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)，這是一個備受關(guān)注的問題。盡管關(guān)于Arm與RISC-V的討論異常熱烈，但開放標(biāo)準(zhǔn)所帶來的優(yōu)勢不容忽視。那么，RISC-V在市場上能否迅速占據(jù)主導(dǎo)地位，其速度又將如何？這是值得我們探討的問題。

RISC-V可望重塑芯片領(lǐng)域

當(dāng)前，RISC-V的發(fā)展態(tài)勢十分迅速。如果能保持目前的發(fā)展速度，RISC-V可望在未來超越x86和Arm這些傳統(tǒng)的專有指令集架構(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個內(nèi)部開發(fā)的定制RISC-V核心來進(jìn)行管理。自2015年開始，Nvidia從專有微控制器(MCU)轉(zhuǎn)向使用RISC-V，這一轉(zhuǎn)型恰好是在開放標(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似的策略。

在過去幾十年中，專有指令集架構(gòu)的發(fā)展可能制約了技術(shù)創(chuàng)新的步伐。RISC-V的一個顯著優(yōu)勢在于，它促進(jìn)了協(xié)作性解決方案的發(fā)展，并激勵了高性價比的實驗，這一過程又進(jìn)一步加速了技術(shù)創(chuàng)新。企業(yè)因此不再受限于專有芯片設(shè)計公司產(chǎn)品藍(lán)圖的緩慢更新。

這一變革將對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)勢如此迅速？

實際上，RISC-V指令集架構(gòu)展現(xiàn)出了對抗市場波動的潛力。近年來，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，市場領(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，中國加強(qiáng)了對美國出口鎵、銻和鍺等關(guān)鍵材料的管制。面對這樣的形勢，美國政府和企業(yè)開始重新考慮對專有芯片設(shè)計的過度依賴問題。

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，然而供應(yīng)能力卻難以跟上這一步伐。各國在實現(xiàn)芯片自給自足方面仍有漫長的道路需要跋涉。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，目前歐盟沒有任何一個國家能夠完全實現(xiàn)自給自足。地理上的分工專業(yè)化、開發(fā)流程的復(fù)雜性，以及長期的相互依賴關(guān)系，都增加了芯片制造的難度。采用RISC-V這樣的開放式標(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150個復(fù)雜的步驟。這些情況說明，像RISC-V這樣的低成本且靈活的解決方案顯得尤為必要。隨著微型化趨勢的不斷深入，設(shè)計師、工程師和開發(fā)人員迫切需要更廣闊的設(shè)計空間和更高的靈活性。

Arm與RISC-V架構(gòu)的優(yōu)劣勢比較

關(guān)于Arm與RISC-V的討論涉及多個層面。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主要應(yīng)用場景。

Arm

長期以來，專有技術(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)和客戶支援網(wǎng)路，企業(yè)可以透過Arm獲得支援和責(zé)任保險。

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)了一個完善的開發(fā)工具、處理器和供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng)，這便于企業(yè)選擇性價比高的供應(yīng)商和合作伙伴。

RISC-V

基于這類開放標(biāo)準(zhǔn)，企業(yè)能夠設(shè)計和使用定制處理器，而無需支付高額的授權(quán)費(fèi)用，也不會受到地域管轄的限制。除此之外，企業(yè)針對特定應(yīng)用場景，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無法提供如此高水準(zhǔn)的定制服務(wù)，所以RISC-V的優(yōu)勢一目了然。另外，由于RISC-V國際協(xié)會設(shè)立在瑞士，市場主導(dǎo)國家無法對哪些國家參與制定和發(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”。雖然越來越多的供應(yīng)商開始接納RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)，但能夠為此提供全方位支援的供應(yīng)商卻為數(shù)不多。因此，在未來相當(dāng)長一段時間內(nèi)，供應(yīng)商依賴問題可能會是不容忽視的挑戰(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，但目前的趨勢顯示，RISC-V的出貨量在未來幾年可望實現(xiàn)指數(shù)級成長。

RISC-V提供了更高的運(yùn)算密度，對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，無疑具有極大的吸引力。

預(yù)計2022~2027年期間，RISC-V技術(shù)的市場收入將實現(xiàn)33.1%的年復(fù)合成長率。有利潤的地方，就會有供應(yīng)商。

隨著越來越多的供應(yīng)商投身于支持RISC-V設(shè)計，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。在這個領(lǐng)域，這種開放標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)有潛力迅速追趕上甚至超越其競爭對手。

鑒于RISC-V問世僅有十余年，無論是私營企業(yè)還是公共機(jī)構(gòu)，都有足夠的時間來權(quán)衡其風(fēng)險與收益。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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