ceo胡振波也表达了类似的观点：“服务器、桌面的软件生态难以逾越，但在嵌入式领域，软件生态并没有人们想象得那么可怕，甚至并没有什么太大的软件生态。”
而对于碎片化可能会给risc-v生态带来的问题，徐滔认为：“很多人认为risc-v是开源开放的，很可能存在碎片化问题。我们需要先区分碎片化和多样化。碎片化就是用不同的方法做同样的事情。而多样化是采用不同方式解决不同的问题。所以各种各样符合标准指令集的risc-v处理器，不是碎片化而是多样化，因为实际需求各不相同，这些采用不同risc-v标准扩展指令的处理器解决了不同的问题。”
相比中低功耗市场，risc-v在高性能计算领域的发展仍不充分。在接受与非网采访时，徐滔说：“我们认为risc-v经过数年发展，在中低端应用领域已经较为成熟，但是在高性能计算及人工智能应用领域上与其他架构处理器（主要是arm）相比较还有差距，相关生态上的资源也有限。”
部分公司看到了risc-v在高性能计算领域的机会，赛昉科技正是其中一家。“高性能计算的新应用场景，对芯片性能和能效提出了新的要求。”徐滔告诉品玩，“但是之前市场上现有的risc-v处理器ip，还都不能满足这类高性能计算的应用场景。”
2020年12月10日，赛昉科技发布了全球性能最高的risc-v处理器内核-天枢系列处理器。该系列处理器针对性能和频率做了优化，基于64位内核，采用12级流水线和7nm工艺制程，频率最高可达3.5ghz，由台积电代工，填补了risc-v在高性能计算应用领域的空白。
risc-v本土生态还缺什么？
从中低功耗市场到高性能计算领域，risc-v在中国本土逐渐获得更多认可。但相比海外，中国本土的risc-v生态依然有一定的短板。徐滔告诉品玩：“目前来看国内risc-v生态短板，主要在人才、软件及应用生态等方面。”
细分来看，人才短板逐渐补上，不少学校已经开设或正在规划risc-v的相关培训及课程，各类有关risc-v的大学竞赛相继召开，相关的书籍也逐渐问世。
“对于软件及应用生态来讲，国内还尚无大型生态的成功案例。”徐滔说，“特别是基础软件，比如编译器、调试器、os、基础库、上层应用框架等，国内对于此类软件的整体贡献度都有所差距，但是目前的增长相对较快。国内很多本土企业已经在持续完善此类软件，差距正在逐步缩小。”
此外，虽然中国本土的学校、研究机构、企业和个人爱好者对risc-v有很高热情，但在标准的参与和贡献上，目前还是在起步阶段。
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