三大主流架構(gòu)一直處在輿論的風(fēng)口浪尖。目前x86架構(gòu)掌控著全球的高性能計(jì)算領(lǐng)域，ARM則是主導(dǎo)了移動計(jì)算，新興的RISC-V已經(jīng)成為第三大芯片架構(gòu)，此前出貨量剛剛超過100億，但是其發(fā)展速度更快，預(yù)計(jì)在2025年就能實(shí)現(xiàn)600億出貨量。

半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫記者在2023 IIC Shanghai現(xiàn)場采訪到了提供RISC-V內(nèi)核的SiFive公司，他們表示最近幾年，中國對RISC-V的興趣越來越大，這刺激了該架構(gòu)的普及，到2025年，將有超過600億個(gè) RISC-V 內(nèi)核集成到物理IC中。此前，SiFive首席執(zhí)行官兼董事長Patrick Little也表示，當(dāng)前客戶對公司的市場需求格外強(qiáng)烈?！癛ISC-V將爭奪所有未來計(jì)算平臺的核心。作為RISC-V的創(chuàng)始人和市場領(lǐng)導(dǎo)者，我們有責(zé)任引領(lǐng)這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)向前發(fā)展，并為客戶提供Arm和其他公司的先進(jìn)計(jì)算替代方案。”

當(dāng)今市場，三家架構(gòu)戰(zhàn)火紛飛的如何？


01
X86被替代？

今年1月，英特爾披露的數(shù)據(jù)顯示，2022財(cái)年，其實(shí)現(xiàn)收入631億美元，同比下降20%；凈利潤80億美元，同比下降60%。其中，2022年第四季度虧損6.61億美元，且預(yù)計(jì)虧損還將延續(xù)至今年第一季度。多位分析師認(rèn)為，英特爾發(fā)力移動端太晚，加上早期生態(tài)管理策略過于封閉，新領(lǐng)域創(chuàng)新不足，其包括ARM架構(gòu)在內(nèi)的移動芯片架構(gòu)后發(fā)劣勢明顯，即便是在X86芯片架構(gòu)這個(gè)“自留地”，也遭受AMD壓制。同時(shí)蘋果這個(gè)移動芯片設(shè)計(jì)龍頭已經(jīng)開始蠶食 X86 架構(gòu)和服務(wù)器市場。

1978年，隨著英特爾發(fā)布了8086處理，全球進(jìn)入x86架構(gòu)時(shí)代，早在上個(gè)世紀(jì)90年代我國臺灣省的威盛公司，也就是HTC董事長王雪紅所創(chuàng)立的企業(yè)，拿到了x86架構(gòu)的授權(quán)，也推出了x86系列的芯片，而且命名為“中國芯”，然而由于諸多原因，威盛公司X86芯片最終被市場淘汰了。而內(nèi)地在2010年之前，尚沒有一家公司拿到x86架構(gòu)的授權(quán)。

但是，從2013年起，國內(nèi)市場出現(xiàn)了變化，尤其是兆芯和海光的出現(xiàn)，讓國內(nèi)電腦用戶看到了國產(chǎn)X86芯片的曙光。

從2013年，上海兆芯就進(jìn)入X86處理器研發(fā)，但是從官網(wǎng)公布的資料來看，最新的PC以及服務(wù)器的芯片，還是在2019年發(fā)布的，分別是開先KX-6000和開勝KH-3000，這兩款芯片都是16納米工藝，其中最強(qiáng)兆芯KX-U6780A的單核性能只相當(dāng)于i5-7400的44%。

根據(jù)消息顯示，2022年1月份上海兆芯提前預(yù)報(bào)了會在今年各發(fā)布一款服務(wù)器芯片和桌面處理器芯片，按照之前公布的路線顯示，應(yīng)該會是全新CPU 微架構(gòu)的KX-7000系列，有可能采用的就是7納米的制程工藝，而且根據(jù)公司透露，目標(biāo)是達(dá)到AMD同期的水平。

與此同時(shí)，ARM架構(gòu)也開始興起，蘋果電腦也轉(zhuǎn)向了以ARM架構(gòu)，而且微軟也宣布支持ARM架構(gòu)，這也就意味著過去wintel生態(tài)將面臨瓦解，X86架構(gòu)也不再是萬金油。


02
ARM架構(gòu)：從0.5還沒到1

根據(jù)指令集（又稱為架構(gòu)或ISA）的不同，CPU分為不同流派。50年間也浮現(xiàn)了諸多指令集，但一些參與者或由盛轉(zhuǎn)衰，逐漸淡出市場，或初出茅廬，尚不能擔(dān)重任。目前市場形成以英特爾和AMD為代表的x86指令集占大部分份額、Arm指令集占小部分份額的局面。

2012年，Arm正式推出了自己的第一個(gè)64位指令集處理器架構(gòu)ARMv8，希望進(jìn)入服務(wù)器等新的領(lǐng)域。此后，飛騰很果斷的放棄了SPARC，拿下ARMv8指令集架構(gòu)的授權(quán)，全面轉(zhuǎn)向了Arm陣營。

自蘋果棄用x86，推出M1后，把Arm帶得風(fēng)生水起。如今，Arm指令集在芯片國產(chǎn)化運(yùn)動中展現(xiàn)出的潛力，也吸引大量資本進(jìn)場，比如飛騰。2023年1月，據(jù)飛騰宣布，自 2019 年飛騰啟動軟件兼容性互認(rèn)證工作以來，截至 2022 年底，超過 3000 款國產(chǎn)軟件產(chǎn)品與飛騰完成兼容性適配認(rèn)證。構(gòu)建起了國內(nèi)最完善、最龐大的從端到云的信息化建設(shè)全棧生態(tài)體系，這是補(bǔ)齊國產(chǎn)CPU短板，打破“卡脖子”封鎖路上的一大步。

2020年12月，由飛騰嵌入式研發(fā)團(tuán)隊(duì)研制的新一代8核桌面處理器飛騰騰銳D2000正式發(fā)布，集成8個(gè)飛騰自主研發(fā)的新一代高性能處理器內(nèi)核FTC663，采用亂序四發(fā)射超標(biāo)量流水線，兼容64位ARMV8指令集并支持ARM64和ARM32兩種執(zhí)行模式，支持單精度、雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算指令和ASIMD處理指令，支持硬件虛擬化。D2000性能與國際先進(jìn)水平比肩，安全性進(jìn)一步提升。飛騰騰銳D2000處理器市場銷量已突破300萬片，是目前信創(chuàng)市場廣受認(rèn)可的自主桌面CPU。

但如今面臨美國的制裁，如果國內(nèi)廠商無法拿到升級版的ARM架構(gòu)，怎么辦呢？半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫記者采訪了飛騰工作人員這個(gè)問題，她認(rèn)為ARM最新架構(gòu)v10的提升相對于v9來說不算大，“V9夠用而且我們是永久買斷的，所以現(xiàn)在的環(huán)境對我們來說沒有威脅，我們的產(chǎn)品也進(jìn)入到了核心領(lǐng)域?！睋?jù)介紹，目前最大的信創(chuàng)工程是金稅四期，服務(wù)了2500萬的企業(yè)用戶，2.8億的個(gè)人用戶，從x86換成飛騰之后，性能提升了3倍以上。

國產(chǎn)化的系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢是“因地制宜”地做系統(tǒng)級優(yōu)化，芯片、整機(jī)、操作系統(tǒng)一起提升，也就是舉國體制的優(yōu)勢。盡管優(yōu)勢很多，但是坦言講，我們的國產(chǎn)化替代也是依舊沒有到“1”。信創(chuàng)設(shè)備3年可能換一批，飛騰的業(yè)務(wù)也作出了相應(yīng)的調(diào)整，開始攻克下沉市場，進(jìn)入鄉(xiāng)縣。雖然財(cái)政壓力比較大，但是今年目前來看Q1比去年好很多，從“推”逐步變?yōu)椤氨徽摇薄?br />

03
RISC-V：國產(chǎn)新寵兒？

RISC-V作為較新的指令集，技術(shù)上是有一定的優(yōu)勢，但在國內(nèi)如此受關(guān)注，其實(shí)最大的原因是這個(gè)指令集是開源免費(fèi)的，基于這套指令集設(shè)計(jì)的芯片無論用于科研和商業(yè)均無需給Intel和ARM上稅。目前市面上常見的指令集都是要收費(fèi)的，例如華為麒麟芯片，就購買了ARM家的指令集。這些有指令集知識產(chǎn)權(quán)的公司均為國外公司，非常不利于我國實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵芯片的自主可控。目前，國內(nèi)外已經(jīng)有非常多的RISC-V核心RTL代碼，好多是開源的，如果你感興趣可以下載一個(gè)研究研究。比較有名幾個(gè)例如Rocket Core、Boom Core、LowRISC SoC均提供源代碼。如果用于商用，國內(nèi)外也有許多商業(yè)公司提供穩(wěn)定的RISC-V IP核心。例如國外的SiFive公司、Microsemi公司、國內(nèi)的阿里平頭哥、芯來科技等公司。

RISC-V架構(gòu)誕生于2010年，不過在頭幾年這個(gè)架構(gòu)一直不瘟不火，直到2018年中國芯片行業(yè)開始關(guān)注RISC-V架構(gòu)，到2019年華為由于眾所周知的原因無法獲得ARM的授權(quán)，中國芯片開始全力投入RISC-V陣營，至今RISC-V的19個(gè)高級成員就有12家是中國芯片企業(yè)。

自那時(shí)候起，RISC-V開始進(jìn)入飛速發(fā)展階段，尤其是以阿里平頭哥為首的國產(chǎn)芯片企業(yè)為RISC-V的發(fā)展做出了巨大的貢獻(xiàn)，據(jù)稱阿里平頭哥開發(fā)的RISC-V架構(gòu)芯片玄鐵910自推出以來，通過向國內(nèi)芯片企業(yè)授權(quán)，已出貨超過30億顆，在中國芯片的力推下，RISC-V架構(gòu)芯片僅花了12年時(shí)間就出貨100億顆，比ARM當(dāng)年實(shí)現(xiàn)100億顆芯片出貨量提前7年。

阿里平頭哥和國內(nèi)芯片企業(yè)基于RISC-V架構(gòu)研發(fā)的芯片被廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，由此RISC-V架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)站穩(wěn)了腳跟，逐漸形成了RISC-V占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)芯片市場，ARM壟斷移動芯片市場，Intel則在PC處理器和服務(wù)器芯片市場居于主導(dǎo)地位的三足鼎立之勢。

RISC-V獲得中國芯片的青睞在于它屬于全新架構(gòu)，這就意味著歐美企業(yè)都未能獲得優(yōu)勢的專利，中國芯片基于RISC-V架構(gòu)開發(fā)芯片將不受歐美企業(yè)限制，這與ARM因?yàn)槊绹髽I(yè)貢獻(xiàn)了太多專利，導(dǎo)致ARM一直受制于美國有很大差異。

RISC-V從一開始就定位為開放架構(gòu)，任何企業(yè)、個(gè)人都可以基于RISC-V開發(fā)芯片，它的授權(quán)費(fèi)幾乎為零，這對于剛創(chuàng)業(yè)不久的中國芯片企業(yè)非常合適，可以大幅降低開發(fā)芯片的難度，而ARM架構(gòu)的授權(quán)費(fèi)雖然已很低，但是開發(fā)芯片加上流片費(fèi)用首期可能要千萬美元，這是許多創(chuàng)業(yè)芯片企業(yè)無法承受的。

當(dāng)然RISC-V架構(gòu)自身也足夠優(yōu)秀，RISC-V的開創(chuàng)者就是希望開發(fā)一個(gè)可以用成熟工藝生產(chǎn)出性能更強(qiáng)的芯片，同時(shí)進(jìn)一步降低功耗，基于這一理念，RISC-V的核心架構(gòu)比ARM更簡潔、效率更高，從SiFive公司和中國芯片基于RISC-V開發(fā)的芯片來看也證明了這一點(diǎn)。

到如今連最看重穩(wěn)定性、可靠性的NASA也選擇RISC-V架構(gòu)，無疑證明了RISC-V架構(gòu)確實(shí)足夠優(yōu)秀，這將進(jìn)一步加速RISC-V架構(gòu)在全球的發(fā)展。

中國芯片如今成功推動RISC-V架構(gòu)在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展起來后，正力推它進(jìn)入PC、服務(wù)器芯片市場，可以預(yù)期在中國芯片的努力下，RISC-V架構(gòu)將得到更廣泛的應(yīng)用，對ARM、Intel的威脅也進(jìn)一步加大。

RISC-V的出現(xiàn)其實(shí)給直接競爭對手ARM帶來了巨大壓力，以至于ARM公司某天突發(fā)奇想，偷偷上線了一個(gè)域名為http://riscv-basics.com的網(wǎng)站，專門用來黑RISC-V。由此可以看出RISC-V對傳統(tǒng)廠商的沖擊。

3月26日，在北京舉行的第十屆開源操作系統(tǒng)年度技術(shù)會議(OS2ATC)傳來全球首款RISC-V筆記本電腦ROMA正式發(fā)布這一振奮人心的消息。該電腦默認(rèn)搭載國產(chǎn)操作系統(tǒng)開放麒麟(openKylin)，被視為中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵，同時(shí)也是國產(chǎn)操作系統(tǒng)領(lǐng)域具有劃時(shí)代意義的事件。

ROMA由RISC-V基金會牽頭，深度數(shù)智開發(fā)、鑒釋科技調(diào)試的全球首款原生RISC-V開發(fā)筆記本電腦，它的誕生意味著openKylin正式面市，接受市場和用戶的檢驗(yàn)。而參與開發(fā)的三家實(shí)體，均來自于openKylin社區(qū)戰(zhàn)略合作伙伴。

RISC-V作為一款開源指令集，被視為是繼x86、ARM架構(gòu)之后，中國芯片產(chǎn)業(yè)的第三條路，為我們構(gòu)筑國家信息安全底座提供了新的選項(xiàng)。很多人認(rèn)為，RISC-V架構(gòu)可能是中國芯崛起的關(guān)鍵。中國工程院院士倪光南曾指出，RISC-V架構(gòu)應(yīng)該成為國內(nèi)科技企業(yè)的新焦點(diǎn)。

目前我國已經(jīng)越來越重視開源，在2021年十四五規(guī)劃中首次將支持?jǐn)?shù)字技術(shù)開源發(fā)展寫入國家戰(zhàn)略規(guī)劃之中，這讓我國的開源事業(yè)進(jìn)入了新階段，今后中國的開源貢獻(xiàn)會不斷增長。

OpenHarmony的開源是中國開源發(fā)展中的重要里程碑，其發(fā)展十分迅猛。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前HarmonyOS的華為設(shè)備數(shù)已經(jīng)有3億臺，生態(tài)合作伙伴超過2000家。

OpenEuler是中國業(yè)界優(yōu)秀開源社區(qū)的另一個(gè)例子，openEuler面向服務(wù)器操作系統(tǒng)。2019年發(fā)布了openEuler開源項(xiàng)目，目前openEuler開源社區(qū)貢獻(xiàn)者已經(jīng)達(dá)到了9396人，全球下載遍及120個(gè)國家，1500個(gè)城市，55萬的下載量，專業(yè)組達(dá)到96個(gè)，已經(jīng)成為全球開發(fā)者最關(guān)注的開源項(xiàng)目之一，在openEuler社區(qū)中中國企業(yè)作出了重大貢獻(xiàn)。這充分說明開源是時(shí)代的產(chǎn)物，是科學(xué)傳播精神的體現(xiàn)。

開源不僅可以更好的推進(jìn)科技的進(jìn)步，也是中國加速融入世界創(chuàng)新的有效方式。同樣開源模式已經(jīng)從軟件領(lǐng)域走向了硬件領(lǐng)域。近年來國際上一種新型的開源RISC-V ，為我國掌握芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動權(quán)提供了機(jī)遇。它由美國加州大學(xué)在2010年發(fā)布，他們創(chuàng)造了一種通用的計(jì)算機(jī)芯片指令集既降低了進(jìn)入芯片行業(yè)的門檻，也符合未來萬物互聯(lián)的技術(shù)發(fā)展趨勢。

同時(shí)RISC-V采取開源模式，目前已經(jīng)有越來越多的國家、企業(yè)、高校、科研院所擁抱RISC-V架構(gòu)。它對中國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)同樣有重要意義。


04
未來三大架構(gòu)將共存，沒有誰打敗誰

從行業(yè)應(yīng)用來看，當(dāng)前主流架構(gòu)是英特爾的X86和ARM，分別對應(yīng)于微軟Windows操作系統(tǒng)及谷歌安卓操作系統(tǒng)。

近年來，AIoT市場的爆發(fā)改變了x86和ARM兩強(qiáng)的格局，定制化、專用化的芯片成為新的趨勢，而x86和ARM的商業(yè)模式遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足市場需求，RISC-V的優(yōu)勢開始凸顯，極有希望發(fā)展成為第三大架構(gòu)生態(tài)。

在談到未來三種架構(gòu)的關(guān)系時(shí)，平頭哥半導(dǎo)體有限公司副總裁孟建熠表示：“在很長的時(shí)間里面，X86、ARM、RISC-V是共存的，不是RISC-V一定要打倒誰。”

經(jīng)過多年的建設(shè)，中國RISC-V生態(tài)已初具規(guī)模。數(shù)據(jù)顯示，2022年，采用RISC-V架構(gòu)的處理器已出貨100億顆，到2025年將突破800億顆。

在IoT領(lǐng)域，2025年，預(yù)計(jì)將有28%的市場會被RISC-V所占有。在RISC-V最有機(jī)會發(fā)力的AI和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，復(fù)合增長率將超過70%，到了2027年，生態(tài)中將會達(dá)到250億件設(shè)備。

回到平頭哥在RISC-V處理器及芯片的研發(fā)上。目前，平頭哥已推出3大系列、8款RISC-V處理器，覆蓋高性能、高能效、實(shí)時(shí)可靠等場景需求，是RISC-V量產(chǎn)芯片采用最廣泛的處理器。

在軟件工具及應(yīng)用層面，平頭哥首次完整推出“基礎(chǔ)軟件三件套”——編譯器TAC、編譯環(huán)境CDK、部署工具集HHB。不僅提升了RISC-V開發(fā)環(huán)境及工具棧效率，還已經(jīng)在商用IM（即時(shí)通訊）工具釘釘、創(chuàng)維酷開電視端WebOS等不同場景中落地。

產(chǎn)業(yè)內(nèi)十分關(guān)注的還有RISC-V Vector1.0標(biāo)準(zhǔn)，這也是RISC-V的首個(gè)穩(wěn)定版本，之后的所有修改都將保持兼容性，因此開發(fā)者可以在此基礎(chǔ)上開始開發(fā)工具鏈、功能模擬器和實(shí)現(xiàn)，以及使用該指令集的軟件。

目前，RISC-V芯片生態(tài)與操作系統(tǒng)等基礎(chǔ)軟件生態(tài)正加速融合。平頭哥已基本完成國際及國內(nèi)主流操作系統(tǒng)與RISC-V的全適配，包括安卓、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龍蜥、統(tǒng)信、openKylin、創(chuàng)維酷開系統(tǒng)、RTT等操作系統(tǒng)。這意味著，RISC-V完全有能力通過云、桌面、終端等不同操作系統(tǒng)承接軟件應(yīng)用。

除此之外，平頭哥還拿到了全球首張架構(gòu)兼容性測試證書。目前，平頭哥正在持續(xù)推動RVV1.0架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)、面向人工智能的全新Matrix矩陣標(biāo)準(zhǔn)以及RISC-V安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等。

在談到Risc-V的全球格局時(shí)，孟建熠表示，北美依然是RISC-V創(chuàng)新高地。從處理器IP到軟件，到data center都在全面探索。歐洲公司也都在逐步從原有架構(gòu)轉(zhuǎn)到RISC-V架構(gòu)。

實(shí)際上，中國企業(yè)在推動RISC-V國際標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond表示，基金會22位高級會員中有12名來自中國。在國際標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)中，平頭哥領(lǐng)導(dǎo)了其中的11個(gè)主要技術(shù)小組，推動了29個(gè)技術(shù)方向的標(biāo)準(zhǔn)制定，是公認(rèn)的投入力量最大的中國機(jī)構(gòu)。

談到平頭哥在RISC-V上將發(fā)力的方向時(shí)，孟建熠表示，目前來說，規(guī)模和標(biāo)桿對RISC-V都很重要，平頭哥將發(fā)力高端?！叭绻麅H從規(guī)模角度看，大家總覺得它可能比較低端，甚至不能做高端。今天，我們也在高端上不斷嘗試，比如高端存儲、網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算、通信，都在不斷往高性能做。去年我們已經(jīng)布局，明年就可能發(fā)布。”

RISC-V 之父、圖靈獎得主 David Patterson 表示：“RISC-V 是一個(gè)全球現(xiàn)象，有超過 60 個(gè)國家的開發(fā)者們在研究它，在亞洲，許多知名企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、行業(yè)協(xié)會都積極參與。從嵌入式，到各類型的計(jì)算機(jī)，最后到大型主機(jī)，我認(rèn)為，3 到 5 年后，RISC-V 將無處不在！”