RISC-V實(shí)現(xiàn)商業(yè)成功的標(biāo)志
編輯 | 李帥飛
雷峰網(wǎng)按：2021年12月9日-2021年12月11日，2021第六屆全球人工智能大會(huì) (GAIR 2021)于深圳正式召開。歷經(jīng)五年，見證數(shù)次潮水的轉(zhuǎn)向，成為目前為止粵港澳大灣區(qū)人工智能領(lǐng)域規(guī)模最大、規(guī)格最高的學(xué)術(shù)、工業(yè)和投資領(lǐng)域跨界盛會(huì)。
GAIR 2021“集成電路高峰論壇：國(guó)產(chǎn)高端芯片之路”，集聚來自學(xué)術(shù)界、產(chǎn)業(yè)界和投資界的15位大咖，探討了國(guó)產(chǎn)高端芯片的實(shí)力以及RISC-V帶給中國(guó)芯片的機(jī)會(huì)。
來自上海處理器技術(shù)創(chuàng)新中心顧問，前Intel副總裁，前Intel中國(guó)研究院院?方之熙通過線上視頻的方式帶來了《開源指令集ISA能成為新一代成功的微處理機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)嗎?》的主題分享，探討RISC-V的商業(yè)成功問題。
在方之熙的分享中，提到可能在不遠(yuǎn)的將來，RISC-V會(huì)跟X86、ARM形成三足鼎立的格局。他通過當(dāng)前指令集架構(gòu)的三種不同模式，闡明RISC-V開創(chuàng)的自由設(shè)計(jì)模式的創(chuàng)新性。
RISC-V究竟有多大的市場(chǎng)空間？在可預(yù)測(cè)的市場(chǎng)中，可編程邏輯芯片在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)鏈上下游中所占據(jù)利潤(rùn)和營(yíng)業(yè)額最大，這意味著RISC-V的市場(chǎng)潛力巨大。為此，方之熙給出一個(gè)標(biāo)準(zhǔn):“從商業(yè)成功?度來看，如果某家以RISC-V為架構(gòu)的芯片公司每年產(chǎn)值能達(dá)到100億美金，那就是一家成功的公司?！?/span>
礙于X86和ARM已經(jīng)分別占據(jù)絕大部分PC和移動(dòng)市場(chǎng)，現(xiàn)階段RISC-V發(fā)展最快的是IoT領(lǐng)域，工控領(lǐng)域的發(fā)展尤為明顯。不過，RISC-V也面臨一些來自技術(shù)難題和商業(yè)挑戰(zhàn)，方之熙博士的演講中有更多信息。
以下是方之熙博士在GAIR 2021上的演講內(nèi)容，雷峰網(wǎng)對(duì)其進(jìn)行了不改變?cè)獾木庉嬚恚?/span>
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RISC-V開創(chuàng)新的自由設(shè)計(jì)模式
RISC-V于2010年在加州伯克利啟動(dòng)，國(guó)內(nèi)開始關(guān)注到RISC-V是2016年左右，我從2018年開始擔(dān)任RISC-V基金會(huì)中國(guó)委員會(huì)主席。RISC-V基金會(huì)是非盈利組織，其理事會(huì)相當(dāng)于董事會(huì)，是整個(gè)RISC-V的領(lǐng)導(dǎo)小組，目前有大約1000家公司加入了RISC-V基金會(huì)并與其建立了良好關(guān)系。
三國(guó)時(shí)期，曹操和孫權(quán)等謀士預(yù)見三國(guó)鼎立的格局，諸葛亮不光看到這一趨勢(shì)，還指出了路線圖，他告訴劉備先奪得荊州，再拿下四川，北上打下關(guān)中，又令一上將從荊州領(lǐng)兵北上，合力拿下長(zhǎng)安，再攻取潼關(guān)，與曹操、孫權(quán)逐鹿中原，奪取天下。諸葛亮告訴劉備如何一步一步往前走，非常厲害。
開源ISA極具創(chuàng)新性，大家都認(rèn)為在不遠(yuǎn)的將來，RISC-V將會(huì)同X86、ARM形成三足鼎立的格局，那么RISC-V作為其中一方，想要其保持實(shí)力往前發(fā)展，就需要像諸葛亮一樣看清路線圖。
當(dāng)我們要設(shè)計(jì)一款微處理器芯片時(shí)，需要先確定使用何種指令架構(gòu)，然后再根據(jù)指令架構(gòu)設(shè)計(jì)芯片和微處理器，最后流片生產(chǎn)。芯片設(shè)計(jì)有三種不同的模式：
封閉設(shè)計(jì)。Intel X86系統(tǒng)架構(gòu)是由自己公司引領(lǐng)的，其他公司如果需要使用其指令集設(shè)計(jì)微處理器，則需要拿到專利，不然不被允許使用。英特爾自己設(shè)計(jì)生產(chǎn)，從系統(tǒng)架構(gòu)到芯片制造都在自己公司進(jìn)行，屬于完全封閉的設(shè)計(jì)。
專利設(shè)計(jì)。Arm賣專利不賣芯片，此外，Arm也提供微處理器的設(shè)計(jì)，其將IP賣給高通、蘋果、華為等大公司，后者基于ARM指令集設(shè)計(jì)自己的芯片。還有一些小公司用ARM設(shè)計(jì)好的IP做自己的SoC生產(chǎn)或代工芯片。這是ISA靠專利賺錢的模式。
自由開放設(shè)計(jì)。開源的RISC-V屬于第三種模式，任何人都可以使用這一套指令集。很多公司會(huì)基于RISC-V做好設(shè)計(jì)然后賣專利，SiFive就是這樣的模式。另外一些公司，如西部數(shù)據(jù)則是基于RISC-V開源指令集自研芯片，然后加工生產(chǎn)。
PC時(shí)代盛行封閉設(shè)計(jì)模式，移動(dòng)手機(jī)時(shí)代，專利模式當(dāng)?shù)?。如今，RISC-V開創(chuàng)了新的自由設(shè)計(jì)模式。
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RISC-V商業(yè)機(jī)會(huì)大，工控領(lǐng)域尤為明顯
為什么我們對(duì)指令集架構(gòu)如此感興趣？可以從下面這張圖中得到答案。
這是一張?jiān)醋訫cKinsey公司1996年至2014年集成電路產(chǎn)業(yè)鏈黃金賽道統(tǒng)計(jì)圖。從生產(chǎn)鏈來講，最左邊的設(shè)備材料公司，例如ASML、LAM、KLA、ASM等公司盈利穩(wěn)定，但市場(chǎng)不大，相對(duì)而言營(yíng)業(yè)額并不高。
第二行是包括CAD、EDA在內(nèi)的軟件設(shè)計(jì)公司，軟件賣給芯片設(shè)計(jì)公司，能賺錢，但營(yíng)業(yè)額同樣上不去。
第三行是賣IP的公司，市場(chǎng)小，盈利穩(wěn)定，但營(yíng)業(yè)額不高。
中間最大的一塊，是可編程邏輯芯片，比如GPU、CPU、手機(jī)里的AP、IoT用的MCU，利潤(rùn)最高，營(yíng)業(yè)額最大。Memory 盈利的時(shí)候能夠賺不少，但同樣也面臨較大的虧損風(fēng)險(xiǎn)。
最右邊一行是臺(tái)積電、中芯國(guó)際、三星等芯片代工廠，最近7年變化很大，如今的臺(tái)積電營(yíng)業(yè)額和利潤(rùn)都增長(zhǎng)得特別快，但與通用芯片公司相比，其利潤(rùn)還是會(huì)低一些。這就是為什么我們重視包括GPU、CPU、MCU在內(nèi)的芯片公司，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)谡麄€(gè)芯片產(chǎn)業(yè)中占據(jù)最大市場(chǎng)份額，同時(shí)盈利最高。
如果觀察今年第一季度營(yíng)業(yè)額排名全球前十五的半導(dǎo)體公司，可以發(fā)現(xiàn)，除了晶圓廠和存儲(chǔ)器芯片公司之外，大部分都是可編程的通用芯片公司，這些公司的季度營(yíng)業(yè)額都在25億美金以上，由此可以估計(jì)一年的營(yíng)業(yè)額約為100億美金。
因此，從商業(yè)角度講，如果將來以RISC-V為架構(gòu)的芯片公司，如果年產(chǎn)值能夠達(dá)到100億美金，那將是非常成功的公司。
RISC-V公司成功的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域在哪里？目前市面上有各種各樣的預(yù)測(cè)，我認(rèn)為這一預(yù)測(cè)比較靠譜：以RISC-V為系統(tǒng)架構(gòu)的芯片產(chǎn)業(yè)將在IoT領(lǐng)域發(fā)展最大，尤其是在工控領(lǐng)域的發(fā)展最快。這和RISC-V的特點(diǎn)有關(guān)——允許設(shè)計(jì)者增添自己的新設(shè)計(jì)，符合工控領(lǐng)域客戶的要求。
當(dāng)然，RISC-V要想在工控領(lǐng)域拓展市場(chǎng)，還需要有優(yōu)秀的通信技術(shù)和芯片加工工藝來加持，才能最終看見成效。
芯片產(chǎn)業(yè)有一個(gè)基本原則，量一定要大才有可能成功商業(yè)化。因此我們?cè)谠O(shè)計(jì)芯片時(shí)，需要問自己，將來我們的芯片可以攻下哪個(gè)市場(chǎng)？
一般可以分為面向新應(yīng)用場(chǎng)景的增量市場(chǎng)和用于替代其他產(chǎn)品的存量市場(chǎng)，兩種市場(chǎng)帶來不同的設(shè)計(jì)原則。X86和ARM就是得益于增量市場(chǎng)，X86跟隨PC成長(zhǎng)，ARM跟隨手機(jī)成長(zhǎng)。PC起步時(shí)，芯片種類繁多，有一兩家公司看準(zhǔn)方向，與系統(tǒng)軟件公司結(jié)合，形成開發(fā)平臺(tái)，隨之應(yīng)用程序和軟件公司開發(fā)應(yīng)用，形成生態(tài)系統(tǒng)。
生態(tài)系統(tǒng)一旦形成之后難以發(fā)生改變，對(duì)應(yīng)用軟件公司而言，平臺(tái)移植成本非常高。
而在系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域里，不同的細(xì)分市場(chǎng)一般只有一個(gè)龍頭，很少有老二，Intel與微軟集成了開發(fā)平臺(tái)，其他公司很難打進(jìn)這一市場(chǎng)，不過由于美國(guó)的反壟斷法，PC領(lǐng)域除了Intel，AMD也取得了成功。手機(jī)領(lǐng)域，最終只有ARM結(jié)合安卓和蘋果的iOS建立起強(qiáng)大的生態(tài)。
系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域中，存量市場(chǎng)成功的例子很少，Intel成功打進(jìn)了原本基于Spark和IBM Power架構(gòu)的服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心市場(chǎng)是其中一例，Intel花費(fèi)了大量的人力、物力和財(cái)力，通過長(zhǎng)時(shí)間的努力，才最終打進(jìn)這一市場(chǎng)，且市占率在10%以上。
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RISC-V的技術(shù)問題和商業(yè)挑戰(zhàn)
回到RISC-V，目前我們面臨一些技術(shù)問題和商業(yè)挑戰(zhàn)。
3年前，David Patterson教授在烏鎮(zhèn)世界物聯(lián)網(wǎng)大會(huì)上曾提到過目前微處理器面對(duì)的一些技術(shù)問題：
功耗問題。無論是數(shù)據(jù)中心，還是智能手機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，功耗問題都變得重要，所以現(xiàn)在的芯片設(shè)計(jì)很多都是針對(duì)降低功耗的，但沒有一個(gè)能夠降低功耗的系統(tǒng)架構(gòu)，這是一個(gè)問題。
安全、可靠、隱私在現(xiàn)在的系統(tǒng)里愈發(fā)重要，這同樣是系統(tǒng)架構(gòu)考慮較少的方面。
新興應(yīng)用。比如物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等都對(duì)通用芯片提出了一些新要求，這些要求在現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)上突破性不多。
微處理器的設(shè)計(jì)非常依賴系統(tǒng)軟件的兼容性，設(shè)計(jì)一款芯片一定要考慮過去的系統(tǒng)軟件，不然很多應(yīng)用程序就無法運(yùn)行，有很大的局限性。
RISC-V 商業(yè)方面的挑戰(zhàn)，需要考慮是要打入存量市場(chǎng)還是增量市場(chǎng)，除了指令集ISA之外，還有很多非指令I(lǐng)SA的元素，這些元素都需要在RISC-V 架構(gòu)上進(jìn)行更好地定義，最終才能被市場(chǎng)接受。
RISC-V是開源的，其他要素將來可能也要開源，但每個(gè)公司設(shè)計(jì)自己的芯片一定要有獨(dú)到之處，否則沒有實(shí)力與其他對(duì)手競(jìng)爭(zhēng)，目前還沒有很好的解決辦法來既保持開源指令集的一致性，又讓各個(gè)公司的設(shè)計(jì)技術(shù)表現(xiàn)其獨(dú)特性。
RISC-V不斷成長(zhǎng)，設(shè)計(jì)隊(duì)伍越來越大，架構(gòu)指令不斷增長(zhǎng)，有組織、可持續(xù)地做一個(gè)軟件平臺(tái)也是一種挑戰(zhàn)，因?yàn)镽ISC-V本身靈活可變，不像X86和ARM一樣基本固定。
以上這些都是技術(shù)問題引起的商業(yè)挑戰(zhàn)，或商業(yè)本身的挑戰(zhàn)。
RISC-V開源，為指令集架構(gòu)的商業(yè)模式帶來新的可能性，至于這個(gè)商業(yè)模式最終會(huì)是什么樣？目前還未有明確的答案，希望在座的各位共同努力，找到答案。
END
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