RISC-V能否和ARM和X86三分天下？

根据RISC-V国际基金会数据，2021年其会员数量为300多家，而到2023年7月，其会员数量已经超过3820家。短短两年的时间，增长超过90%，是什么魅力让RISC-V引得如此多的关注和青睐？RISC-V最终能否和Arm和X86三分天下呢？

什么是RISC-V？

2010年加州伯克利大学并行计算实验室（Par LAb）的一位教授（David Patterson）和两个研究生想要选择一款指令集架构（ISA）用于他们的科研和教学，最初他们打算在X86和ARM等指令集架构中选择一个，但专有ISA缺乏灵活性，他们需要获得许可后才能使用或修改这些专有指令集，最终他们决定自己设计一个全新的指令集，RISC-V由此诞生。

RISC-V是一个基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构（ISA），其指令集采用模块化的方式进行组织设计，由基本指令集和扩展指令集组成，每个模块用一个英文字母表示。其中，整数（Integer）指令集用字母“I”表示，这是RISC-V处理器最基本也是唯一强制要求实现的指令集。其它指令集均为可选模块，使用者可自行选择是否支持。

RISC-V的最初设计目标是实用、开源、可在学术上使用，并且在任何硬件或软件设计中部署时都无需版税。之后，随着RISC-V应用的越来越广泛，它慢慢渗透至越来越多的行业，包括汽车、高性能计算（HPC）、5G、人工智能等。

为何是RISC-V？

虽然相较于X86和ARM架构，RISC-V相对来说还比较年轻，但它的增长速度却是非常惊人的。据Counterpoint Research预测，到2025年时采用RISC-V架构的芯片数量将增长至800亿颗，届时RISC-V将占据全球14%的CPU市场、28%的IoT市场、12%的工业市场和10%的汽车市场。

那为何RISC-V能够在ARM和X86架构统治下，在夹缝中走出一条路来，而且有越走越好的趋势呢？这是因为它具备以下几大特点：

一是开源自由性。与大多数指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。另外，由于RISC-V的指令集开源的特点，使用者无需支付授权费，使得企业、机构或个人可以节省一部分的研发经费。

二是模块化和可扩展性。设计人员可以使用RISC-V或现有模块定制处理器，这些处理器只需符合他们的目标应用，这样可以加快产品开发的速度。另一方面，设计人员也可以选择将定制后的产品不进行代码公开，从而保护他们的产品安全和知识产权。

三是崭新的商业模式。如下图所示，RISC-V可以让用户自由选择开发方案，他们可以从第三方获取，也可以自行进行内核的开发。

图1：三大指令集商业模式对比

谁在用RISC-V？

过去，RISC-V因其架构开放、灵活等优势，似乎多应用于场景多样化和差异化的领域，如AIoT市场，但RISC-V主要发明人Krste Asanović教授在一次活动中表示：“RISC-V的应用领域没有限制，它几乎适合所有领域的应用。”RISC-V似乎已从仅能支持小生态逐渐进入到复杂生态系统。

首先在汽车领域，随着汽车电动化、智能化、网联化和共享化的“四化”发展趋势，车内需要进行的计算将大幅增加。对于汽车SoC，RISC-V处理器可以帮助满足包括信息娱乐、高级驾驶员辅助和通信在内的系统性能、功率、成本和安全性要求。

另外，相较于传统的手机、PC领域，它们已经形成完整的软件生态系统，新的架构想要进行替代，则需要开发新的软件、Apps等，这就为后来者设置了障碍，替代的速度相对会比较慢。而汽车行业的这些发展趋势可以说是一个全新的市场，对于RISC-V来说是一个竞争者的角色而非后来者。所以，对于RISC-V架构来说，这是一个绝佳的机会。

在HPC和数据中心领域，RISC-V的可定制ISA非常适合用于处理复杂的计算任务，RISC-V的扩展性可以支持开发简单、安全和灵活的核心，从而提供HPC和数据中心等应用所需的能效。

据投资机构ARK invest预测，到2030年，ARM和RISC-V可能成为新的处理器标准，在云业务领域将取代英特尔X86架构，ARM＋RISC-V的组合所占据的市场份额，将从2020年的0%，增加至2030年的71%。可见，RISC-V未来在高性能应用领域也会有一席之地。

在人工智能领域，AI芯片的架构将越来越趋向于采用异构架构，在此情况下，芯片设计师们会尽可能地选择现成处理器，然后更多地专注开发高性能、高能效的AI加速器，用于处理神经网络和自然语言等任务。而开发这些现成的处理器，RISC-V就是一个很好的选择。

而在物联网及可穿戴领域，多数设备都采用电池驱动的设计，且设计空间有限，这也让RISC-V处理器有很大的用武之地，可以很好满足这些领域设备的电源设计需求。

RISC-V发展面临的挑战

当然，RISC-V可应用的领域还有很多，随着未来RISC-V的生态构建的进一步完善，它的发展空间还很大。

但RISC-V虽然具有诸多技术优势，且也在诸多领域得到了长足发展，未来想要取得进一步的发展，还需解决一些问题和挑战。

其中最重要的就是生态的构建。生态可以从两个方面来理解，一是在同一个技术链上很多从事不同工作的人，连接在一起，共同构建完整生态链；二是需要与现有的生态进行兼容连接。

从第一个方面来看，2015年RISC-V国际基金会的成立对于RISC-V的生态发展具有重要意义。它在全球积极发展和推广RISC-V架构，吸引越来越多的全球企业和个人参与其中，提供技术支持和知识分享，构建越来越庞大、越来越全面的RISC-V生态系统。

在这个生态系统中，越来越多的厂商基于RISC-V架构进行产品开发，也有越来越多的厂商提供相关的IP产品。作为在商业处理器IP开发、交付和支持方面有丰富和领先经验的新思科技，最近也看到了RISC-V处理器越来越受欢迎的趋势，为了顺应这一市场趋势，新思科技升级了其ARC®处理器IP产品组合，推出了全新的RISC-V ARC-V™处理器IP，为RISC-V生态伙伴提供一系列灵活、可扩展的处理器选择。

新思科技的ARC-V处理器IP久负盛名，目前已提供多代高能效、高度可扩展的ARC处理器，已帮助许多开发者设计具有差异化优势的SoC，并优化实现行业领先的功耗、性能和面积（PPA）的平衡。此次发布的32位和64位ARC-V处理器IP，基于新思科技现有ARC处理器的成熟微架构基础之上，可提供高性能、中端和超低功耗选项及相应功能安全版本，可满足各类应用广泛的工作负载需求。

除此之外，新思科技还为RISC-V ARC-V处理器IP配置了几大神器。一是为了加速软件开发，新思科技ARC-V处理器IP配套了强大且经验证的MetaWare开发工具包，它包含了开发、调试和协调软件应用程序所需的所有组件，可生成高效代码。另外，ARC MetaWare安全开发工具包还有助于加速开发符合ISO 26262标准的代码。

二是新思科技ARC-V功能安全（FS，Functional Safety）处理器IP集成了硬件安全功能，可检测系统失效，支持ASIL B和ASIL D安全级别，并加速ISO 26262功能安全认证和ISO 21434汽车网络安全认证。ARC-V FS处理器IP基于新思科技ISO 9001质量管理体系（QMS）开发，可助力开发者满足具有挑战性的ASIL-D系统开发标准。

上述两个功能对于汽车领域的发展至关重要。

三是Synopsys.ai™全栈式AI驱动型EDA解决方案与ARC-V处理器IP进行了协同优化，提供了开箱即用的开发和验证环境，有助于提高基于ARC-V片上系统（SoC）的生产率和结果质量（QoR）。

同时，新思科技也加入了RISC-V International董事会和技术指导委员会，将支持业界采用RISC-V ISA，并参与未来计算架构标准的制定。

相信未来如果有越来越多像新思科技这样的企业投入和支持RISC-V，RISC-V生态的构建也会越来越快。

从第二个方面来看，RISC-V需要和已有的开源生态进行融合，如安卓、Linux等。据悉，谷歌已经将RISC-V列为安卓系统的主要支持架构之一了，这对于RISC-V未来的发展提供了强有力的推动。

倪光南院士更是认为，安卓已全面支持RISC-V，那么无论是在个人电脑、手机、服务器、人工智能以及物联网等领域，RISC-V芯片都有望迅速取代ARM芯片。

写在最后

据SHD集团分析师的预测，2030年全球RISC-V处理器的数量将超过160亿块，未来几年的复合年增长率将保持在40%左右。这是一个惊人的数字，但考虑到越来越多的新开发项目都在使用RISC-V，尤其是在中国市场，有这样的数字也不足为奇。

但RISC-V最终是否能与ARM和X86形成三足鼎立之势，还需要整个生态中如新思科技一样的企业和个人共同努力，才能让RISC-V走得更好、更稳也更远。