RISC-V再加速 半导体巨头联手布局

在高通首席执行官（CEO）克里斯蒂亚诺·阿蒙（Cristiano Amon）的领导下，高通将与恩智浦、北欧半导体公司（Nordic Semiconductor）、英飞凌以及博世联合成立一家新公司，旨在推广用于芯片设计的开源RISC-V架构，通过开发下一代硬件来推动RISC-V生态系统的扩展。

据了解，新公司将设在德国，同时考虑到恩智浦和英飞凌将参与投资，该公司应该是先专注于汽车芯片领域，最终扩展到移动和物联网领域。

恩智浦执行副总裁兼首席技术官Lars Reger表示，该合资公司将努力“开创完全认证的基于RISC-V的IP和架构，最初将用于汽车行业”；英飞凌汽车部门总裁Peter Schiefer则表示，“随着汽车成为软件定义的汽车，整个行业普遍需要标准化和生态系统兼容性。”

高通与ARM对簿公堂

该诉讼的审判定于2024年9月23日开始。值得说明的是，ARM公司旗下的ARM IP授权是分等级的，用公版CPU授权以及自研CPU架构的收费标准不同，这才是高通与ARM之间互相起诉的关键。

ARM垄断弊端逐渐显现

当前，移动芯片市场的性能之争愈演愈烈，然而不论高通、英伟达，还是三星、苹果，实际上都是基于ARM架构开发的。目前为止，ARM已经占据了智能手机芯片领域95%以上的市场份额，包括平板电脑等，ARM实际上已经完全控制了整个移动芯片领域。

但是，ARM多重收费加重芯片设计厂成本负担：芯片设计厂商从ARM的“架构库”里挑选合适的IP核，需先向ARM支付一笔数十到数百万美元的许可费（Licensing Fee）才能得到授权，开始设计芯片；每次流片，都需向ARM支付一笔费用；芯片实现量产后，还要根据芯片的销售额缴纳1-2%的版税（Royalty）；还对部分客户征收合作费（Access Fee）或年费（Annual Fee）。此外，ARM依托市场垄断地位，持续提升授权费的定价。

ARM平均每颗芯片的版税收入已连续4年提升（单位：美分）

不仅如此，ARM还要求半导体厂商不得采用公版架构之外的任何配置，像是NPU、ISP等负责智能手机各项重要功能的核心都只能按照ARM提供的部分进行设置。为了避免过度依赖ARM架构及提升对ARM公司的话语权，芯片巨头正倾斜大量研究资源专注于RISC-V架构。

此前高通曾透露，从2019年推出骁龙865开始，高通就在其芯片中集成了RISC-V内核，在后台执行低级工作，比如管理硬件。截至2022年12月，高通已交付超过6.5亿个RISC-V内核。此外，高通还曾暗示可能会在包括其流行的骁龙智能手机芯片在内的产品中，采用RISC-V架构而非ARM架构。

什么是RISC-V架构

RISC-V是由美国加州伯克利大学于2010年研发的、基于精简指令集计算原理建立的开放指令集，指令集是指存储在CPU内部，引导CPU进行运算，介于软件和底层硬件之间的一套程序指令合集。

2023年1月，谷歌宣布将致力于安卓系统全面适配RISC-V。RISC-V作为目前最受欢迎的开源指令集架构，其核心是允许任何公司基于开源指令集开发各类定制芯片 —— 基础的ISA和IP核开源免费，并且从底层设计上模块化、允许自定义拓展，使得芯片设计厂商拥有更高的研发自由度，同时前期投入成本较低，降低小型和新兴公司的进入壁垒。

RISC-V的设计使得它非常容易在不同的平台上移植，因为ISA的设计是相对简单和透明的，而且遵循了统一的规范和接口标准，使得软件和硬件之间的互操作性更好。除了开放性、灵活性和可扩展性之外，RISC-V还具有高性能和低功耗的优势。

另一方面，与诞生于上世纪70-80年代的x86、ARM架构相比，RISC-V作为新生的指令集架构，不需要考虑向后的兼容性。熟悉体系结构的工程师仅需几天便可通读全文，学习门槛更低、易于上手，缩短了处理器及编译器的研发周期。

值得注意的是，由于RISC-V采用模块化的设计理念，芯片设计企业可以在底层指令集的基础上，按需要自行开发指令集拓展模块或形成微架构，并可以收费授权其他企业使用。因此，RISC-V不是单纯的全部开源，而是给生态参与者留出了获益的空间，有助于激励更多企业和开发者参与生态建设。一旦生态得到完善，对于任何一家芯片设计厂而言，采用RISC-V架构的成本必然低于ARM。 

截止至2022年7月，RISC-V架构芯片的出货量已经突破了百亿颗，并预计在2025年将突破800亿颗。RISC-V架构的开放性和成本效益的优势使其在CPU市场上成为ARM的强大竞争对手，随着生态系统的成熟，行业必将见证一场重大变革。

不过，RISC-V架构短时间想要超越x86架构以及ARM架构仍有相当大难度：x86架构拥有长达40年历史积淀，不管是PC还是服务器以及相关软件带动的应用服务市场已经相当庞大；而ARM架构在移动市场的应用规模也难以被取代。

RISC-V未来面临的挑战

虽然RISC-V现在的讨论热度很高，但在技术成熟度上仍处于发展早期，整个生态实际仍在建设初期。从业内反馈来看，实践中出现多种问题，例如基础架构不支持I/O的虚拟化，需要另行开发支持这一功能的IP核；容易出现寻址模式错误等。RISC-V架构目前的覆盖场景有限，各类IP核还需要不断扩充，所需要的基础开发平台、软件工具也在完善中，这些一定程度上阻碍了下游芯片的推广，影响了RISC-V芯片的市场竞争力，所以相对来说其只在中低端应用市场有一定竞争力。

RISC-V高性能应用领域的芯片若要实现落地，还面临一些亟待解决的问题：需要构建一套数学计算库，以保证计算精度、计算效率与源代码级安全可控。另外，整体软件生态也是必要条件，需要底层框架、操作系统、中间件、关键库、应用软件全方位适配，RISC-V目前大多是用在相对封闭的应用场景，软件需求相对简单和固定，芯片原厂就能实现70%的软件。而未来走向开放应用场景，软件需求会呈指数级增长，例如各种操作系统的移植，中间件和库函数的优化，以及各种开发框架的适配等，每一个技术点都是巨大的工程。

RISC-V生态的“碎片化”是由其开放性和免费使用IP的特点所决定的，也正是高通联合其他四家公司成立新公司要致力解决的主要问题。RISC-V技术工作组已经在提供一些新的机制，比如通过配置（Profile）机制确保ISA被很好地定义并具有合理的配置，来规范软件生态，保证了最低限度的ISA统一性，从而使生态不会过于碎片化。

碎片化也算是在差异化或者创新过程中的一部分，并不存在系统性缺陷，且更加开放的标准，往往会更具生命力。RISC-V标准定义了自定义ISA应该存在的位置，而这种差异化或创新可能会成为未来RISC-V ISA标准和配置的特性。

芯片架构真正的兴起都是伴随着一代计算平台的崛起，就如PC之于x86，智能手机之于ARM。虽然RISC-V在低功耗领域已经可以和ARM平分秋风，但对于RISC-V能否在最重要的移动、PC和服务器市场挑战主流的ARM和x86架构，外界始终存在质疑。

架构迁移并非易事，系统和芯片之外最难的就是开发和应用生态的迁移，最近成功的例子就是苹果Mac从x86转向ARM，苹果M系列芯片在PC市场的成功，过去x86垄断的局面已然被打破。 

就像ARM此前普遍不被看好能够在性能上与x86一战一样，基于精简指令集开发的RISC-V在高性能上也备受质疑。从架构上来看，ARM与RISC-V终有一战，它们起源于同宗，应用领域也大体相同，但幸运的是物联网时代到来让它有了发展的潜力。

一旦安卓实现向RISC-V的迁移，谷歌、高通都能打破ARM的制肘，RISC-V也能乘风而上。我们无法预知RISC-V、ARM和x86胜负几何，却已经感受到了这场战争的序幕已经徐徐拉开。