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RISC-V（读作“risk-five”）是一种基于精简指令集（RISC）原理的开源指令集架构（ISA），简单解释为一种对应于开源的“开源硬件”软件运动。 该项目于 2010 年在加州大学伯克利分校启动，但许多贡献者都是校外的志愿者和行业工作者。 与大多数指令集相比，RISC-V指令集可以自由用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件，而无需支付任何公司专利费。 虽然这不是第一个开源指令集，但它的意义重大，因为它的设计使其适用于现代计算设备。 设计人员考虑了这些应用的性能和能效。 该指令集还具有广泛的软件支持，解决了新指令集的常见弱点。
本期智能内参，推荐西南证券研究报告《发展RISC V，进军物联网》，从RISC V的技术特点、设计理念、历史沿革、优缺点等多方面分析RISC V架构， ETC。
1. RISC V 是什么？
CPU（中央处理器），又称微处理器，相当于电子产品的大脑。 在通讯领域，几乎所有的重要信息都是由这个“大脑”控制的。 CPU芯片和操作系统是网络信息领域最基础的核心技术。 CPU主要有两大指令集：复杂指令集计算机（CISC）架构——x86，精简指令集计算机（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，而自2010年RISC-V诞生以来，CPU架构就隐隐约约出现了三大支柱的趋势：
X86：传统PC市场的主流，擅长处理大数据，IP掌握在Intel和AMD手中。
ARM：在mobile（手机）市场，主要处理快速数据。 目前也用在便携笔记本上，大部分IP由ARM控制。
RISC-V：当需要同时兼顾数据传输速度和传输量时，这两种主流架构的能力是有限的。 RISC-V已经显示出强大的优势。
▲CPU架构三方趋势
1981 年，加州大学伯克利分校的一个研究小组在 David Patterson 的带领下起草了 RISC-1，它是当今 RISC 架构的基础。 随后在1983年发布了RISC-II原型芯片，随后又在1984年和1988年发布了RISC-III和RISC-IV。RISC的设计理念也催生了一系列新的架构，如MIPS、服务器之王 IBM PowerPC 和现在主导嵌入式市场的 ARM。 2010年，加州大学伯克利分校研究团队设计并推出了一套基于BSD协议许可的免费开放指令集架构RISC-V，其原型芯片于2013年1月成功流片。
▲RISC发展史
RISC-V最大的特点就是“简化”。 虽然与ARM同属精简指令集架构，但由于RISC-V是近年推出的，不承担向后兼容的历史包袱，架构短小紧凑。 与动辄几十万页的x86和ARM相比，RISC-V的规范文档只有145页，“特权架构文档”的长度也只有91页。
RISC-V 的优点：
1、模块化：RISC-V将不同的部分以模块化的方式组织在一起，力求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：受益于短小紧凑的架构和模块化的特点，RISC-V架构的指令数量非常简单。 基本的RISC-V指令只有40多条，加上其他模块化的扩展指令，总共也就几十条指令。
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）。 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 模块化指令集
▲各指令集架构代码密度对比
▲三种建筑类型对比
2015年，RISC-V基金会正式成立，吸引了英伟达、恩智浦、三星、美高森美等公司参与。 迄今为止，该基金会已吸引了来自全球28个国家的327多名成员。 RISC-V基金会负责维护RSIC-V指令集标准手册和架构文档。 每年，RISC-V 基金会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
2. RISC-V的优缺点
由于x86适合处理大量数据，因此在传统PC和服务器领域处于主导地位。 在手机带来的技术革命下，需要快速处理数据。 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作为一种新兴的架构，可能以其小巧的体积在未来物联网领域占据绝对优势。
▲架构、数据、应用扩展方式不同
RISC-V的应用之一：物联网的“碎片化”需求，因为物联网领域对AI芯片既需要高计算能力又需要低延迟，因此物联网芯片设计速度快、成本低、能定制化。 同时，嵌入式市场具有少量多样的特点，各个细分的应用场景都没有形成真正的壁垒，架构的选择也是五花八门。 以上原因使得RISC-V取得了极好的突破。 RISC-V的开源可以降低成本，也可以让用户自由修改定制。 RISC-V生态与敏捷设计同源。 目前，国内外多家芯片公司都投入大量资金研发RISC-V在物联网领域的应用。
▲ 物联网领域结构
未来大约有300亿台设备接入物联网，因此物联网的安全性不是奢侈品，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它们成为广泛的安全事件之前纠正它们。 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病。
RISC-V的第二个应用：手机市场。 根据SiFive CEO Naveed Sherwani的预测，RISC-V将在两年后进入手机市场，在智能手机处理器市场与高通、苹果、三星、联发科等ARM公司竞争，并可能威胁到低功耗笔记本处理器. 目前，ARM的营收数据略有下滑。 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iot硬盘，ARM也做出了相应的改进策略。 2019年7月，Arm推出全新授权模式“Flexible Access”：对于低端芯片的授权，未来客户无需再支付“预付款”即可查看设计细节。
RISC-V的第三个应用：服务器市场。 虽然RISC-V的高性能市场目前是一片空白，但RISC-V本身用于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（Celerity）。 仅基于RISC-V门槛低，进入的企业规模较小，没有足够的资金进行长期布局和研发，更没有人尝试过高性能等需要长期投入的领域研究和开发的时间。
根据SiFive CEO Naveed Sherwani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、英特尔等x86处理器公司可能会担心。
▲ 基于 RISC-V 架构的 511 核处理器（Celerity）
RISC-V的第四个应用：存储市场。硬盘本身不需要像SSD那样庞大的计算资源，但是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），它们的处理需求也在增长和增强等，这就增加了内存中控制芯片的计算能力要求。
硬盘本身不像SSD那样需要巨大的计算资源，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增强等），它们的处理需求也越来越大。 这增加了存储器中控制芯片的计算能力要求。
虽然数据可以传输到附近的服务器进行聚合处理，这需要更强大的服务器，但服务器本身处理快速数据的效率不高，所以硬盘不仅存储数据，还处理数据。
目前RISC-V被认为是最适合在物联网市场应用的。 因为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。 目前任何架构都没有统一的市场，RISC-V具有低功耗、低成本、灵活性、可扩展性和安全性。 可靠的功能。
虽然 RICS-V 本身是开源免费的，但用户可以在使用和修改 RICS-V 的架构后出售。 根据 Tractica 的预测，基于 RISC-V 的 IP 和软件工具的全球收入将从 2018 年的 5200 万美元增加到 2025 年的 11 亿美元。
然而，RISC-V目前最大的劣势是缺乏生态系统。 CPU架构的影响力，主要是依赖于他自己成长起来的一个完整的生态系统，比如基于x86的Windows，基于ARM的Android。 RISC-V现在最缺的是生态系统，尤其是物联网的碎片化特性iot硬盘，没有统一的软件栈生态系统。
事实上，RISC-V基金会并没有对此做出任何定义，生态系统的构建留给用户自己去玩。 而且生态系统不是一蹴而就的。 RISC-V基金会亚太区副秘书长郭雄飞表示，只有RISC-V MCU量产，开发者唾手可得，相应的软件生态才能大规模爆发.
▲三大结构与生态系统
而且，在AI芯片赛道上，RISC-V拥有最强劲的竞争对手MIPS。 ARM、MIPS 和 RISC-V 都是精简指令集 (RISC) 架构。 在智能手机时代，当MIPS选择消费电子时，Arm选择了手机市场。 尽管ARM和MIPS的诞生时间略有不同，但后来出现的Arm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的有力竞争者 。 而基于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架构与MIPS公司的发展历程
RISC-V是国产芯片自主控制弯道超车的契机。 目前通用x86架构处理器技术全部掌握在Intel和AMD手中，ARM也受到美国政策的制约。 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、宪兵等重要部门，保障其通信安全尤为重要。
但是RISC-V的开源特性让国内的公司可以继续使用它。 同时，由于其模块化设计，可以直接应用模块，使用门槛不高。 而在新时代物联网等趋势的推动下，RISC-V相较于其他架构具有很大优势，国内企业若提前布局，或将成为该行业的巨头之一。 2018年以来，国内半导体技术圈掀起了一股关于RISC-V的讨论热潮。
9月20日上午，中国RISC-V产业联盟（CRVIC）成立大会在上海市集成电路行业协会张江会议室顺利召开。 吸引芯原控股、芯来科技、上海赛方科技、杭州中天微、北京君正、兆易创新、紫光展锐等单位加入，芯原担任联盟首届主席单位。
建立联盟，搭建行业交流平台，推动RISC-V的广泛应用； 推进RISC-V人才培养，建立大学培养计划； 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。
智世认为，RISC-V的精简、安全、开源、下游市场和生态五个特点，决定了RISC-V将在物联网时代大放异彩，而RISC-V指令集可能是最适合中国国情。 其政策与我国开放共享、互利共赢的发展理念高度契合。 PC时代x86已经实现，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？ 许多人看好RISC-V。 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在国内越来越普及，相信在不久的将来我们会看到基于RISC-V的自主可控芯片的诞生。
