中國芯的“新機遇”:國內芯片企業入局RISC-V架構

正當國內“芯片熱”達到鼎盛,RISC-V 象徵自主、可控、創新的形象儼然成為中國芯的“新機遇”

,對比另一個開源架構MIPS 命運多舛, RISC-V 是萬人擁戴,成為國內芯片開源指令集架構的希望之翼,更巧妙避開英特爾(Intel)和ARM 盤踞的PC 和手機領域,鎖定AI 、物聯網企圖以此要拿下半壁江山。這次RISC-V 對上ARM ,國產芯片的自主可控之路,確實是突圍有望。

正當英特爾滿足於 PC 和伺服器霸主市場,輕忽手機帶來的科技新革命, ARM 架構已經默默在手機處理器 IP 領域一統江山,並且建立起龐大的生態系統供應鏈,等到英特爾覺悟想要回攻手機領域時,一切為時已晚。


中國芯的“新機遇”:國內芯片企業入局RISC-V架構

甚至,一手推升 ARM 今日地位的蘋果(Apple),進一步計劃最快在 2020 年將 Mac系列產品從英特爾處理器改為 ARM 架構處理器,足見英特爾與 ARM 之間的戰火尚未平息。

然而此時,另一個星星之火正悄悄被點燃,就是標榜開源架構的 RISC-V ,瞄準 AI 、物聯網兩大領域伺機而動,未來RISC-V是否憑藉著“燎原之勢”突圍 ARM 的包圍,值得密切觀察。

多年深耕推動中國芯片產業發展的芯原董事長戴偉民,就認為這可能會是中國芯片產業的全新際遇。戴偉民認為,因為物聯網應用的碎片化特性適合打游擊戰,眼前中國芯片產業在物聯網領域 RISC-V 確實有很好的機會,但選擇開源架構是很辛苦的事,成功需要群聚效應,也需要更多業者堅持長期投入。

“碎片化”特性讓 RISC-V 和物聯網十分契合,擺脫生態系統的鉗制

目前物聯網領域的芯片尚無統一架構,但 ARM 架構仍是佔大多數, RISC-V 選擇物聯網這個特性“碎片化”的市場來一一攻城掠地,不敢說是勝券在握,但勝算確實可提升幾分。

首先,RISC-V 有個一體兩面的“優勢”兼“劣勢”,就是“碎片化”特性。 “碎片化”也是物聯網領域的特性,該特性也使得 RISC-V 對於生態系統的依賴度大幅降低,讓 RISC-V 和十分擅長玩生態系統圈的 ARM 在競爭AI 、物聯網版圖時,立足點稍微公平些。


中國芯的“新機遇”:國內芯片企業入局RISC-V架構

圖 | 最近的中國家電與電子消費品大會上,華為宣佈要用AI、物聯網賦能家電業(來源:東方IC)

RISC-V 在物聯網領域確實有一定的優勢,那 RISC-V 在 AI 芯片領域的機會呢?業內資深人士認為,傳統 ARM 架構擅長的 general purpose 不一定適合 AI 芯片,因為不同的 AI 芯片強調的功能不一樣,有些是語音,也有些是其他方面,像是 RISC-V 這種彈性的架構比較容易讓芯片客製化。

除了物聯網、 AI 芯片外,未來在手機芯片上,也開始有一些手機芯片大廠考慮導入 RISC-V 架構。當然,主芯片方面一定仍是使用傳統的 ARM 架構,但周邊一些對於生態系統依賴度較低的芯片,舉例像是觸控芯片、語音芯片,確實可以轉到 RISC-V 架構,優點是不需授權金、指令集可以客製化

面對 RISC-V 單挑,ARM也有對策一路因應

面對 RISC-V 浪潮的來勢洶洶, ARM 當然有祭出對策。 ARM 不斷升級 DesignStart 計畫,可以取得的免費 Cortex 系列處理器 IP 越來越多,或是針對一些客戶初期不收授權金,等到量產再收取權利金等策略,降低一些中小企業在AI 、物聯網領域導入 ARM 架構的

成本疑慮。

一講到 RISC-V 優勢,很多人第一個會想到“免費”+“開源”,在“免費”方面,業界或許有些不同的聲浪,然而,談到 RISC-V 架構,就不能不提 SiFive


中國芯的“新機遇”:國內芯片企業入局RISC-V架構

圖 | SiFive 創始人(來源:官網)

RISC-V 基金會是力推此免費開源架構的非盈利組織,而 SiFive 則是一家營利為導向的商業公司。簡單而言, SiFive 就像是 RISC-V 的

設計服務公司(Design Service),彼此關係就像是創意電子是臺積電的芯片設計服務公司,協助一些資源不足的中小公司進行芯片設計、流片、後段等服務。

因此,一些中小公司會委託 SiFive 來採用 RISC-V 架構設計量產芯片,是要付錢給 SiFive ,從這個觀點來看, RISC-V 架構就不是免費的。

然而,如果是一些龍頭型的芯片設計公司,有足夠的資源協助,就可以自己去下載 RISC-V 的開源指令集,再自行修改後,獨立進行客製化芯片,這樣的 RISC-V 架構芯片就是屬於既開源又免費。

自主可控、開源、免費,各方想擺脫英特爾和 ARM 的鉗制力

RISC-V 做為被萬人簇擁的芯片開源新架構,關鍵在於過往英特爾的 x86 和 ARM 的專利掌握在少數公司手上, ARM 在手機市場雖然極度成功,但授權費高昂,英特爾的 x86 甚至不對外授權,在“萬物聯網”時代來臨後,大家開始思考一個不被高額授權金綁住的CPU指令集架構(ISA),因此 RISC-V 成為眾望所歸,又搭上這一波國內對於芯片產業自主可控的熱潮,商機欲乘風波浪而起。

2018 年 10 月,中國 RISC-V 產業聯盟正式成立,主要是著眼於國內半導體企業的 SoC 設計能力強,但相對而言, IP 環節較為弱勢。第一個表態支持 RISC-V 架構的是上海,在《上海市經濟信息化委關於開展 2018 年度第二批上海市軟件和集成電路產業發展專項資金(集成電路和電子信息製造領域)項目申報工作的通知》中,明確支持 RISC-V 相關設計和開發的企業,這對於國內半導體產業推動 RISC-V 是非常大的突破和助力。

臺灣地區也在 2019 年 3 月正式成立臺灣 RISC-V 產業聯盟,由臺灣物聯網產業技術協會( TwIoTA )理事長黃崇仁主力推動,串聯海內外 RISC-V 生態系資源,推進 AI 、物聯網領域,進一步邁入 5G 通訊趨勢與商機,中國 RISC-V 產業聯盟理事長兼芯原董事長戴偉民也親自到臺灣參加成立大會。


中國芯的“新機遇”:國內芯片企業入局RISC-V架構

圖 | 臺灣RISC-V聯盟啟動儀式暨研討會,左至右為力晶總經理王其國、執行長黃崇仁、芯原董事長戴偉

戴偉民表示, RISC-V 架構鎖定物聯網領域,其碎片化特性適合打游擊戰,但成功需要群聚效應,當初如果英特爾把所有資源放在手機市場,也不會有今天的 ARM ,後來 ARM 想要攻打英特爾固守的伺服器市場也不容易,眼前在物聯網領域 RISC-V 有很好的機會,但開源是很辛苦的事,前方路長且需要努力

RISC-V 是 1979 年加州大學伯克利分校 David Patterson 教授所提出,主張硬件就該專攻加速常用的指令,優點是架構設計簡單,且功耗面積低。並在 2015 年成立一個非營利性組織機構進行推廣。

目前RISC-V基金會在全球範圍已經有 150 多家會員,包括 Google、三星、英偉達(Nvidia)、Tesla、IBM、高通、NXP、西部數據(WD)等國際大廠,國內推廣者還有芯原、杭州中天微、晶心、芯來、君正等。

2018 年底,西部數據也發表創新技術,以推動開源介面標準與 RISC-V 處理器發展,同時計劃開放全新 RISC-V SweRV Core 原始碼,以加速核心至邊緣專用化架構發展,目標是將 10 億個核心處理器移轉至 RISC-V 架構,作為力挺 RISC-V 的重要一步。

國內芯片公司紛紛加入 RISC-V 陣營,看好未來商機無限

2018 年下半年起,有華米、中天微、樂鑫等代表性企業表示支持 RISC-V 。

首先,華米科技也發佈黃山一號芯片,沒有采用傳統的 ARM 架構處理器,而成為全球第一款採用 RISC-V 開源指令架構的穿戴式處理器,相比 ARM Cortex-M4 處理器的運算效率高出 38% ,凸顯 RISC-V 對於低功耗市場的調性符合。

阿里巴巴旗下的中天微也宣佈推出支持 RISC-V 第三代指令系統架構處理器 CK902 。再者,上海樂鑫也基於 RISC-V 指令集架構開發物聯網芯片。

另外,臺灣晶心科技也表示 RISC-V 架構的授權合約已經佔總授權合約的三分之一,一般從研發導入到量產出貨約需要一年左右的時間,因此 2019 年晶心科受惠於 RISC-V 架構量產出貨帶來的權利金將更為明顯。

國內半導體產業走到處處是機會,但也面臨處處有鉗制的局面,過去不少自主芯片開發受挫的案例,這次 RISC-V 架構的崛起,不少人抱持高度期待,但也有些質疑聲浪,畢竟主力競爭對手 ARM 並非等閒之輩,很多人擔心 RISC-V 的簇擁之勢只是曇花一現,很快曲終人散。

但多數業者認為,時機很重要,如果仍是手機時代當道,別說是 RISC-V 架構,英特爾也拿 ARM 沒轍,但現在物聯網、 AI 的產業特性與 RISC-V 特性吻合,加上兩岸半導體產業都陸續有許多芯片廠商站出來登高一呼, RISC-V 挾著開源、免費、自主、創新等優勢,確實很有機會在 AI 、物聯網市場與 ARM 一博天下


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