完全开源、无专利掣肘，RISC-V会是芯片自主的关键解吗？ 年度行业研究

四、RISC-V会是芯片自主的关键解吗？中国厂商如何破局？

　　在上文中，我们已经用了很多笔墨解释了RISC-V的基本概况，及其的发展现状。也能看出中国芯片对RISC-V生态高参与度。

　　对于国内企业来说RISC-V作为全新开源的指令集架构符合中国国情的发展，有助于中国突破长期以来处理器芯片领域的知识产权限制。

　　尽管，纵观整个芯片发展史，出现了很多种指令集，比如DEC（PDP-11，VAX，Alpha）、英特尔（i960，i860，Itanium）、IBM 360、MIPS、SPARC、ARM等商用指令集。但真正能够适用中国国情的指令集选择面很少。

　　其中，IBM 360在IBM销售的大型机适用。MIPS屡经“卖身”波折，先是卖给了Imagination，后被转手到Wave Computing；SPARC早先被Sun公司开源，后被Oracle公司并购，如今已消失。

　　作为目前主流的x86和ARM都存在知识产权的限制， x86几乎不对外进行授权，ARM虽然有完善的授权模式，但实际对于核心架构的授权条件苛刻，价格昂贵，而且谈判流程极其复杂冗长，对大企业授权不友好，而对于初创企业则很难无法承受。

　　而开源指令集方面，有MIPS与RISC-V较为相似，但也存在难以弥补的不足。

　　一是因为尽管MIPS已经有85亿多片商用交付，但主要集中服务器、网络嵌入式系统市场，在移动市场几乎看不到，在新兴领域的拓展上仍有较大未知数；二是MIPS没有基金会、没有产业联盟，在新生态建设方面没有优势。

　　总结来说，从RISC-V Workshop、RISC-V基金会到中国RISC-V产业联盟，RISC-V的商业化参与度更高，而且是全球范围的一个通用架构，正在获得良性化生态支持。加上 RISC-V 开放的态度，采用了最为灵活的 BSD 开源协议都符合中国国情的发展。中国企业有机会使确立的知识产权壁垒，同时也有机会建立差异化的竞争力。

　　从这一角度来看，RISC-V的确是不能错过的一个机会。在帮助中国应对知识产权受限、生态体系缺失、研发成本高昂、市场需求复杂等挑战上均有助益。但对于整个中国半导体产业链来说绝非最重要的一环。

RISC-V基金会会员数量持续增长 来源：EETOP

　　同样，在上文中，我们已经看到指令集只是芯片设计中的一小个部分，对于芯片公司来说，商业上成功的关键以及核心竞争力是处理器设计与实现能力，即如果发掘用户需求，设计方案、形成产品、实现销售、落地使用的能力。由此，中国企业要在RISC-V打开局面，要从以下三个方面着手：

　　1.专注实现应用，尤其是在IoT、专用芯片、数据中心、边缘计算市场的应用。RISC-V基金会中国顾问委员会主席方之熙曾认为：“想要做RISC-V的公司一定要摒弃短平快的想法，因为芯片和互联网不一样，不是更早把芯片推向市场就能占有市场。性能、可靠性、安全性更强，但推出时间晚一些同样能占领市场，关键还是要沉下心认真研究应用的需求，让RISC-V芯片适应这个市场，让客户愿意用。”

　　2.放眼全球生态，坚持开放思维，寻找差异化发展之路。企业必须要认识到，在之后很长的一段时间内，即便是在物联网和嵌入式系统这些RISC-V被认为的强势领域里，RISC-V将与ARM都将同行发展。一个设计中，可能既使用ARM也能使用RISC-V，或者同一颗芯片里，可以同时有两种内核。

　　企业不能有非ARM即RISC-V的判断，更要积极融入到全球生态里面去，在智联网时代的嵌入式开发者将更方便地评估和使用RISC-V这一新技术，参与者要时刻保持对市场的灵敏感知。另外，要充分发挥RISC-V的灵活性优势，找到差异化市场，比如对Arm的替代以及ARM无法满足的市场。

　　3.重视人才的培养和引进，处理器设计与实现能力核心实际根植在人才和团队当中。随着技术的发展和市场的扩大，对于高水平半导体人才的需求也会更大，人才将会是企业打开局面应对竞争的关键。

　　在国内市场，已经有许多企业还说着手RISC-V芯片的研发和应用，以下我们列举了一些具有代表性的企业。

五、RISC-V与Arm全面“争锋”可能仍需数年

　　从上文中，我们可以看到RISC-V在技术上的后发优势：精简、模块化、易实现、自定制指令扩展等，似乎预示着RISC-V未来前途无量。但要与ARM“争锋”仍有很长的路要走。

　　目前的挑战在于，一方面，RISC-V的市场接受程度较低，而且没有突出的成功商业化产品突出，RISC-V多数时候只能作为ARM产品的第二选择；另外，即便RISC-V的工具链和软件生态正在快速发展，但其适用性依旧与ARM的软件生态有着显著的差距，这种差距短期内难以赶超。

　　ARM公司成立于1990 年，总部位于英国，是全球领先的半导体 IP 提供商，主要设计开发微处理器 CPU IP以及相关技术和软件，这些IP包括指令集架构、微处理器、图形核心、互连架构等，公司本身不制造和出售 CPU 芯片。

　　截至 2018 年末，ARM 架构的芯片在全球手机市场上的份额超过 90%。截止到2019年，基于ARM授权的芯片出货量超过1660亿颗，占全球整个芯片市场出货量的市场份额高达34%。2020年9月，英伟达宣布从软银手中以400亿美元（300亿英镑）收购ARM。

　　能取得移动端市场近乎垄断地位，以及相当高的估值，主要有以下三个方面的原因：

　　1.ARM的独特的商业模式。ARM 的商业模式简单来说就是卖IP核，通过IP授权，收取一次性技术授权费用和版税提成。其中版税是按照使用ARM的芯片的出货量，按比例抽成。除此之外，ARM的收入还包括部分软件工具和技术支持服务的收入。授权价格根据不同的授权等级和授权ip类型而定，一次性技术授权费用在100万-1000万美元之间，版税提成比例一般在1%-2%之间。

　　2019年7月，ARM宣布对芯片设计方案和专利方案采用新的授权模式。新的收费方式只需要芯片厂商在前期支付少量费用，便可以获得ARM的芯片设计方案，等到芯片投入生产的时候再支付授权费和专利费即可。

　　同时，ARM又提供三种不同层级权限的授权模式：处理器、POP以及架构授权。

　　处理器授权是指授权合作厂商使用ARM设计好的处理器，对方不能改变原有设计，但可以根据自己的需要调整产品的频率、功耗等。

　　POP（processor optimization pack，处理器优化包）授权是处理器授权的高级形式， ARM出售优化后的处理器给授权合作厂商，方便其在特定工艺下设计、生产出性能有保证的处理器。

　　架构/指令集授权是ARM会授权合作厂商使用自己的架构，方便其根据自己的需要来设计处理器。

ARM的商业模式 来源：ARM官网

　　2.技术的具有绝对领先和逐步建立的软硬件生态。ARM能在授权模式下逐步吸引包括苹果、高通、英伟达、德州仪器等几乎所有的芯片巨头，收获约1000个授权合作、320家伙伴，不仅是因为极大地降低了芯片厂商自身的研发成本和研发风险，更重要的是ARM的技术始终保持对竞争对手的代际领先，并且还配备从芯片设计、制造到销售提供各类支持。

　　3.市场机遇。ARM抓住了“英特尔失去的十年”的机会，赢得了移动互联网时代。由于ARM 的IP核是基于精简指令集（RISC），相对于英特尔X86 的复杂指令集（CISC），RISC可以让整个处理器更为简化，适合功耗小、成本敏感、任务相对固定的移动应用场景中。

　　另一方面，移动互联网时代，智能终端产品越来越复杂多样，迭代速度也越来越快，芯片设计难度快速提升，为了加快产品上市时间，已验证、可复用IP 在集成电路设计与开发工作中已是不可或缺的要素。ARM逐渐成为了CPU IP的“台积电”。

　　以ARM为镜子分析RICS-V，会发现RICS-V自身也的确存在ARM曾经分析的成本优势并不明显、缺乏生态碎片化风险、安全性、以及设计验证风险的相关问题。

　　成本优势很难成为其与ARM竞争的优势，因为虽然 RISC-V 核心指令集是免费的，但从设计工具、周边 IP 到制造服务等，没有一项是免费的，ISA 部分的成本其实影响不大。竞争的核心还是在于可实现的产品以及生态才是核心关键所在。

　　但ARM架构的整个生态以ARM公司为核心。而由于RICS-V的开源特性，短期内RICS-V的IP生态不可能围绕某一中心企业展开，而是需要RICS-V基金会这类的联盟进行统筹和促进，就效率而言也会相对低一些。在产业方面，目前也没有决定性的爆款已实现产品出现，在诸如高端工业控制处理器、手机处理器、平板处理器、桌面级别CPU、服务器级别CPU等高端领域，还没有基于RISC-V的通用型芯片。

　　当然，RISC-V的兴起还需要势的新兴行业市场的爆发，时机尚需等候。根据核芯互联科技有限公司总经理胡康桥的预测“当设计RISC-V芯片的厂家数量跟ARM在同一个数量级的时候，才意味着生态可以跟ARM PK了。”如果要说距离那个“未来”的具体时间的话，估计仍需要5-10年。

　　此前，核芯互联科技有限公司总经理胡康桥对集微网记者表示：“当设计RISC-V芯片的厂家数量跟ARM在同一个数量级的时候，才意味着生态可以跟ARM PK了。”如果要说距离那个“未来”的具体时间的话，估计仍需要5-10年。

六、中国RISC-V参与企业

　　1.平头哥

　　平头哥半导体有限公司是阿里巴巴在2019年9月在杭州云栖大会上宣布成立的一家半导体公司。公司是由阿里同年4月收购的国产芯片企业中天微与阿里旗下达摩院芯片团队整合而成，主要发力于32位高性能和低功耗嵌入式CPU的IC设计。

　　2019年7月，平头哥正式发布玄铁910(XuanTie910)。玄铁910可以用于设计制造高性能端上芯片，应用于5G、人工智能以及自动驾驶等领域。玄铁910是CPU的IP核，是芯片的关键内核驱动力所在。据了解，玄铁910单核性能达到7.1 Coremark/MHz，主频达到2.5GHz，比当时业界最好的RISC-V处理器性能高40%以上。玄铁910实现性能的突破得益于两大技术创新：采用3发射8执行的复杂乱序执行架构，是业界首个实现每周期2条内存访问的RISC-V处理器；基于RISC-V扩展了50余条指令，系统性增强了RISC-V的计算、存储和多核等方面能力。

　　2.华米科技

　　华米科技创立于2013年，是小米生态链首家在美上市企业。华米科技基于自身产品发展和顺应国内半导体崛起浪潮两种考虑，最终涉足RISC-V。公司的策略是自研芯片和投资初创企业双管齐下。

　　2017年，华米科技成立了人工智能实验室，并启动了人工智能智能可穿戴芯片研究项目，开始 RISC-V 芯片研发。2018年9月，公司发布了号称全球智能穿戴领域第一颗人工智能芯片——黄山1号。这颗芯片基于RISC-V开发，是全球首款RISC-V开源指令集成的可穿戴处理器，并且集成了AON（Always On）模块控制器和神经网络加速模块。

　　据介绍，这款采用RISC-V架构设计的芯片是全球首款集成AI神经网络模块的处理器，内嵌了自研的Heart ID、ECG Engine、ECG Engine Pro和Arrhythmias四大人工智能引擎，能本地化处理AI任务，对心率、心电、心律失常等进行实时监测与分析。通过集成的超低功耗传感器收集模块，华米一号还可以将传感器数据搬运到内部SRAM之中，让数据存储性能更快更稳定，进一步助力可穿戴设备芯片性能的提升。

　　3.兆易创新

　　兆易创新是最早推出基于 Arm Cortex -M3 及 Cortex -M4 内核的通用 MCU 的中国企业之一。兆易创新的GD32拥有22个Arm Cortex-M产品系列，覆盖入门、主流、高性能、专用型市场，累计出货量超过3亿颗，客户数量超过2万家，凭借23个系列330余款产品所提供的广阔应用覆盖率稳居市场前列，可以说拥有中国最大的Arm MCU家族。

　　2019年兆易创新发布了GD32VF103系列RISC-V MCU。GD32VF103系列MCU采用了全新的基于开源指令集架构RISC-V的Bumblebee处理器内核，由兆易创新与中国RISC-V处理器内核IP和解决方案商芯来科技联合开发，主要面向主流型开发需求，并完整保持了与现有基于Cortex-M的产品在软件开发和引脚封装方面的兼容性。

　　4.芯来科技

　　芯来科技是一家商用RISC-V处理器核IP研发商。芯来科技推出了中国第一颗开源RISC-V处理器项目蜂鸟E203。蜂鸟E200主要面向极低功耗与极小面积的场景而设计，适合于替代传统的8051内核或者Cortex-M系列内核应用于IoT或其他低功耗场景。该CPU核的功耗与面积均不逊于同级ARM Cortex-M核，可实现业界最高的能效比与最低的成本。

　　2020年12月，芯来科技又获得了天际资本领投，中关村芯创集成电路基金、临芯投资和启榕创投跟投，老股东小米长江产业基金、蓝驰创投、新微资本继续追投的融资。

　　5.芯启科技

　　2014年，芯启科技开始涉足了RISC-V领域，并在接下来的几年中，陆续推出了SAR-T6系列、SAR-D9系列和TNA-300系列产品。芯启的聚焦方向还包括基于RISC-V的 AI 处理器外，在芯启科技发布的《芯启科技面向同业竞争的策略，技术思路梳理》的文章中，公司表示，研发对嵌入式的适配、对40nm工艺优化，也是芯启前行的方向之一。

　　6.睿思芯科

睿思芯科公司创办于2018年，是一家提供RISC-V开源生态对应领域高端核心处理器决方案的公司，创始团队来自于 UC Berkeley RISC-V原创项目组。目前，公司主要开发基于RISC-V技术的处理器IP核、SoC以及软硬件一体化解决方案，应用于智能穿戴、边缘计算、传感器融合和AI加速等领域。

睿思芯科目前发布了单核32位超低功耗Pygmy-E SiP以及64位多核异构的Pygmy AI芯片，其中包含独立设计的RISC-V内核RV32IMC和RV64GCV。据悉，Pygmy可应用于高能效的AI场景，比如智能穿戴、智能音箱、扫地机器人等。

Pygmy芯片基于台积电28nm工艺而造，芯片中的CPU架构是睿思芯科基于RISC-V指令集设计而成，并针对多种AI应用进行了优化。芯片中的集成多个个高度可编程AI加速引擎，也是基于睿思芯科自定义开发的RISC-V矢量扩展指令集设计而成。Pygmy中的RISC-V CPU具有64位位宽，主频600 MHz，基于RV64G指令集，支持双精度浮点运算，具备乘法器、除法器、开方器等，主控CPU功耗仅为10mW。据悉，睿思芯科的芯片已进行量产。

　　7.核芯互联

　　核芯互联成立于2017年6月，是一家主打芯片敏捷设计的初创公司，致力于数字及模拟高端芯片设计。2018年11月，核芯互联完成个人投资者数千万元种子轮融资，公司同时掌握ADC/DAC、时钟芯片、运算放大器、高速接口和RISC-V IP等多项技术，具备信号链全链芯片及相关IP设计研发能力。致力于为用户提供性能更好、功耗更低、价格更优的完整的信号链芯片解决方案。

　　今年二月份，核芯互联自主研发成功微架构的RISC-V IP核及MCU系列通用芯片，并对数款数字和模拟芯片进行流片。

　　今年四月份，核芯互联在青岛芯谷正式发布璇玑CLE系列MCU。璇玑CLE系列是核芯互联基于32位RISC-V内核推出的通用嵌入式MCU处理器，具有高性能、低功耗、高稳定性等特点，是存储资源和对外接口丰富的安全芯片，主要适用于白色家电、工业控制、物联网等对稳定性、功耗和计算能力要求较高的应用领域。

　　8.飞利信

　　北京飞利信科技股份有限公司成立于2002年，是国内领先的政府信息化全面解决方案提供商，于2012年在深交所创业板以智能会议系统第一股成功上市。

　　2018年9月30日，飞利信以RISV-V指令集为核心的自主可控MCU芯片研发完成基础测试工作。该MCU芯片属于32位微控制器，未来将对低功耗广域网通信技术和电池管理系统两个应用场景进行优化。目前，公司以完全自主知识产权处理器IP核为基础的自主可控MCU芯片，集成了多种安全模块，实现从芯片设计、器件封装、耦合方式、模块系统的全流程把控，完成从研发、封装、性能优化、全部测试及用户手册编制。

　　9.北京君正

　　北京君正集成电路股份有限公司成立于 2005 年，目前已发展成为一家嵌入式 CPU 芯片及解决方案提供商。北京君正同时也是中国RISC-V联盟副理事长，世界RISCV 联盟会员。

　　此前，北京君正在互动平台上表示，公司的 CPU 研发队伍已展开对基于 RISC-V 指令集的CPU 核的研发。2020半年报中披露，公司基于32位MIPS指令集架构设计了XBurst系列CPU内核，该内核采用了公司创新的微体系结构，其主频、功耗和面积水平在同等工艺下均领先于工业界现有的同类32位RISC微处理器内核。

　　10.晶心科技

　　晶心科技股份有限公司于2005年成立于新竹科学园区的硅导竹科研发中心。公司全力投入创新架构高效能/低功耗的32/64位嵌入式处理器及相对应系统芯片发展平台的设计与发展，以便对全球快速成长的嵌入式系统应用提供服务。目前公司主要围绕低功耗高性能的CPU进行开发，除了CPU IP之外，还提供平台外围IP、软硬件开发工具、生态系统等一整套方案。2016年，晶心科技作为创始会员之一加入了RISC-V基金会。

　　2018年4月，晶心科技推出了第一代基于RISC-V架构的AndeStar V5，成为了第一个采用 RISC-V的主流CPU IP公司。晶心科技又于今年1月16日宣布推出AndesCore™ 27系列处理器核心，该系列成为RISC-V指令集架构中领先支持向量扩展架构(RISC-V V-extension)的处理器。27系列中将优先推出32位处理器A27与64位处理器AX27和NX27V。其中NX27V包含一个支持RISC-V可扩展指令的向量处理单元（VPU）。在完整配置的运行模式下，VPU对MobileNets（一种卷积神经网络架构）中关键函数加速高达30倍以上。与常见的128位SIMD解决方案相比，由于其向量指令发布的高效率可提供每个周期4倍的处理能力。

　　11.清芯源

　　清芯源公司成立于2018年，创立之初公司就已经认识到自主可控安全可信芯片的重要性，决定从技术上绕开ARM等国际巨头的专利壁垒，基于团队30年尖端安全芯片、实时系统、安全技术的研发实践积累，充分利用完全开源的RISC-V架构优势，全面掌握了领先的安全软硬件及芯片系统关键技术。

　　今年六月份，清芯源公司完成首次基于RISC-V架构的系统芯片流片，并且已完成了功能、性能、功耗参数测试，所有参数均达到设计参数要求，在功能、性能方面均优于ARM Cortex A7系列。下一步，清芯源公司计划在近期再进行两次流片 (40nm/28nm)，这两次流片将加强对芯片级AI-NN安全功能方面的支持，并将进一步优化芯片性能和功耗。

　　12.乐鑫科技

　　乐鑫科技（股票代码：688018）是一家无晶圆厂半导体公司，成立于 2008 年。2019 年 7 月，乐鑫科技在上海证券交易所科创板挂牌上市。

　　2020年11月，乐鑫推出了RISC-V 内核 ESP32-C3芯片，该芯片成本对标 ESP8266，

　　可 pin to pin 兼容 ESP8266 模组；继承 ESP32 成熟软件架构，搭载 RISC-V 处理器，支持 Wi-Fi + Bluetooth LE 5.0，400 KB SRAM + 384 KB ROM，睡眠状态电流低至 5 μA。

　　13.赛昉科技

　　上海赛昉有限公司成立于2018年8月24日，是一家RISC-V解决方案提供商。

　　2020年9月28日，赛昉科技有限公司，发布一款基于RISC-V的人工智能视觉处理平台——惊鸿7100。该平台是基于RISC-V集深度学习、图像处理、语音识别、机器视觉为一体的多功能平台，可应用于自动驾驶、智能无人机、公共安全、交通管理、智能家电、视觉扫地机器人、工业机器人等智能应用领域。2020年12月，赛昉科技发布基于RISC-V的处理器内核——天枢系列处理器。