RISC-V技术市场分析
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。
这会是RISC-V的大挑战？
RISC V 是一种开源指令集架构(ISA)，是 Arm 的“免费”替代品。ISA 为处理器提供了一组通用的、重要的但乏味的“蓝图”。每个处理器都需要 ISA 提供的功能来执行一些基本的数学运算。它们需要大量工作来设计和维护，但没有提供太多的最终产品差异化，这意味着使用它们的芯片公司看到将这项工作外包给像 Arm 这样的第三方的巨大优势。
处理器的全部意义在于运行某种形式的软件。尽管 ISA 和软件开发人员相隔数层，但 ISA 对芯片来说是如此基础，以至于 ISA 中的更改会产生真正的软件问题。
尝试在配备 Apple M1 的新 MacBook 上下载一些流行的编程语言，您可能会发现该软件无法在 M1 上运行或需要一些替代测试版。这实际上相当重要，因为这意味着任何运行遗留代码的人都必须忍受巨大的摩擦才能切换到新的 ISA。
ISA 具有难以置信的粘性，更换新的 ISA 是大多数芯片公司不愿做的事情。例如，高通几十年来一直在构建基于 Arm 的芯片，即使 Arm 起诉他们，高通也不太可能将其核心产品转移到 RISC V，因为这会使为基于高通的芯片编写的所有软件变得笨拙，如果不是行不通的话。我们不想夸大这一点，转换并非不可能，只是很难。正如我们上面所说，这是很多摩擦。
这可能是 RISC V 获得采用的一个大问题。
然而，它在一个近乎完美的时刻进入了市场。就在 Arm 在 Softbank 的呵护下冬眠，失去吸引新客户的动力时，半导体初创公司10 年来首次再次萌芽。这包括美国半导体初创公司的萌芽增长以及它们在中国的绝对爆炸式增长。这些公司都没有数十年的遗留 Arm 依赖性，并且乐于采用免费的解决方案。
但是所有这一切都存在一个问题。RISC V 是开源的，这意味着任何想要设计 RISC V 芯片的人都可以在很大程度上灵活地对其 ISA 的具体实现进行各种更改。这意味着每个人的 RISC V 都有点不同。RISC V 组织预见到这个问题并制定了一套兼容性要求，虽然每个人都希望遵守这些要求，但没有真正的执行机制来防止它发生。
这意味着领先的独立 RISC V 芯片设计者（如 SiFive、Andes 和 CodaSIP）的实施可能都略有不同。每个人都完全遵守所有规则，但有些人遵守得更彻底。在许多采用 RISC V 设计的大型芯片公司内部，谁知道发生了什么。
曾几何时，那将是一个表演障碍。80 年代见证了一场操作系统大战，其结果在很大程度上取决于底层芯片和 ISA。这种软件问题会严重阻碍 RISC V 的吸引力，特别是对于一些更雄心勃勃的项目，如服务器 CPU。但这一次会有所不同。这种 RISC V 软件碎片最终可能不会那么重要的原因有两个。
首先，我们使用软件的方式发生了变化。由于互联网和云计算，操作系统不像以前那么重要（它们仍然很重要，但方式不同。）只要底层处理器能够处理基本的网络流量，就会有一种方法可以在其上运行软件。将许多常见的软件应用程序移植到 RISC V 可能会出现问题，正如我们经常注意到的那样，这是将 Arm 排除在数据中心之外的因素，但这只是市场的一小部分。
这可能无关紧要的第二个原因是，RISC V 的大部分用途并不依赖于通用软件——有数百种 RISC V 芯片被设计用于物联网、工业和其他嵌入式应用。我们认为RISC V 将主导这个市场。除非有人为物联网 (IoT) 开发出操作系统，否则这些设备实际上不需要通用的芯片架构。
也完全有可能某一天 RISC V 的软件环境会融合到更兼容的解决方案上。这将花费数年时间并充满各种问题——有人记得打印机和 GPU 驱动程序不兼容吗？——但仍有可能。
在这个阶段，RISC V 看起来势不可挡。这是一件好事。但它不是一个放之四海而皆准的解决方案，它会遇到成长的烦恼，其中许多会发生在软件兼容性方面。这并没有像以前那样存在同样的障碍。
参考文献了解
https://mp.weixin.qq.com/s/StFd6qFSW7IV35hiDRvbzw
https://mp.weixin.qq.com/s/xga81QK_--ynZZ-6GgeEGA
标签：分析,芯片,RISC,技术,开源,软件,Arm,生态 From： https://www.cnblogs.com/wujianming-110117/p/17090809.html