真正讓Arm感到緊張的原因為什麼是RISC-V的靈活性？

PC時代成就了x86，移動互聯網時代Arm是絕對的主流，即將到來的IoT時代，哪種指令集架構會成功？不少人看好RISC-V。隨著RISC-V在全球範圍內，特別是在中國關注度的提升，Arm顯然感受到了壓力，並公開質疑RISC-V面臨的成本、生態系統、碎片化、安全性、設計保證方面的問題。讓Arm真正感受到壓力的，既不是開源也不是性能，而是靈活性？

RISC-V基金會成員

RISC-V的中國熱潮

RISC-V是一個精簡指令集架構（ISA），源自加州大學伯克利分校2010年的一個新項目，其架構簡單、完全開源，且可通過擴展指令做定製化。推出幾年後受到了全球範圍內巨頭們的支持，英偉達、西部數據、谷歌、高通、微軟、華為、阿里巴巴等都加入了RISC-V基金會。並且，在印度政府的大力資助下，RISC-V還成為了印度的國家指令集。

國內RISC-V指令集更是受到關注，特別是去年的中興事件引發了全民對中國芯的關注。「中國RISC-V產業聯盟」和「中國開放指令生態系統(RISC-V)聯盟」也在去年相繼成立，上海市經濟信息委發布的《上海市經濟信息化委關於開展2018年度第二批上海市軟體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》中包含了基於RISC-V指令集架構的處理器晶元方向，可以被視為國內首個支持RISC-V的相關政策。

除了聯盟和政策，國內的企業也在推動RISC-V的發展，中天微去年9月發布了支持物聯網安全的RISC-V處理器，同月，華米也發布了RISC-V開源指令集可穿戴處理器。

此時，非營利性組織RISC-V基金會希望進一步加速RISC-V生態系統在中國的發展，為此成立了中國顧問委員會，並任命半導體資深人士方之熙博士擔任主席，帶領委員會在中國推廣RISC-V的應用，對RISC-V基金會的教育與應用推廣戰略提供指導性意見，同時作為RISC-V基金會和中國政府之間的橋樑。

RISC-V的熱潮仍在持續，2019年5月6日，RISC-V基金會開啟了為期11天，跨越5個城市的RISC-V中國路演，在開幕站深圳，阿里巴巴集團平頭哥半導體、芯來科技、晶心科技、UltraSoC、GreenWaves、SiFive等國內外的公司分享了他們在RISC-V方面的最新進展以及對RISC-V發展的見解。

RISC-V能讓中國芯能避開走不通的兩條路

方之熙在半導體領域有30餘年的豐富經驗，擁有近40項全球專利，曾任英特爾副總裁，並擔任了英特爾中國研究院第一任院長。對於中國的RISC-V熱潮，方之熙接受雷鋒網專訪時表示：「RISC-V在中國受關注有許多原因，但最主要的原因還是中興通訊事件之後，從民眾到產業界都意識到晶元是一個非常重要的產業，中國必須有一套自主可控的晶元。」

RISC-V基金會中國顧問委員會主席方之熙博士

「但有兩條路被證明是走不通的，一條就是關起門來自己做一套東西，比較典型的就是龍芯。因為晶元還是一個商品，性能再高，沒人用就無法體現出價值，所以必須有相應的生態系統發揮價值。第二條路就是跟在別人後面，國內有許多公司做x86、Arm、IBM Power的晶元，在某些特殊領域，用這些指令集架構確實可以做一些事情，但是因為受到ISA所屬公司知識產權（IP）的控制，很難取得成功。」方之熙進一步指出。

RISC-V這個全球開放的架構沒有知識產權的限制，對中國而言是一個很好的機會。方之熙表示， RISC-V既不是關起門來自己做，也不是跟在別人後面，提供了很好的機會，希望中國能夠抓出這個機會，開發出自己的CPU或者MPU（微處理器）。

不過，生態的建設對於一個指令集的成功至關重要，因為在晶元行業里，在構建生態系統時，一開始就有軟體支持架構，之後的形態就很難改變。RISC-V生態的建設剛剛起步，其中涉及到很多軟體，特別是系統軟體，但系統軟體本身不賺錢，RISC-V又是開源，因此美國RISC-V基金會董事會提了很多建議，希望美國的大公司或政府能出資。

「系統軟體很難由一家公司來做，因為這是為所有的RISC-V公司服務，目前美國方面還沒有熱烈的響應。我認為如果中國能有一些項目或者資金的投入，對於增強中國在RISC-V領域的發言權，以及研發中國的CPU，都是很好的機會。」方之熙表示。

靈活性才是RISC-V最大的競爭力

從構建中國自主可控的晶元的角度看，開源開放的RISC-V確實是一個不錯的選擇。那麼從技術角度看，RISC-V的競爭力是價格、性能還是功耗？方之熙認為是靈活性。RISC-V是免費開源的指令集，包含基本指令集、可選擇指令集、用戶指令和特權指令。基本指令集是任何使用RISC-V的公司或個人都必須實現的，操作系統和軟體也建立在這個基本指令集上。可選指令集讓使用者可以選擇支持或者不支持，用戶和特權指令集則可以根據應用場景需求增加。

RISC-V的優勢

可擴展指令集可能帶來碎片化問題，這也是Arm對RISC-V提出的質疑之一。對此，方之熙表示：「開源的硬體和軟體確實要關注碎片化的問題，對於RISC-V，由於基本指令集是必須實現的，系統軟體也局限在基本指令集上，因此通過必須實現的基本指令集和系統軟體的方法避免碎片化。」

他進一步表示，正是因為RISC-V提供了可拓展指令集，也讓RISC-V具備了靈活性，這一點非常重要。x86和Arm的處理器都很好，但是某一家公司希望英特爾為x86處理器增加某些特性的時候，英特爾幾乎不可能這樣做，即便增加了特定的功能，價格也將隨之上漲。Arm作為通用的設計非常好，但許多MCU的公司都用相同的內核，差距更多的是在I/O上，同質化很嚴重，最終就成了價格的比拼。

還有不少人可能期待RISC-V的免授權費帶來的價格優勢，方之熙認為這並不會成為RISC-V最大的優勢，RISC-V會將低端的設計完全開源免費，Arm也能夠把簡單的設計開源免費供大家使用，想要使用RISC-V的公司還是應該關注RISC-V可以根據應用場景實現的差異化。

性能和功耗方面，由於沒有x86或Arm指令集背負的兼容性的包袱，從這個角度看RISC-V指令集對提升功耗和性能有很大的好處。但方之熙強調：「指令集與性能和功耗的關係不是太大，最主要的還是設計功力，一個團隊如果設計過幾個晶元後就會有比較強的功力，同樣的指令集架構他們就能設計出功耗和性能更好的處理器。」

RISC-V的靈活性在AI中同樣可以發揮作用。方之熙表示，AI中的信息安全更加重要，RISC-V的方案比較靈活，更容易實現安全的性能。

RISC-V的靈活性將在四大領域展現優勢

既然靈活性是RISC-V最重要的特性，那這種靈活性在哪些領域能體現出來？

• 方之熙認為，第一個領域是IoT，這個市場本身也面臨碎片化的問題，開發者可以開發RISC-V的用戶指令集，滿足從低功耗的可穿戴設備到普通家電再到工控市場等的晶元。

• 第二個市場是專用晶元，比如西部數據以及Nvidia開發專用的RISC-V控制器，他們可以加入新的指令，不僅能降低功耗和提高性能，還能夠設計不同的安全機制和安全演算法。在國內，高鐵、電網等細分市場對專用晶元也有很強的需求，還能夠滿足自主可控的要求。

• 第三個市場是數據中心市場，亞馬遜、谷歌、Facebook都有自己的數據中心，但現在的數據中心處理器的功耗是非常大的問題，由於這些公司在軟體上不依賴於其他公司，因此他們可以根據自己的需求以及商業模式設計適合自己的RISC-V處理器。特別是在AI時代，不同的深度學習演算法對於硬體架構的要求差距很大，這時候靈活的RISC-V處理器能夠更好地滿足要求。

• 第四個市場是邊緣計算市場，這個市場目前正在快速發展，但被業界廣泛地看好。在邊緣計算市場，同樣有非常多的應用場景，比如智能家庭、智能交通、智能樓宇、智能工業，這些應用對晶元的性能、功耗、安全性都有不同的要求，RISC-V的靈活性可以很好的發揮作用。

值得注意的是，目前RISC-V的標準指令集里還沒有安全指令，但可以用國際通用的方法比如TrustZone去實現安全機制。但Arm的經驗告訴我們，這樣統一的方法很容易被黑客發現問題或者攻擊。因此RISC-V基金會進行了許多討論，發現信息安全在不同的領域和不同的國家很難有統一的方法，因此信息安全委員會目前更傾向於不在RISC-V中加入統一的安全指令，而是讓不同的領域和地區自己確定安全指令。當然，這些安全指令相互不重疊。

方之熙表示：「真正理解RISC-V的優點，利用好RISC-V的靈活性優勢，能夠根據應用的需求設計出差異化且合適的RISC-V晶元滿足市場需求，它一定比Arm好，將來會成為這個領域的第一名。」

使用RISC-V需要拋棄短平快的想法

據雷鋒網了解，今年1月份國內大概有60多家公司想使用RISC-V，但其中想設計RISC-V CPU的公司不到三分之一。因此，方之熙也特別指出，RISC-V雖然是開源的，但不是像Linux和Android一樣拿來就可以用，RISC-V是一個指令集架構，想要使用它還要做很多設計工作，這些工作不僅必要而且辛苦，甚至比Arm的設計還要難一些。

「想要做RISC-V的公司一定要拋棄短平快的想法，因為晶元和互聯網不一樣，不是更早把晶元推向市場就能佔有市場。性能、可靠性、安全性更強，但推出時間晚一些同樣能佔領市場，關鍵還是要沉下心認真研究應用的需求，讓RISC-V晶元適應這個市場，讓客戶願意用。」方之熙進一步表示。

RISC-V基金會成員數量

另外，RISC-V在全球範圍內有超過235個成員，加入基金會的中國公司只有二十多個。方之熙對此表示，希望鼓勵和看到更多中國公司加入RISC-V基金會。他表示，加入RISC-V基金會每年的會費最低只要5000美金，對於一家公司而言這並不算很多的費用。但加入基金會有很多好處，不僅能夠參加委員會的各種活動，能夠與來自不同背景不同公司的人討論各種提案，也能夠加深對RISC-V的理解。並且，RISC-V基金會非常民主，在討論新的指令和標準時，如果中國公司不參與其中，如果有建議自然就不會被採納。

雷鋒網小結

RISC-V作為新的開源指令集架構引發了全球的關注，去年Arm建立網站對RISC-V攻擊的行為表明了Arm對於這個新架構的擔心。在採訪方之熙博士的過程中，他一直強調RISC-V靈活性的優點。這從很大程度上證明了讓Arm真正感到焦慮的，是RISC-V的靈活性，這種靈活性能夠更好地滿足未來市場的需求。基於RISC-V的靈活性，它能夠在IoT、專用晶元、數據中心、邊緣計算市場發揮出性能、功耗、安全性的優勢。

當然，我們也要看到RISC-V確實存在的問題，比如碎片化的風險，以及生態系統的建設還處於非常早期的階段，想要設計相對複雜的RISC-V晶元仍然需要工具鏈的支持。

不過，一個指令集的成功涉及到許多因素，因此RISC-V能否成功我們拭目以待。至於中國芯能否抓住RISC-V的機會實現自主可控的一套晶元，我們保持樂觀。

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