本文由半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)縱橫（ID：ICVIEWS）轉(zhuǎn)載自eettaiwan

何種架構(gòu)將引領(lǐng)潮流？

第五代精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)（RISC-V）是否能夠取代業(yè)界知名的Arm架構(gòu)和x86架構(gòu)，這是一個(gè)備受關(guān)注的問(wèn)題。盡管關(guān)于Arm與RISC-V的討論異常熱烈，但開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)所帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)不容忽視。那么，RISC-V在市場(chǎng)上能否迅速占據(jù)主導(dǎo)地位，其速度又將如何？這是值得我們探討的問(wèn)題。

RISC-V可望重塑芯片領(lǐng)域

當(dāng)前，RISC-V的發(fā)展態(tài)勢(shì)十分迅速。如果能保持目前的發(fā)展速度，RISC-V可望在未來(lái)超越x86和Arm這些傳統(tǒng)的專(zhuān)有指令集架構(gòu)。一些位于產(chǎn)業(yè)前端的公司已經(jīng)率先開(kāi)始采用這一新興的指令集架構(gòu)(ISA)。

例如，Nvidia的圖形處理單元(GPU)根據(jù)其復(fù)雜程度，可能包含多達(dá)40個(gè)內(nèi)部開(kāi)發(fā)的定制RISC-V核心來(lái)進(jìn)行管理。自2015年開(kāi)始，Nvidia從專(zhuān)有微控制器(MCU)轉(zhuǎn)向使用RISC-V，這一轉(zhuǎn)型恰好是在開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)指令集架構(gòu)推出五年之后。同樣，Google、高通(Qualcomm)和三星(Samsung)等業(yè)界巨頭也紛紛采取了類(lèi)似的策略。

在過(guò)去幾十年中，專(zhuān)有指令集架構(gòu)的發(fā)展可能制約了技術(shù)創(chuàng)新的步伐。RISC-V的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)在于，它促進(jìn)了協(xié)作性解決方案的發(fā)展，并激勵(lì)了高性?xún)r(jià)比的實(shí)驗(yàn)，這一過(guò)程又進(jìn)一步加速了技術(shù)創(chuàng)新。企業(yè)因此不再受限于專(zhuān)有芯片設(shè)計(jì)公司產(chǎn)品藍(lán)圖的緩慢更新。

這一變革將對(duì)全球芯片制造能力和供應(yīng)鏈造成深遠(yuǎn)的影響。以歐盟為例，根據(jù)European Strategy and Policy Analysis System提供的資料，歐盟在全球芯片市場(chǎng)收入中的份額已從1990年代的約20%下降至2020年代的不到10%。

為什么RISC-V的發(fā)展態(tài)勢(shì)如此迅速？

實(shí)際上，RISC-V指令集架構(gòu)展現(xiàn)出了對(duì)抗市場(chǎng)波動(dòng)的潛力。近年來(lái)，全球范圍內(nèi)的供應(yīng)鏈中斷令半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)面臨巨大挑戰(zhàn)，同時(shí)，市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)者之間的貿(mào)易緊張關(guān)系也在持續(xù)加劇。例如，在2024年12月，中國(guó)加強(qiáng)了對(duì)美國(guó)出口鎵、銻和鍺等關(guān)鍵材料的管制。面對(duì)這樣的形勢(shì)，美國(guó)政府和企業(yè)開(kāi)始重新考慮對(duì)專(zhuān)有芯片設(shè)計(jì)的過(guò)度依賴(lài)問(wèn)題。

芯片及其相關(guān)元件的需求正在以前所未有的速度快速成長(zhǎng)，然而供應(yīng)能力卻難以跟上這一步伐。各國(guó)在實(shí)現(xiàn)芯片自給自足方面仍有漫長(zhǎng)的道路需要跋涉。5G技術(shù)、人工智慧(AI)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的普及，以及嵌入式系統(tǒng)在多個(gè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，都充分證明了這一點(diǎn)。

在芯片生產(chǎn)領(lǐng)域，目前歐盟沒(méi)有任何一個(gè)國(guó)家能夠完全實(shí)現(xiàn)自給自足。地理上的分工專(zhuān)業(yè)化、開(kāi)發(fā)流程的復(fù)雜性，以及長(zhǎng)期的相互依賴(lài)關(guān)系，都增加了芯片制造的難度。采用RISC-V這樣的開(kāi)放式標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，有助于減少先進(jìn)半導(dǎo)體技術(shù)受到貿(mào)易限制的可能性。

現(xiàn)代高效能系統(tǒng)單芯片(SoC)架構(gòu)面臨著管理眾多功能和資源的挑戰(zhàn)。在運(yùn)算復(fù)雜度不斷提升、芯片尺寸持續(xù)縮小的趨勢(shì)下，系統(tǒng)的獨(dú)立性和適應(yīng)性變得至關(guān)重要。

電子系統(tǒng)的復(fù)雜性導(dǎo)致其成本居高不下。例如，生產(chǎn)一塊印刷電路板就需要經(jīng)歷超過(guò)150個(gè)復(fù)雜的步驟。這些情況說(shuō)明，像RISC-V這樣的低成本且靈活的解決方案顯得尤為必要。隨著微型化趨勢(shì)的不斷深入，設(shè)計(jì)師、工程師和開(kāi)發(fā)人員迫切需要更廣闊的設(shè)計(jì)空間和更高的靈活性。

Arm與RISC-V架構(gòu)的優(yōu)劣勢(shì)比較

關(guān)于Arm與RISC-V的討論涉及多個(gè)層面。雖然多種因素共同作用于這些架構(gòu)的整體性能，但每種架構(gòu)都有其最適合的幾類(lèi)主要應(yīng)用場(chǎng)景。

Arm

長(zhǎng)期以來(lái)，專(zhuān)有技術(shù)往往意味著高昂的許可費(fèi)用，Arm架構(gòu)擁有集中的技術(shù)和客戶(hù)支援網(wǎng)路，企業(yè)可以透過(guò)Arm獲得支援和責(zé)任保險(xiǎn)。

鑒于Arm已有幾十年歷史，它已經(jīng)占據(jù)了較大的市占。Arm建構(gòu)了一個(gè)完善的開(kāi)發(fā)工具、處理器和供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)，這便于企業(yè)選擇性?xún)r(jià)比高的供應(yīng)商和合作伙伴。

RISC-V

基于這類(lèi)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)能夠設(shè)計(jì)和使用定制處理器，而無(wú)需支付高額的授權(quán)費(fèi)用，也不會(huì)受到地域管轄的限制。除此之外，企業(yè)針對(duì)特定應(yīng)用場(chǎng)景，還能修改指令集架構(gòu)的擴(kuò)展，以此獲得更大的控制力和相容性。

Arm無(wú)法提供如此高水準(zhǔn)的定制服務(wù)，所以RISC-V的優(yōu)勢(shì)一目了然。另外，由于RISC-V國(guó)際協(xié)會(huì)設(shè)立在瑞士，市場(chǎng)主導(dǎo)國(guó)家無(wú)法對(duì)哪些國(guó)家參與制定和發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)施加限制或控制。

當(dāng)然，RISC-V的缺點(diǎn)在于它的“新”。雖然越來(lái)越多的供應(yīng)商開(kāi)始接納RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)，但能夠?yàn)榇颂峁┤轿恢г墓?yīng)商卻為數(shù)不多。因此，在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，供應(yīng)商依賴(lài)問(wèn)題可能會(huì)是不容忽視的挑戰(zhàn)。

哪種架構(gòu)將主導(dǎo)芯片領(lǐng)域？

雖然Arm在市占上領(lǐng)先，但目前的趨勢(shì)顯示，RISC-V的出貨量在未來(lái)幾年可望實(shí)現(xiàn)指數(shù)級(jí)成長(zhǎng)。

RISC-V提供了更高的運(yùn)算密度，對(duì)于那些追求小型化的公司而言，能夠從更微小的芯片中獲取相同的性能，無(wú)疑具有極大的吸引力。

預(yù)計(jì)2022~2027年期間，RISC-V技術(shù)的市場(chǎng)收入將實(shí)現(xiàn)33.1%的年復(fù)合成長(zhǎng)率。有利潤(rùn)的地方，就會(huì)有供應(yīng)商。

隨著越來(lái)越多的供應(yīng)商投身于支持RISC-V設(shè)計(jì)，更多的定制化和相容性規(guī)范將被融入到非RISC-V產(chǎn)品之中。如果廣泛采用RISC-V的速度有所放緩，企業(yè)便可將原本用于支付授權(quán)費(fèi)用的資金，轉(zhuǎn)而投入到公司內(nèi)部的研發(fā)工作中。

在原始效能方面，Arm可能始終領(lǐng)先于RISC-V。但是，RISC-V處理器的性能提升正在積極進(jìn)行中。在這個(gè)領(lǐng)域，這種開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)有潛力迅速追趕上甚至超越其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

鑒于RISC-V問(wèn)世僅有十余年，無(wú)論是私營(yíng)企業(yè)還是公共機(jī)構(gòu)，都有足夠的時(shí)間來(lái)權(quán)衡其風(fēng)險(xiǎn)與收益。隨著RISC-V采用率的不斷提升，這一架構(gòu)將展現(xiàn)出顛復(fù)性的影響力。最有可能受到其影響。

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