作者|章漣漪

編輯|章漣漪

CPU是汽車產業發展的關鍵技術之一，其架構是芯片產業鏈和芯片生態的融合。然而，長期以來，占據世界芯片主要市場份額的CPU，只有X86和ARM兩種架構。

“這種情況大概會持續下”。因此，在9月1-3日召開的泰達論壇上，中國工程院院士倪光南建議，有必要思考一下未來主流CPU架構發展的技術路線。在他看來，這幾年國產CPU發展很快，現在國內市場上已經有六七種CPU架構并存，但這并非長久之計。

CPU架構具有很強的壟斷性，而目前中國多種國產CPU架構并存，未來可能會造成資源分散、低水平重復，這種狀況不加以改進，我國將缺乏在全球市場上與X86和ARM兩家競爭的自主CPU架構，從而在主流CPU方面仍然可能受制于人。倪光南指出，“新型的開源精簡指令的架構“RISC-V”架構，為我國掌握芯片產業發展主動權提供了機遇”。

那么，什么是“RISC-V”？它的優勢是什么？目前應用情況又如何呢？還面臨哪些挑戰？

01RISC-V是什么？

RISC-V，中文名稱是第五代精簡指令集(Reduced Instruction Set Computing)，是一種基于精簡指令集原則的開源指令集架構。

所謂指令，顧名思義，就是給芯片下任務。處理器是一塊芯片，而芯片并不會自己工作，需要有人告訴它該做什么操作。例如“告訴芯片下個操作做乘法”，即一條指令，而一個芯片指令的合集就叫指令集。

指令集規定了二進制數的格式、尋址方式、操作類型等。與RISC-V架構類似的，是X86架構、ARM架構。

但與X86架構、ARM架構不同的是，RISC-V架構非常“年輕”。2010年，加州大學伯克利分校的研究團隊準備做一個CPU，不過Intel和ARM高昂的授權費用讓他們望而卻步，轉頭決定自己做一套開源的指令集，經過幾個月的努力RISC-V誕生。

作為較新的指令集，RISC-V的架構具備一定的優勢。“有更先進的架構、有更廣闊的應用、有更經濟的成本、有更強的生命力”。奇瑞汽車股份有限公司汽車工程技術研發總院智能車技術中心芯片規劃總監郭宇輝如是表示。

在他看來，更先進的架構，毋庸置疑就是RISC-V的指令集更精簡，包袱也小，不像X86以及ARM公司發展了20、30年了，它整個包袱非常大；RISC-V對于設計低功耗也更加的優越；應用方面，要求模塊化還有易定制，更適配物聯網時代海量多應用的需求。

奇瑞汽車股份有限公司汽車工程技術研發總院智能車技術中心芯片規劃總監郭宇輝

此外，成本方面，由于RISC-V是開源的，大幅度降低了整個芯片設計的成本，可以省去IP的授權費。同時，指令集的開源更具生命力以及可持續發展，具備從嵌入式到高性能計算領域的整個覆蓋能力。

“開源RISC-V的出現大大降低了芯片行業的門檻，人才培養便捷，研發周期縮短，使其后續發展具備強大生命力。”倪光南稱，截至2022年底在Iot領域應用出貨量達100億顆，用12年的時間完成了ARM近30年的發展速度；預計2025年將達800億顆甚至更高。2023也是RISC-V高性能大算力發展的元年，目前已經有眾多企業加入其中。

02RISC-V在汽車賽道機遇

作為較新的指令集，RISC-V在技術上固然有一定的優勢，但在國內受到廣泛關注，最大的原因也是因為該指令集是開源免費的。目前市面上常見的指令集都是收費的，例如華為麒麟芯片，就購買了ARM家的指令集。

收費除了成本更貴以外，背后更大的“麻煩”在于，這些有指令集知識產權的公司均為國外公司，不利于我國實現關鍵芯片的自主可控。

而目前，國內外已經有非常多的RISC-V核心RTL代碼，很多是開源的。比如，Rocket Core、Boom Core、LowRISC SoC等均提供源代碼。如果用于商用，國內外也有許多商業公司提供穩定的RISC-V IP核心。例如國外的SiFive公司、Microsemi公司、國內的阿里平頭哥、芯來科技等。

中國工程院院士 倪光南

基于此，倪光南建議，我國抓住新一代信息技術發展機遇，面向未來主流CPU市場，聚焦開源RISC-V架構發展中國芯片產業，通過充分發揮我國舉國體制和超大規模市場優勢和人才優勢，大力發展壯大RISC-V產業生態，增強RISC-V產業鏈、供應鏈的自主可控能力，加大對RISC-V開源社區的貢獻，最終使世界主流CPU市場形成X86、ARM和RISC-V三分天下的格局。

在倪光南看來，我國發展RISC-V具有三大獨特優勢。

首先是符合國家科技自立自強發展戰略，又推動全球科技創新。歷史上一直是X86和ARM兩種架構壟斷CPU市場的紅利，整個芯片產業一直處于高壟斷態勢，開源RISC-V的出現打破了壟斷，為全球芯片產業發展提供強大的推動力，相關生態環境也正在迅速發展完善。

第二，中國超大規模市場是培育未來新一代信息技術的沃土。此外，中國是世界最大工程師培育搖籃，人才優勢為技術發展創新提供了必要條件。

具體到汽車場景，RISC-V擁有自己的優劣勢。郭宇輝基于此進行了詳細的介紹。

首先是車身控制BCM，車身控制是RISC-V的主要使用場景，整個車身的控制需要用到幾十顆甚至上百顆的芯片，可以實現物理資源的隔離，即在低成本的場合實現了相當于AUTOSAR3和AUTOSAR4的水準。在E擴容中NPU實現了各部分的軟件隔離，降低了整個系統的集成難度，同時提供了低成本、高效能的代碼密度擴展。“當然需要有更多的AUTOSAR的廠商去適配，去支持整個RISC-V”。

智慧座艙領域，RISC-V在智慧座艙領域是一個后來者。智慧座艙用高通的64位處理器，它的生態已經非常的健全。因為建智慧座艙需要一個非常健全的生態，這個是RISC-V目前在座艙上的一些劣勢。但是RISC-V在座艙方面主要是擴展支持虛擬化，也為未來成為座艙應用的后起之秀奠定了一定的基礎。同時，現在已經可以支持使用Java語言的系統，Google也已經宣布安卓會支持整個RISC-V。

自動駕駛應該說是RISC-V比較好的一個應用場景。比如說，它可以支持高性能的處理，為自動駕駛提供更強的通用計算能力。RISC-V支持自定義的指令集擴展，可以加速特定的應用。此外，相對于競品來講安全隔離會更好，虛擬分區也是RISC-V的一個主要優勢。

智達誠遠浩瀚創新研究院院長施舜堯

智達誠遠浩瀚創新研究院院長施舜堯也表達了類似觀點。他表示，由于ARM發展的生態比較早，所以市場占有率也比較高。但是RISC-V近幾年通過開放的、可擴展的模式得到了很大的市場發展。總體來說RISC-V和ARM都有各自的優勢跟應用領域，ARM的生態比較成熟，所以它在移動和高性能的計算領域占用主導地位；但RISC-V最近幾年開放性和靈活性，使得它近年來在汽車領域發展迅速，尤其是在MCU層面。

“MCU其實采用了RISC-V的指令集設計，可以讓芯片廠商非常快速的完成低門檻、低成本的芯片設計，并且針對特定的應用場景進行定制化的指令集設計，所以它具有很強的靈活性。”施舜堯還指出，Googl宣布從安卓15開始支持RISC-V，這意味著RISC-V在下一代智能座艙的生態很快就要建立起來。

03RISC-V面臨的挑戰

機遇往往與挑戰并存，RISC-V發展也是如此，它在汽車領域發展需要滿足幾個重要因素。

首先是首先RISC-V需要展示它很有競爭力的性能跟能效，才能在汽車應用中獲得采用。

其實是安全性和可靠性，RISC-V需要滿足行業非常嚴格的安全標準，說服汽車制造商從ARM轉向RISC-V，可能需要徹底的測試、驗證和長期的支持保障。

再者，是強大的生態系統，才可以讓RICS-V在汽車領域的采用度提高很多。

最后是RICS-V的實施成本，雖然它具有開源特性，在許可成本上就有優勢，但是在整車的量產過程中，它的開發、集成、支持遇到的量產問題，未來可能投入成本會比較高，這方面的改善可以更有競爭力。

相比其他，生態的不健全是RISC-V面臨的最大問題，而汽車行業又是一個強生態的行業。為此，賽道企業都在為其努力。

IAR中國區RISC-V生態總監張桂杰

IAR中國區RISC-V生態總監張桂杰稱，IAR在推動RISC-V方面做的一些工作，目前IAR已經全面支持了國際上、國內比較主流的，基于RISC-V的車規級的CPU的IP。其中，NA900是全球第一款通過了功能安全等級的一個RISC-V的車規級的CPU IP。

“國芯一直是致力于嵌入CPU的發展，特別是基于開源形成互補，推出了八大系列四十余款不同的CPU架構，其中包括RISC-V在工業、高性能計算不同的CPU。”蘇州國芯科技股份有限公司董事、總經理肖佐楠也表示，基于頭部企業需要進行了3009的開發，成為國芯第一款既滿足輔助駕駛，又能滿足跨域融合RISC-V MCU，今年或者明年初就會推出。

蘇州國芯科技股份有限公司董事、總經理肖佐楠

郭宇輝也從主機廠角度對RISC-V合作生態進行了思考。據其介紹，從整個技術來看，在芯片設計、制造、封測以及上車方面，奇瑞在積極地跟國內的芯片廠商進行合作，來定義整個RISC-V的測試架構。“從芯片RISC-V的NPU底層一直到芯片的驅動以及軟件庫，再到工具鏈以及AUTOSAR的生態，RISC-V既要支持基于AUTOSAR的車規安全，也要兼顧RISC-V的整個生態。所以我們也要建立另外一套非車規安全的工具鏈，去適配更多的應用開發”。

實際上，不止CPU，汽車行業也在GPU領域給予RISC-V進行研究。

上海清華國際創新中心副主任何虎稱，參考RISC-V指令級、CPU指令級發展脈絡，我們覺得如果能夠在GPU架構上有一個開源開放指令級，是不是也可以有機會成為世界第三級。

清華大學集成電路學院副教授、博士生導師、上海清華國際創新中心副主任何虎

目前，其正在開發的開源通用GPU指令集架構OpenGPGPU，采用的就是基于RISC-V的標量和向量擴展來作為GPGPU的基礎指令級，目前定義的開源GPU指令級架構大約是90%以上的指令是RISC-V指令，會有一部分是其自定義的為GPU專門設計的指令。

“今天我們面臨百年未有之大變局。中國在發展CPU產業時，要注重未來主流CPU的發展趨勢。”倪光南希望，能有更多企業聚焦開源RISC-V架構，大力推進RISC-V生態建設，最終使RISC-V架構能夠在世界CPU市場與X86和ARM三足鼎立。

       原文標題 : RISC-V，我國CPU架構的最優解