RISC-V是如何与X86、ARM三分天下

news2024/11/17 7:18:27

1.行业CPU指令集格局

2.汽车中的RISC-V进展

2.1 国际进展

2.2 国内进展

3.小结

2023年3月2日，在平头哥牵头举办的玄铁RISC-V生态大会上，工程院院士倪光南表示，基于RISC-V模块化、可扩展、容易定制、不受垄断制约等优势，成为了中国CPU领域最受欢迎的架构。

那么RISC-V到底是什么呢？为什么现在有很多车规芯片在往这个方向靠拢？

我们今天来简单看下。

1.行业CPU指令集格局

首先我们要明确，指令集的作用：用于规定计算机硬件与软件交互的格式、寻址方式、数据类型等标准。

具体而言，指令集是由一串二进制组成计算机硬件可以识别的命令，根据命令对应电路硬件中的特定结构。根据头豹研究院，指令集作用如下图所示，它在整个计算机生态里起着承上启下的作用，向上承接软件应用，向下标准化了处理器芯片的设计规范。

PS：ISA - - Instruction Set Architecture

根据指令集运算复杂程度又分为：CISC和RISC。

CISC -- 复杂指令集，内容丰富、对特殊任务有专业指令，效率较高，但功耗也较高。目前X86架构是最主流的CISC；
RISC -- 精简指令集，长度固定，指令执行时间较短，通过组合多条简单指令完成功能，效率可由流水线和超标量弥补较低。

而目前市面上CPU主流架构为X86、ARM、RISC-V；其中

X86诞生于1976年，面向传统PC市场，因其CISC的高效率，因此特别擅长处理大数据，该IP不会在市场上流通，非常封闭，由Intel和AMD把控。
ARM诞生于1985年，面向手机市场，该IP采用授权付费的方式，所以相对封闭，但是成本很高；
RISC-V诞生于2010年，由Krste Asanovic 教授带领团队研发，其中“V”由两层含义：一是这是伯克利从 RISC I 开始设计的第五代指令集架构，二是它代表了变化(variation)和向量(vectors)，主要面向AIoT。

根据中科蓝讯发布的公告，这三种架构比较如下：

可以看到，RISC-V在指令集上短小精悍，同时采用了模块化的设计：每个字母代表一个模块，其中字母“I”为强制要求的基本整数指令集，其余均为可选模块，如下图：

图片来源：安信证券

模块化的方式使得设计人员可以根据应用场景来选择不同功能，例如如果追求小面积和低功耗的嵌入式可以使用RV32E\I等。

2.汽车中的RISC-V进展

2.1 国际进展

由于RISC-V指令集完全开源且允许使用者修改，在世界范围内获得了众多国家的支持。

2015 年，RISC-V 基金会成立，旨在打造 RISC-V 生态系统。成立至今，RISC-V 基金会已拥有超过327家成员。其中，白金会员包括谷歌、微芯科技、美光、英伟达、恩智浦、高通、三星西部数据等全球知名科技半导体企业，同时有台积电、英飞凌、意法半导体、联发科等一众知名半导体企业。

既然英飞凌、恩智浦、意法半导体参与了，我就很好奇查了一下它们具体在干什么，结果发现在23年12月，博世、英飞凌、恩智浦、高通和北欧半导体共同合资成立成立一家新公司Quintauris，用于研发基于RISC-V架构的汽车芯片，值得一提的是该家公司总裁为EB前总裁Alexander Kocher。

这释放了一个很强的信号：原先ARM相对封闭的授权IP已经不能满足当前汽车电子电子架构演进的需求，需要由这些贴近汽车行业的半导体厂商来重塑整个CPU格局。

除了上述几家，瑞萨早在2021年就推出了基于RISC-V的汽车MCU RH850/U2B，满足ASIL-D；Mobileye推出的Eye Q Ultra用于自动驾驶，同样满足ASIL-D。

2.2 国内进展

在芯片国产替代的大背景，由于RISC-V的开源性、模块化特性，使用门槛不算特别高，因此成为了芯片自主可控弯道超车的机会。

首先，国内厂家可以节省大额的IP授权费用，其次由于其开源性，可以免受国际制裁。虽然目前基于RISC-V的开发生态尚显稚嫩，但是也吸引了类似平头哥、新来、乐鑫等半导体公司。

例如，平头哥是最早研发RISC技术的公司，其平头哥玄铁系列可充分覆盖高性能、低功耗的场景；乐鑫科技则是物联网WiFi MCU通信芯片龙头公司，其基于RISC-V的A2T芯片已经在国内物联网整体解决方案作出了贡献。

而在汽车领域，龙头当属芯来科技。

芯来科技成立2018年，刚好是比较敏感的时间点，该公司自主研发了基于RISC-V CPU IP 200\300\600\900\1000系列，其中NA900采用32位架构，主要面向智驾和智能座舱，成功获得了ISO26262 ASIL D认证；同时该公司与IAR深度合作，提供了全套RISC-V的车规级工具链。

国科环宇同样基于RISC-V内核研制出满足ASIL B、通过AEC Q100的MCU芯片。