智能内参：布局RISCV，进军IoT，可以在智东西

RISC-V（发音为“risk- Five”）是一种基于精简指令集 (RISC) 原理的开源指令集架构 (ISA)。 简单解释一下，就是与开源软件运动相对应的“开源硬件”。 该项目于 2010 年在加州大学伯克利分校启动，但许多贡献者是校外的志愿者和行业工人。 与大多数指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件，而无需向任何公司支付版税。 虽然这不是第一个开源指令集，但它意义重大，因为它旨在与现代计算设备配合使用。 设计人员会考虑这些应用中的性能和功效。 该指令集还拥有众多支持软件，可解决新指令集的常见弱点。

据预测，基于 RISC-V 的 IP 和软件工具的全球收入将从 2018 年的 5200 万美元增至 2025 年的 11 亿美元。

作为本期智能内参，推荐西南证券的研究报告《布局RISC V，进军物联网》，该报告从RISC V的技术特点、设计理念、历史沿革、优缺点等方面分析了RISC V架构。如果你想收藏本文的报告（布局RISC V，进入IoT），可以在知动西（公众号：）回复关键词“nc399”获取。

什么是 RISC V？

CPU（t），又称微处理器，相当于电子产品的大脑。 在通信领域，几乎所有重要信息都由这个“大脑”控制。 CPU芯片和操作系统是网络通信领域最基本的核心技术。 CPU主要有两大指令集：复杂指令集（Set，CISC）架构——x86，和精简指令集（Set，RISC）架构——ARM、MIPS和RISC-V。 RISC-V是一种基于“精简指令集（RISC）”原理的开源指令集架构。

▲CPU主流架构

CPU架构一直以x86和ARM为主。 自2010年RISC-V诞生以来，CPU架构中已经隐约出现了三大支柱的趋势：

X86：传统PC市场主流，擅长处理大数据，IP掌握在Intel和AMD手中。

ARM：移动（手机）市场主要涉及快速数据处理。 目前它也用于便携式笔记本电脑。 大部分IP由ARM控制。

RISC-V：当需要同时考虑数据传输速度和传输量时，这两种主流架构的能力有限。 RISC-V显示出强大的优势。

▲CPU架构的三足趋势

1981年，在David的领导下，加州大学伯克利分校的一个研究小组起草了RISC-1，这是当今RISC架构的基础。 随后1983年发布了RISC-II原型芯片，随后又分别于1984年和1988年推出了RISC-III和RISC-IV。RISC的设计理念也催生了一系列新架构，如MIPS、服务器王等IBM和ARM现在在嵌入式市场占据主导地位。 2010年，加州大学伯克利分校的研究团队设计并推出了在BSD许可下授权的免费开放指令集架构RISC-V。 其原型芯片也于2013年1月成功流片。

▲RISC发展历史

RISC-V最大的特点就是“简化”。 虽然与ARM一样属于精简指令集架构，但由于RISC-V是近几年才推出的，所以不具备向后兼容的历史包袱，架构短小紧凑。 与x86和ARM往往有数百或数千页相比，RISC-V规范文档只有145页，“特权架构文档”也只有91页。

RISC-V的优点：

1.模块化：RISC-V以模块化的方式将不同的部分组织在一起，试图通过统一的架构来满足各种应用场景。 这种模块化在 x86 和 ARM 架构中不可用。 的。

2、指令数量少：得益于短小紧凑的架构和模块化的特点，RISC-V架构中的指令数量非常简洁。 RISC-V基本指令只有40多条，加上其他模块化扩展指令，总共只有几十条指令。

3、RISC-V完全开源，拥有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）。 其开源特性允许任何用户自由修改和扩展，从而满足定制化需求并大大降低成本。 指令集修改的阈值。

在同类产品中，ARM需要支付高昂的IP费用才能使用，甚至需要支付“预付款”才能看到详情。

▲RISC-V的模块化指令集

▲各指令集架构代码密度对比

▲三种架构对比

2015年，RISC-V基金会正式成立，吸引了、NXP、三星等公司加入。 迄今为止，该基金会已吸引了来自全球28个国家的超过327名会员。 RISC-V基金会负责维护RSIC-V指令集标准手册和架构文档。 RISC-V基金会每年都会举办各种研讨会和全球活动。

▲RISC-V基金会已经拥有较为完善的生态系统

RISC-V 的优缺点

由于x86适合处理大量数据，因此在传统PC和服务器领域占据主导地位。 在手机带来的技术革命下，数据需要快速处理。 ARM架构在手机处理器IP领域占据主导地位。 在半导体历史上，X86和ARM作为主流架构一直占据着很大的市场。 随着物联网时代的到来，RISC-V作为一种新兴架构，凭借其精简的尺寸，或将在未来物联网领域获得绝对优势。

▲不同的架构、数据和应用扩展方式

RISC-V的应用之一：物联网的“碎片化”需求。 由于物联网领域对AI芯片既要求高算力又要求低时延，因此物联网芯片设计必须快速、经济高效、节能。 。 同时，嵌入式市场具有数量少、多样化的特点，各细分应用场景尚未形成真正的壁垒，架构选择多样。 上述原因使得RISC-V成为一个极好的突破口。 RISC-V的开源可以降低成本，并允许用户自由修改和定制。 RISC-V生态系统与敏捷设计同源。 目前，国内外多家芯片公司投入大量资金研发RISC-V在物联网领域的应用。

▲ 物联网领域结构

未来将有300亿台设备接入物联网，因此物联网安全不是奢侈品，而是必需品。 RISC-V 的开源性质允许广泛的受众检查其架构并在其成为广泛的安全事件之前进行纠正。 RISC-V 可以通过提供“修复”核心而不实际改变它的机会来影响我们现有的网络犯罪流行。

RISC-V的应用二：手机市场。 据CEO预测，RISC-V将在两年内进入手机市场，与高通、苹果、三星、联发科等ARM公司争夺智能手机处理器市场，并可能威胁低功耗笔记本处理器。 ARM目前的营收数据略有下降。 2017年和2018年，ARM的设计IP市场份额分别下降了1.6%和1.5%。 因此ARM也做出了相应的改进策略。 2019年7月，Arm推出了新的授权模式：对于中低端芯片的授权，客户不再需要支付“预付款”来查看未来的设计细节。

RISC-V的第三个应用：服务器市场。 虽然目前RISC-V的高性能市场是空白的，但是利用RISC-V本身来设计高性能芯片是没有问题的。 学术界已经有了基于RISC-V架构的511核处理器（）。 但由于RISC-V门槛低的特点，进入的企业规模相对较小，没有足够的资金进行长期布局和研发。 目前还没有人尝试过高性能等需要较长研发时间的领域。

根据CEO的预测，采用RISC-V指令的处理器可能会在五年内进入服务器市场。 AMD和Intel等x86处理器公司可能会担心。

▲ 基于RISC-V架构的511核处理器()

RISC-V的第四个应用：存储市场。硬盘本身并不需要像SSD那样庞大的计算资源，但由于新的磁记录技术，功能更加复杂（例如基于NAND Flash的

缓存、健康管理、QoS），它们的处理要求也越来越高、越来越高等等，这对内存中的控制芯片的计算能力提出了更高的要求。

硬盘本身不需要像SSD那样庞大的计算资源，但由于新的磁记录技术、更复杂的功能（例如基于NAND Flash的缓存、健康管理、QoS）等，其处理要求也在不断增长。这对硬盘提出了更高的要求。对存储器中控制芯片的运算能力提出要求。

虽然数据可以传输到附近的服务器进行聚合和处理，这需要更强大的服务器，但服务器本身在处理快速数据方面效率不高，因此硬盘不仅存储数据，还要处理数据。

目前RISC-V被认为最适合在物联网市场应用。 由于物联网市场更加灵活，是一个“碎片化”的市场，客户需求相对多样化，目前还没有统一市场的单一架构。 RISC-V具有低功耗、低成本、灵活扩展、安全等特点。 可靠的特点。

虽然RICS-V本身是开源免费的，但用户在使用和修改RICS-V架构后可以出售它。 据预测，基于 RISC-V 的 IP 和软件工具的全球收入将从 2018 年的 5200 万美元增至 2025 年的 11 亿美元。

然而，RISC-V最大的缺点是目前缺乏生态系统。 CPU架构的影响力主要取决于它生长的整个生态系统，例如基于x86和基于ARM。 RISC-V目前最缺乏的是生态系统，尤其是物联网的碎片化特性，缺乏统一的软件栈生态系统。

RISC-V基金会实际上并没有对此做出任何定义，而是将生态系统的构建留给了用户。 而且生态系统不是一朝一夕建成的。 RISC-V基金会亚太区副秘书长郭雄飞表示，只有当RISC-V MCU量产并真正可供开发者使用时，相应的软件生态才能大规模爆发。

▲三大架构及生态系统

而且，在AI芯片赛道上，RISC-V拥有最强的竞争对手MIPS。 ARM、MIPS和RISC-V都属于精简指令集（RISC）架构。 智能手机时代，当MIPS选择消费电子时，Arm选择了手机市场。 尽管ARM和MIPS诞生的时间略有不同，但出现较晚的Arm却成为了智能手机时代的标签。 MIPS 和 RISC-V 的架构没有太大区别。 因此，在2018年12月MIPS宣布开源后，MIPS或将成为AI时代RISC-V的有力竞争对手。 并且基于MIPS指令集的芯片已经出货100亿颗，这意味着MIPS处理器在机顶盒、录音笔、智能手表等市场已经非常成熟。 未来，政策、生态、软件等因素将是AI时代两种指令集竞争的重要考量因素。

▲MIPS架构及MIPS公司的发展历史

RISC-V是国产芯片自主控制弯道超车的机会。 目前，所有通用x86架构处理器技术都掌握在Intel和AMD手中，而ARM也受到美国政策的限制。 同时，信息安全也是近年来被强调的话题。 在政府、海关、金融、铁路、民航、医疗、军警等重要部门，保障其通信安全尤为重要。

不过，RISC-V的开源特性使得国内企业可以继续使用它。 同时，由于其模块化设计，模块可以直接应用，使用门槛不高。 并且在新时代物联网等趋势的推动下，RISC-V比其他架构具有更大的优势。 国内企业或可及早布局，成为行业巨头之一。 2018年以来，国内半导体技术圈掀起了关于RISC-V的讨论热潮。

9月20日上午，中国RISC-V产业联盟（China RISC-V，CRVIC）成立大会在张江上海集成电路行业协会会议室顺利召开。 吸引芯原、芯来科技、上海赛方科技、杭州中天微、北京君正、兆易创新、紫光展锐等多家单位加入，芯原担任联盟首届主席单位。

联盟成立的目的是搭建行业交流平台，推动RISC-V的广泛应用； 推动RISC-V人才培养，建立大学培养项目； 促进会员协同发展，建立长效合作机制； 开展RISC-V全球基金会活动，深化国际合作交流。

志东西认为，RISC-V的5大特点，简化、安全、开源、下游市场和生态，决定了RISC-V将在物联网时代大放异彩，而RISC-V指令集可能是最合适的适合我国国情。 其政策与我国秉持的开放、共享、互利、共赢的发展理念完全契合。 PC时代让x86取得了成功。 在移动互联网时代，ARM是绝对主流。 在即将到来的物联网时代，哪种指令集架构会成功？ 很多人对RISC-V持乐观态度。 RISC-V这种不受知识产权限制的全球开放架构，对中国来说是一个很好的机会。 随着RISC-V在国内越来越流行，相信在不久的将来我们就会看到基于RISC-V的RISC-V。 V自主可控芯片诞生。

（本账号为网易新闻·网易账号“每个人都有自己的态度”签约账号）

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