RISC-V作为一种开放标准指令集架构,根据开源协议可以免费试用,基本指令集具有32位固定长度自然对齐指令,并且支持可变长度扩展,如今已应用在各种小型嵌入式系统到大规模的机架式并行计算机上。
RISC-V International的首席执行官Calista Redmond在RISC-V峰会上表示,未来数年里,RISC-V将以40%年复合增长率(CAGR)攀升,预计到2030年可能会有超过160亿个RISC-V芯片。目前RISC-V芯片大约有10亿个,这意味着接下来的十几年里出货量将大幅度增加。
Calista Redmond表示,目前在世界各地已经有数十亿个RISC-V内核,有分析人士甚至指出,很难找到任何不包括RISC-V架构的新设计,RISC-V是我们这个时代最深刻的技术革命。
目前RISC-V最为常见是用于微控制器,比如高通将RISC-V用于旗下移动系统芯片上。RISC-V现在能迅速发展,是因为不少企业选择利用RISC-V开发人工智能(AI)和高性能计算解决方案,随着时间的推移,RISC-V技术可能还会继续扩展,比如应用到GPU领域。
RISC-V架构处理器如果想要与Arm/x86架构处理器竞争,还需要一个更为强大的软件和硬件生态系统,而两者现在发展的速度都很快。据了解,RISC-V得到了来自世界各地4000多家软件开发公司的支持,业界也推出了很多针对软件和硬件设计人员的主板产品。
RISC-V使芯片定制化更容易
RISC-V采用模块化 ISA,即由 1 个基本整数指令集(基本整数指令集是RISC-V唯一强制要求实现的基础指令集,其他指令集都是可选的扩展模块) + 多个可选的扩展指令集组成。因此可根据应用程序的需求定制CPU。
其定制化优势在于它使设计人员能够创建数千个潜在的定制处理器,从而加快上市时间。处理器IP的通用性还节省了软件开发时间。
例如,Codasip可为用户提供基于RISC-V架构的处理器IP定制解决方案。该方案包括基础性的处理器IP和开发工具Codasip Studio。工程团队能够针对其项目需求实现硬件和软件一体化设计,提升定制化处理器设计的效率。Codasip还于2023年10月推出了用于定制计算的700系列处理器。借助700系列和Codasip的定制计算,设计人员可通过在芯片或应用层面进行优化,获得独特的收益,同时控制成本。
SiFive也是基于 RISC-V 定制化的半导体企业。SiFive的主业是基于RISC-V架构帮助企业定制处理器内核。通过其定制化RISC-V半导体产品,帮助IC设计及系统公司缩短上市时间,减少成本费用。
产业生态将成未来发展重点
目前的全球半导体市场正处于下行周期,需求不振困扰着大多数半导体公司,但是RISC-V的市场依然被看好。在接受媒体采访中,Semidynamics CEO兼创始人Roger Espasa表示,全球半导体市场的确有所下滑,但对RISC-V的影响并不大。这一方面是因为,采用RISC-V指令集架构的公司大都在做一些IP类的项目,IP类项目耗时较长,今年做的事情多是在为明后年做准备,在考量未来用户会使用什么,研发周期多达2-3年。更重要的是,人们采用RISC-V架构的目标是取代ARM,或者x86,即使眼下有一些不景气,但是大家都在寻求未来能够提升自己计算能力的方法,短期的不景气并不会对长期目标造成影响。
对半导体产业而言,芯片设计生产出来,仍只是长征路上的第一步。如何更好地发挥产业生态的重要作用,是能否真正取得突破性进展的关键。中国科学院软件研究所副所长武延军指出:“在早期我们并没有太多去谈生态。因为早期的RISC-V处理器,主要集中在微控制器这样弱生态的产业当中。但是随着处理能力的不断升级,现在的RISC-V已开始面向AI、服务器,以及PC、笔记本等中强生态领域,更多强调生态建设就显得非常必要了。”平头哥半导体生态副总裁杨静也指出,从应用接到硬件之间是有一个非常漫长的过程的。如果能够把软件能力补齐,对于RISC-V真正落地将具有极大帮助。
那么如何才能更好地打造产业生态呢?杨静认为可以将RISC-V的生态构建分为两个层次:一是将RISC-V技术链条上从事芯片、工具、基础软件、应用等各个环节的从业者连接起来,构建开放的生态,从而实现高效的技术迭代;二是将RISC-V与已经存在的生态连接在一起,包括安卓、Linux等开源生态,以及企业主导的生态等。
目前,在MCU领域RISC-V对ARM替代已经没有问题,正在逐渐地往新的市场延伸,现在已经有了RISC-V笔记本电脑、RISC-V服务器、RISC-V万兆交换机等。虽然这些领域的RISC-V生态有待逐渐完善,但它肯定会越来越往高端发展,尤其当处理器能力越来越强,软件生态越来越丰富以后,向新的更高性能领域拓展的趋势将会更加势不可挡。
目前阶段RISC-V和X86、ARM在生态上相比还有一些劣势,无论从软件规模上,还是性能优化程度上,都还没有达到最佳的状态。但这也是接下来几年里RISC-V从业者需要努力工作的方向。
国产替代空间大,汽车电子市场有望成为RISC-V下一爆发点
一辆汽车中所使用的半导体器件数量中,MCU占比约30%。传统汽车约有50-100个MCU,智能汽车MCU数量将翻倍。而国产车规MCU领域市占率不足5% ,国产替代空间较大。
以往车载芯片主要基于ARM架构或欧洲一些芯片公司的私有架构。RISC-V开放架构的出现为国产车载芯片的研发提供更广阔的选择面。其开放性设计使得汽车芯片厂商可根据自身的需求进行特性布局,从而丰富产品形态。
近几年来,已有不少国内车规级MCU厂商选择RISC-V架构来打造自己的MCU,包括武汉二进制、国芯科技、凌思微、芯科集成等。
其中,国芯科技将探索RISC-V架构在汽车电子中高端MCU芯片中的应用。如面向新能源动力域OBC/DC-DC应用的CCFC3010PT芯片,这是国芯科技首款基于RISC-V指令架构的车规MCU芯片。同时,将启动开发CCFC3009PT芯片,这是面向自驾领域设计开发的MCU芯片,主要面向ISP及毫米波雷达信号的后处理。
芯科集成于2023年8月推出的车规级MCU CX3288采用32位RISC-V内核,符合功能安全ISO26262 ASIL-B的要求,在信息和网络安全方面支持SHE(安全硬件扩展)、Medium HSM,支持通信加密和安全启动。并且支持AutoSAR,可提供MCAL和配置工具支持。
当前汽车软件和工具链仍比较碎片化,若使用 ARM 一个架构适用于所有情况,那么从上层软件厂商和操作系统到应用程序厂商都很难找到通用性。相比ARM,RISC-V的定制能力较强,其丰富的延展性可满足未来汽车电子系统不断增长的需求;且该架构免费使用,可降低研发成本,不受任何专利或版权制约。因此,汽车电子有望成为RISC-V下一个爆发点。