RISC-V技术与市场动态分析
RISC-V技术与市场动态分析
RISC-V 2023：难点也是突破点
全球首款集成3D GPU的量产RISC-V单板计算机——昉·星光 2
近期，开源RISC-V再次走到聚光灯下。不久前，腾讯公司加入开源指令集标准RISC-V国际协会（RISC-V International）。继阿里巴巴、华为、紫光展锐、中兴通讯、赛昉科技、中科院等企业和机构之后，RISC-V阵营中迎来了新的中国成员。
RISC-V是基于精简指令集计算原理建立的开放指令集，最核心的优势在于完全免费开放，不会有版权纠纷问题。全球越来越多的公司对这一新兴架构充满期待，但是，RISC-V想在未来产品和应用中担任更重要的角色，尤其是中国企业想要借此发挥更大的作用，还有很多“拦路虎”要扫除。
需跨越从原型到产品的“死亡之谷”
从加利福尼亚大学伯克利分校的一个实验室中翩然起步，如今距离RISC-V的诞生已经过了十年有余。这个每每被谈及，必与X86、Arm相提并论的新兴指令集架构，正在物联网、云端等更多应用场景中发挥潜能，吸引了众多企业纷纷布局。IP厂商Imagination在2022年夏季推出了首款商用RISC-V内核，用于片上系统(SoC)设计；英特尔2022年2月宣布正式加入RISC-V国际协会，并且投资4亿欧元与西班牙超算中心合作，计划在10年内开发出基于RISC-V的超算CPU；谷歌将为RISC-V芯片推出新的开源操作系统。
在与Arm的“专利战”爆发后，高通对RISC-V的布局更加积极。高通产品管理总监Manju Varma表示，高通已经基于RISC-V打造了许多产品，截至2022年底，采用RISC-V架构的高通芯片出货量已经超过6.5亿颗。目前，高通的PC、移动设备、可穿戴设备、联网汽车以及AR/VR头显的SoC中都使用了RISC-V微控制器。据市场调研公司Semico Research预测，到2027年，市场上将有250亿个基于RISC-V的AI SoC，预计同年收入达到2910亿美元。
RISC-V于2017年进入中国产业界，赛昉科技是第一批投身RISC-V发展的国内企业，对RISC-V理解颇深。
“截至2022年末，我国大约有50款不同型号的国产RISC-V芯片量产，应用场景集中在MCU、电源管理、无线连接、存储控制、物联网等中低端场景。”赛昉科技资深销售总监周杰对《中国电子报》记者表示，我国的RISC-V技术落地已度过了初级阶段。但需要看到的是，RISC-V在国内产业化和商业化之路上，仍面临两大“拦路虎”。
周杰认为，RISC-V将走向开放应用场景，建立成熟的软件生态将是RISC-V在开放应用场景落地的最大挑战。目前量产的芯片，大多是用在相对封闭的应用场景，软件需求相对简单和固定，芯片原厂就能实现70%的软件。到了开放应用场景，软件需求会呈指数级增长，例如各种操作系统的移植，中间件和库函数的优化，以及各种开发框架的适配等，每一个技术点都是巨大的工程，必须联合芯片原厂、第三方软件公司、开源社区一起合作全力投入。
第二大挑战与RISC-V将向高性能应用场景渗透有关。周杰表示，中高端RISC-V芯片从设计方案，到流片成功，到定制开发，再到大规模量产，最终完成销售，需要极其强大的人力和财力的支持。对芯片公司来说，组建一个具备高端芯片设计、研发、销售能力的端到端的完整团队十分重要，而国内高端芯片人才紧缺，芯片公司抢人之风盛行，十分不利于团队的组建。另外，初创的RISC-V芯片公司需要大量的资金维持研发需求，在半导体投资遇冷的背景下，他们的发展也并不容易。
事实上，所有指令集都需要经历从原型到产品的“死亡之谷”。在北京开源芯片研究院助理院长唐丹看来，这个阶段有时候并不完全是技术上的问题，其实重点还是在于市场牵引。如果没有市场牵引，仅靠单方面的技术迭代，无论是技术上还是时间周期上都有很高的难度。
“RISC-V的产业化目前的难度还是在于没有找到明确的市场切入点，也就是‘杀手级’应用场景。”唐丹以Arm为例对《中国电子报》记者表示，在移动端生态出现的前几十年，Arm的发展也较为缓慢。目前，RISC-V在软件生态链较短的IoT应用场景，特别是需要根据应用场景定制的市场，已经有广泛的应用。但一个生态真正成熟还是要靠高端生态牵引。RISC-V要实现可靠和高质量的商业化解决方案，一方面需要不断完善RISC-V指令集的标准规范，另一方面还需要找到明确应用场景，产生可以进行技术迭代的机会。
全球首款量产的高性能多媒体RISC-V SoC芯片平台——昉·惊鸿7110
高性能RISC-V处理器需与基础软件同步研发
“当前，RISC-V指令集的软件适配工作的进展速度已经非常快，这与RISC-V指令集开放免费的优势被全球软件开发者看好有直接关联。”唐丹对记者表示，目前，绝大部分核心基础软件已经完成与RISC-V指令集的适配。例如2019年以来，16268个Debian操作系统软件包中已有15148个完成与RISC-V指令集的适配，适配率已超过95%。RISC-V已经成为Debian支持的Tier-1架构，仅次于X86和Arm。
有观点认为，向高性能发展RISC-V，会面临来自处理器性能和软件适配方面的技术挑战。对此，唐丹向记者指出，处理器的性能和稳定性并不矛盾。一方面，要在处理器的设计中加强验证工作可以提升稳定性。另一方面，处理器的稳定性还要经过市场检验，在使用中发现潜在问题。
“高性能RISC-V处理器需要与基础软件同步研发，才能更好与基础软件进行适配。在处理器不同研发阶段就引入基础软件的测试和验证，一方面能发现处理器设计中的功能问题，另外还能在处理器设计中对性能进行评估，进行针对性改进。”唐丹说。
软件生态是RISC-V在高性能应用领域落地的关键。周杰认为，高性能的芯片若要实现落地，一定要与RISC-V底层框架、操作系统、中间件、关键库、应用软件全方位适配。目前，赛昉科技与OpenHarmony、Fedora、OpenEuler、OpenSUSE、Ubuntu、麒麟、统信等开源社区和第三方伙伴合作，积极推动RISC-V与基础软件适配。
资料来源：Omdia,RISC-V处理器报告
RISC-V如今已跃入高性能计算元年。在 RISC-V高性能计算领域，已有多家创新企业计划在2023年发布类似64核高性能的服务器级处理器，这将成为RISC-V下一个令人激动的里程碑。
不过，RISC-V在高性能计算的应用还面临一些亟待解决的问题。在澎峰科技联合创始人兼首席运营官王军辉看来，RISC-V体系需要构建一套数学计算库，以支持 RISC-V在高性能计算的应用，保证计算精度、计算效率与源代码级安全可控。
在算力驱动的数字经济时代，计算硬件呈现出多样性的特点。RISC-V因其开放性，比X86和Arm的生态更加丰富多样，会导致严重的碎片化问题。基于此，王军辉认为，RISC-V应回归到垂直整合的思路上来，要去思考如何前瞻性地理解应用。
“从计算语言到编译器，到底层数学计算库，再到计算机体系结构，RISC-V要在多个方面实现垂直整合。存量市场只有赤裸裸的性价比竞争，瞄准增量市场才有跨越式发展的可能。”王军辉对记者说。
全球异构计算领域，英特尔、英伟达和AMD形成了互相制衡的“三国杀”格局。王军辉说，当前，国际三大领先企业凭借雄厚的资本与实力各自为战，都在整合CPU、GPU和FPGA等异构计算硬件平台，布局CUDA、OneAPI和ROCm异构计算软件栈，试图形成自己的软硬融合生态体系，展开封闭和开放生态之争。在此情况下，RISC-V要解决异构生态问题，在构建高性能异构计算软件栈的同时，实现软硬融合。
构建可持续生态是核心考题
从使用开源到参与开源，再到走向贡献开源甚至部分主导开源，中国在RISC-V开源领域有了更深、更广的尝试。中国工程院院士廖湘科指出，开放开源是软件根技术创新，特别是发展操作系统这类基础软件的重要途径，充分利用开源，联合开发者、社区、软硬件上下游产业链企业，共同发展壮大国产操作系统产业是当前最为行之有效的路径。
2025年RISC-V占比最大的三个市场
数据来源：Counterpoint
“我国企业积极自发参与RISC-V国际协会，说明大家已经看到RISC-V指令集生态的前景，对我国和全世界RISC-V生态都有极大帮助。”唐丹对记者表示，在RISC-V指令集生态建设过程中，与我国参与3GPP组织和5G移动通信类似，我国一方面要积极参与RISC-V国际协会，推动、参与甚至主导相应标准规范制定工作，另一方面要加强产品研发和推广工作，充分发挥我国人口多、市场大、工程师多和产业政策灵活的优势，在市场中积极应用和推广RISC-V生态，加快RISC-V产业生态的成熟进程。
放眼RISC-V，由于诞生时间较短，RISC-V在中国本土市场，相关编译器、开发工具和软件开发环境及其他生态要素还在积极建设当中。此外，RISC-V早期的发展大多在国外，因此国际协作至为关键。要让RISC-V持续良性向前发展，显然还需要更多生态伙伴的参与和配合，如何构建一个可持续的生态是摆在RISC-V面前的一道核心考题。
唐丹认为，编译器、开发工具和集成开发环境（IDE）及其他生态要素，很大程度上属于基础共性技术。我国在完善RISC-V生态的过程中，需要对这些基础共性技术进行梳理，组织企业间的合作共享要对这些基础共性技术进行联合攻关，避免每个企业单独进行重复性研发，造成研发资源浪费。
中国市场本土的RISC-V编译器、开发工具、IDE与其他生态建设，离不开有投入意愿的企业和人才。但需要看到的是，目前相关企业和人才其实存在缺失。
针对缺少有投入意愿的企业，周杰进一步表示，编译器、开发工具、IDE等RISC-V配套生态很难做出高营收、高估值公司，继而很难受到资本青睐，融资困难让很多有能力的人选择继续在国际大公司从业而放弃创业。此外，国内尊重软件版权的意识还需要提升，再加上RISC-V有不少开源工具可以直接使用，因此部分企业选择直接使用开源工具，或者基于开源版本自己做优化。
对此，周杰建议，在政策层面，政府和相关国家机构尽快牵头推动 RISC-V 开源指令集成为行业标准，并鼓励国内相关企业参与到标准规范的讨论与制定，同时，继续完善法律，为知识产权创造一片更为安全的土壤；在生态建设层面， 国家应引导和鼓励产学研生态合作，出台具体的扶持政策、措施， 鼓励、支持RISC-V 相关企业参与到完善开源软件生态中；在资本层面，国家可以多扶植相关的软件生态公司，从大局的角度进行投资。
谈及人才、编译器、仿真器等开发工具人才培养问题，周杰希望更多学校可以开设相关专业基础教学，引入海外优秀教育资源。
最后，周杰认为，国家应当鼓励信创或教育行业的试点项目采购含有RISC-V芯片的产品或方案，以应用需求带动产品迭代和发展。
RISC-V有望与X86、ARM形成三足鼎立之势
近日，OSCHINA 和 Gitee 联合发布了《2022 中国开源开发者报告》。
其中 “前沿开源技术领域解读” 部分，多位在其领域有所建树的一线开发者和开源商业化公司创始人，对目前国内外流行的前沿开源技术领域过去的发展和未来的趋势进行了深入的洞察，覆盖开源云原生、开源 AI、开源大前端、开源大数据、开源 DevOps、RISC-V、开源操作系统、开源数据库、编程语言九大领域。
RISC-V 领域的解读。
凭借指令精简、模块化、可扩展、开源的优势，RISC-V 架构在近几年备受追捧。尤其是在 2022 年，RISC-V 的发展势头极为强劲，RISC-V 处理器核出货量突破 100 亿颗。随着国内外企业面向高性能 RISC-V 市场持续开拓，把 RISC-V 从嵌入式场景拓展到工业控制、自动驾驶、人工智能、通信、数据中心等对算力要求更高的场景，RISC-V 有望在不久的将来与 X86、ARM 形成三足鼎立之势。
RISC-V 处理器核出货量突破 100 亿颗
2022 年 7 月，RISC-V 国际基金会首席执行官 Calista Redmond 在嵌入式世界大会上宣布 RISC-V 架构处理器核的出货数量已突破 100 亿颗。根据 Semico Research 预测，到 2025 年 RISC-V 架构处理器核的出货数量将达到 800 亿颗。为了实现以开源、开放、共建、共治模式发展 RISC-V 全球生态，RISC-V 国际基金会于 2020 年重组为由理事会、技术指导委员会与技术工作组等组成的开放治理架构，并将总部设于瑞士日内瓦，目前已吸引 70 多个国家的 3100 多个会员。RISC-V 处理器核出货量突破 100 亿颗，这是 RISC-V 生态发展的重要里程碑事件，这标志着 RISC-V 生态发展呈现明显加速态势。除了出货量超 100 亿颗，还有三个趋势彰显了 RISC-V 有望在不久的将来与 X86、ARM 形成三足鼎立之势。（1）已经出现一批瞄准高性能 RISC-V 的国内外企业，性能对标 ARM Cortex-A76/A78，甚至 Neoverse-N1/N2，这些企业将把 RISC-V 从嵌入式场景拓展到工业控制、自动驾驶、人工智能、通信、数据中心等对算力要求更高的场景。（2）RISC-V 软件生态正在加速，各个开源软件社区主动适配 RISC-V 架构。以 Linux 发行版 Debian 为例，2019 年开始支持 RISC-V，在全世界开源社区努力下不到 3 年时间就已经完成 2 万多个软件包中 95% 的移植，使 RISC-V 成为 Debian 支持的 Tier-1 架构。（3）RISC-V 得到不同级别企业的青睐。根据市场披露数据统计，全球 RISC-V 初创企业融资总金额已超过 20 亿美元。英特尔、高通、华为、中兴、阿里等头部企业均以高级会员的身份加入了国际基金会，其中英特尔设立 10 亿美元 IFS 基金，主要用于 RISC-V 流片服务。中国 RISC-V 生态发展迅猛，全球 100 亿颗 RISC-V 核出货量中，预计中国将占 1/3 到 1/2。中国社区作为 RISC-V 国际基金会的工作小组和研发伙伴，一直是 RISC-V 最强有力的贡献者之一，在 RISC-V 全球生态建设中正起到关键核心作用。
RISC-V 高性能计算要解决的三个问题
RISC-V 芯片出货超 100 亿颗，这对 RISC-V 新架构而言，是一个不错的里程碑。不过，成果主要集中在嵌入式 SoC 领域。我们观察到，在 RISC-V 高性能计算领域，已有多家创新企业计划在 2023 年发布类似 64 核@2.0GHz 规格的服务器级处理器，这必将成为 RISC-V 下一个令人激动的里程碑。当然，关于 RISC-V 高性能计算，还有三大问题需要解决：（1）需要为 RISC-V 体系构建一套数学计算库，类似 Intel 处理器的 MKL（Math Kernel Libarary），以支持 RISC-V 在高性能计算的应用，保证计算精度、计算效率以及源代码级安全可控。目前业内常用的数学计算库主要为 Intel 的 MKL 和 AMD 的 ACML，二者都是免费的，但不开源，因为这是软件类核心知识产权。也许您认为免费不就可以了吗？但当您遇到针对场景需要优化时，将无能为力。这些代码谁担保它的安全性、可靠性呢？虽然有 OpenBLAS、FFTW、Libm 等部分开源项目可以使用，但这远远不够。而且，开源的版本无法保证计算效率和计算精度。偏偏这在高性能计算应用领域（AI 计算、科学计算）是至关重要的。数学计算库作为计算中间件，函数规模上以千计，与计算性能、安全性、可靠性深度绑定。也就是说，它将最终决定处理器是否能进入高性能计算领域。（2）如何让 RISC-V 回归到计算机技术的垂直整合，而不是横向分解的时代？在算力驱动的数字经济时代，计算硬件将呈现出多样性。RISC-V 因其开放性，将比 x86 和 arm 生态更加丰富和多样，换一种说法就是严重碎片化。如果单纯追求硬件计算性能的 spec 数据，很容易滑入横向分解的逻辑，出现类似 VLIW（Very Long Instruction Word）超长指令这种怪物，数十亿美金化为教训。RISC-V 应该回归到垂直整合的思路上来，要去思考，如何前瞻性地理解应用，从计算语言到编译器，再到底层数学计算库，再到计算机体系结构，实现多个方面垂直整合。存量市场只有赤裸裸的性价比竞争，瞄准增量市场才有跨越式发展的可能。（3）在异构计算时代，如何构建 “RISC-V CPU + 加速卡（GPU、NPU、DSA、FPGA）” 的高性能异构计算软件栈？面向异构计算黄金时代，国际三巨头以其雄厚的资本实力各自为战，都在整合异构计算硬件平台（CPU、GPU、FPGA等）和布局异构计算软件栈（CUDA、OneAPI、ROCm），试图形成自己的软硬融合的生态体系，同时展开封闭和开放生态之争。这也意味着 RISC-V 领域也必须面临如何解决异构生态的问题，即，如何解决“n 家公司的 RISC-V CPU + m 家公司的加速卡”的硬件组合，这种组合数量将高达到 n x m；如何实现软硬融合，遵循什么样的 API 标准（开源/自研）；异构计算软件栈的应投入多少预算等问题。
RISC-V已成中国CPU领域最受欢迎的架构
在PC和移动互联网时代，中国企业经历了一段难忘的“芯酸”往事，造成这一局面的核心原因之一就是处理器架构技术的空白，芯片的软硬件生态长期被x86和ARM垄断。AIoT市场的爆发改变了x86和ARM两强的格局，这一阶段定制化、专用化的芯片成为新的趋势，而x86和ARM的商业模式远远无法满足市场需求。
2010年，加州大学伯克利分校的David Patterson教授团队领导研发了RISC-V指令集，并宣布对外开源，任何企业、开发者都可以免费使用它；2015年，RISC-V由国际基金会运营，这一技术开始从高校走向产业界。
中国企业抓住了这一机遇，如今已有数百家公司都在关注或以RISC-V指令集进行开发，在RISC-V 基金会的22个高级会员中，12家为中国企业，包括阿里巴巴、华为、腾讯、中兴等。
近日，由阿里巴巴平头哥举办的首届玄铁RISC-V生态大会在上海举行。中国工程院院士倪光南在题为《推动RISC-V生态建设，与世界协同创新》的演讲中表示，中国厂商正在全力推进提供强大算力的RISC-V方案，“可以毫不夸张地说，今天RISC-V是中国CPU领域最受欢迎的架构，中国芯片产业和整个芯片生态将会越来越多地聚焦于RISC-V架构，中国的巨大市场将成为支撑RISC-V的重要基地。”
图：玄铁RISC-V生态大会会场，倪光南院士发表演讲
以下是倪光南院士发言全文：
科技创新如今在全球范围已进入加速期，新一轮科技革命和产业革命正在重塑全球经济结构，科技深刻影响着国家命运和人民福祉。科学技术具有世界性、时代性，是人类共同的财富。要深度参与全球科技治理，贡献中国智慧。塑造科技向善的文化理念、让科技更好的增进人类福祉。强调要实施更加开放包容、互惠共享的国际科技合作战略。
开源已经有几十年左右的发展历史。伴随着开源这种科学开放精神的发展，开源对整个信息技术和产业的发展产生了巨大的推动作用，当前，开源已经发展成为全球协同创新的新模式和推动信息技术发展的强大动力。
随着科学技术的发展，中国有一大批的工程师活跃在世界开源社区，为开源的发展作出了积极的贡献，中国要在全球开源领域中发挥自己应有的作用，还必须加大对开源的投入，发展具有国际影响力的开源基金会、开源社区和开源项目。
尤其值得指出的是：现在开源模式已经从软件领域走向了硬件领域。
近年来，由图灵奖获得者David Patterson教授在加州伯克利分校主持开发的开源精简指令集架构RISC-V，为全球芯片领域打破垄断，降低芯片开发门槛，促进芯片人才培养，推进芯片业创新，开创了一个新局面，也为中国芯片业发展提供了新机遇。开源RISC-V自发布以来，已经有越来越多的国家、企业、高校、科研院所拥抱RISC-V架构，成为推动新一代信息技术发展的新引擎。
今天，我们欣喜的看到，RISC-V的生态正在茁壮成长，主要展现在软件生态、应用生态、及开发者生态三个方面。
一、在软件生态方面：现在中国产学研各界正在迅速推进高性能RISC-V芯片研发，为此，芯片设计需要与基础软件和应用软件全方位适配，经过社区的共同努力，目前RISC-V与国际主流的RTOS、Linux、安卓等等操作系统有了良好的适配，在中国，各家操作系统厂商，如麒麟、统信、龙蜥、鸿蒙、酷开等等都在全力支持。为了加速RISC-V软件生态的成熟，我们呼吁中国业界，在国内已有良好基础的开源社区基础上，能紧密团结，集中资源，携手共建RISC-V软件生态，尽快促进RISC-V向高端应用发展。
二、在应用生态方面：RISC-V最早应用于IoT领域，现正逐步走向更广阔的应用领域。RISC-V不仅可以在工业控制、物联网、智能家居等等对算力要求不高的领域得到推广，现在也正在向对算力有更高需求的桌面应用、边缘计算等领域发展;智能网联汽车领域被认为是未来芯片的巨大市场，据估计，一辆智能网联汽车就可能要用上百颗CPU，目前中国该领域主要产业联盟正在积极推进基于RISC-V的解决方案;随着服务器和超算、AI训练和推断、包括ChatGPT之类应用的发展，对强大算力的需求越来越迫切，鉴于RISC-V具有模块化、可扩展、易定制的优势，以及不受垄断制约、供应链安全容易保障的优势，中国有关厂商正在全力推进提供强大算力的RISC-V方案。可以毫不夸张地说，今天RISC-V是中国CPU领域最受欢迎的架构，中国芯片产业和整个芯片生态将会越来越多地聚焦于RISC-V架构，中国的巨大市场将成为支撑RISC-V的重要基地。
三、在开发者生态方面：中国已经有数百家企业加入RISC-V国际基金会,在RVI的组织下，RVI中国成员在RISC-V社区中作出了巨大的贡献，推动着RISC-V生态的发展。此外，中国许多大学已为研究生和本科学生开设了RISC-V课程，大力开展RISC-V人才培养，积极参与RISC-V基础软件开源社区，参与许多RISC-V设计和应用项目。中国每年能培养近千万毕业生，他们之中许多人将成为未来RISC-V的设计大军，这对于RISC-V的后续发展将起到巨大的推动作用。
今天是首届玄铁生态大会。过去的几年时间，平头哥玄铁处理器团队积极推动RISC-V全球技术演进和生态连接。平头哥自2019年成为RISC-V国际基金会董事会成员以来，积极参与领导基金会中的数据中心、存储管理、安卓、安全等11个技术方向。目前玄铁已经拥有完整的处理器产品线，可提供高性能高可靠的RISC-V IP核;为软件生态伙伴和开发者提供了各种类型的开发板和模组以及配套的基础工具链、编译器、操作系统和集成开发环境。平头哥玄铁完成了RISC-V与RTOS、Yocto、Linux、ubuntu、Android、龙蜥Anolis OS、麒麟、统信等操作系统的深度适配。当前玄铁不仅致力于嵌入式系统，也在开拓桌面端和新的市场机遇。目前，平头哥芯片开放社区已拥有了10万以上的开发者，有力地促进了RISC-V生态发展。
综上所述，开源开放，共享共建，才能推动RISC-V的繁荣发展。中国要不断加大对RISC-V社区和生态建设的贡献，与世界协同，贡献中国智慧和中国方案。期待未来越来越多行业伙伴加入RISC-V生态建设当中，共建美好未来!
参考文献链接
https://mp.weixin.qq.com/s/StFd6qFSW7IV35hiDRvbzw
https://mp.weixin.qq.com/s/J-OE8bLxd7zla9-TJjmusQ
https://mp.weixin.qq.com/s/CVtdSr-OAW1eFKCBEEhqKw
