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RISC-V与ARM的世纪大战
韭之王
只买龙头的老韭菜
2024-10-24 20:25:01 陕西省

RISC-V与ARM的世纪大战,SiFive、达摩院与芯来的商业竞逐

  1. 全志科技(300458), 推出D1系列芯片是AP级别的RISC-V架构计算平台,应景大规模量产。与阿里平头哥共同开发Risc一V的汽车芯片。
  2.  北京君正 [300223] 公司RISC-V芯片V2在已达到A53的水平,公司 将全面转向RISC-V核
  3. 国芯科技688262:公司正在开发RISC-VCPU内核系列 目前正在开展将AI引擎加入到RISC-VCPU内核中
  4. 芯原股份688521:已有多个以RISC-V核为架构的客户项目正在进行
  5. 东软载波 (300183)预研物联网关键芯片包括基于RISC-V指令集架构 的物联网微处理器ⅤPU芯片
  6. 亿通科技(300211)子公司研发的超低功耗人工智能芯片,具有双核RISC-V核应用处理器,可支持图形、UI操作等高负载计算。
  7. 中科蓝汛(688332),90%以上收入占比来自于RISC-V架构,在无线音频SoC芯片领域规模领先、具有较强市场竞争力的主要供应商之一
  8.  乐鑫科技(688018),公司拥有全球首款集中双频式芯片ESP32-C5,主要应用在高效无线传输的物联网应用设计,在这个行业有很深入的设计。 
  9. 飞利信(300287)公司依托自身在硬件开发领域多年的技术积累,开发基于RISC-V指令集的物联网芯片,已完成多行业应用。
  10. 【好利科技002729】与中科数据智能研究院共同设计了基于RISC-V 指令集国产MCU产品应用方案,具备成熟的RISC-V技术,将在这次中国主导的RISC-V改革中受益。
  11. 航宇微:玉龙 910 人工智能芯片主要面向图形图像领域,提供端侧超大算力,芯片拟采用国产 64 位 RISC-V CPU 核,设计频率大于1.6GHZ)

土人观芯

上海科技领域创作者


摘要RISC-V架构诞生于2010年创始人与一些早期成员联合成立了维护技术的RISC-V基金会和全世界第一家提供RISC-V指令集芯片定制的SiFive公司

当前国内主要RISC-V IP企业包括芯原股份达摩院奕斯伟计算芯来科技等RISC-V芯片设计企业包括兆易创新全志科技华米科技知合计算等

在RISC-V已然擅长的物联网边缘计算控制级芯片等低算力场景价格低利润薄对手多的困境已经不可避免因此许多厂商都在转型RISC-V高算力场景

除此之外生态建设客户拓展强劲且积极应对的竞争对手ARM都是商业化道路上的层层迷雾

据业内人士推测短期内受限于生态RISC-V的主要应用场景还是会集中在控制级芯片上高算力芯片仍然是ARM的天下未来RISC-V通过异构集成与ARM连接在一起可能成为较有前景的发展方向

以下是正文

X86和ARM架构凭借相对成熟的生态大行其道之时一款开源架构RISC-V开始逐渐在芯片圈子爆火

仅仅是不被卡脖子这一项就给了诸多资本与国产芯片厂商弯道超车的无限想象

ARM架构相比RISC-V是一种基于精简指令集计算RISC原理的开源指令集架构ISA前者则是一种专有ISA长期以来在嵌入式系统和移动设备中占据主导地位

而相较于ARM的高歌猛进开源RISC-V的争论一直没有停过如此一款开源硬件能否挣钱如何挣钱还要多久才能挣钱成为科技新力的灵魂三问

在狂热刚刚兴起之时RISC-V和ARM的商业化之争其实才刚刚拉开帷幕

01

RISC-V起源

2010年美国加州大学伯克利分校的Krste Asanovic教授Andrew Waterman和Yunsup Lee等开发人员正需要为某个新项目选择一种处理器指令集

经过对ARMMIPSSPARCX86等多个指令集的分析他们发现这些现存指令集设计复杂冗繁存在着高昂的专利和架构授权问题而且修改ARM处理器的RTL代码是不被支持的x86处理器的源代码根本不可能获得到其他的开源架构譬如SPARCOpenRISC也均有着或多或少的问题

设计一套全新指令集想法开始在团队内部萌芽

这个新指令集既需要满足从微控制器到超级计算机等各种尺寸的处理器又要能支持从FPGA到ASIC到未来器件等的实现还要能高效地实现各种微结构支持大量的定制与加速功能并与现有软件栈与编程语言较好适配

同年RISC-V正式问世次年RISC-V指令集架构ISA规范首次发布团队也展示了其在28 纳米 FDSOI 中的应用

2015年是RISC-V发展极为重要的一年为了加速RISC-V整体架构发展同时尝试商业化落地伯克利的Krste Asanovic教授与一些早期成员联合成立了维护技术的RISC-V基金会和SiFive公司前后两者独立运营

RISC-V基金会为非营利性组织总部已经在2020年由美国迁往瑞士该基金会负责维护标准的RISC-V指令集手册与架构文档并负责RISC-V开源架构的全球推广工作也组织会员共同推动RISC-V的标准完善和应用落地

迄今为止RISC-V国际基金会的会员数已经增长到近4000个包括英伟达谷歌西部数据等主要科技公司都是其成员

国内阿里巴巴华米科技中兴晶心科技等企业均为基金会Platinum级别会员华为浪潮乐鑫芯原微均为Gold级别会员芯来科技紫光同创全志兆易创新比特大陆等均为Silver级别会员

美国企业SiFive则是全世界第一家提供RISC-V指令集芯片定制的企业基于RISC-V芯片架构做高效能IP核帮助企业定制芯片可谓是RISC-V商业化落地探索的开端

RISC-V 强调完全开源的设计并且让取用者可任意加上专属指令集甚至可以自由选择将架构封闭还是维持开源因此虽然指令集架构是开源免费但是基于指令集衍生的专利内核微架构并不是开源和免费

目前RISC-V 指令集和微架构均已发展出开放免费可授权和封闭的三种知识产权模式

SiFive的IP产品对标ARM Cortex也做了3个系列内核分别为E核S核与U核每个系列也做了纵向的低高端级别产品

SiFive 的收入主要来自向客户收取处理器等IP授权费用或从客户生产的 RISC-V 芯片中获得分成收费模式和ARM相似

在2023年10月裁员后SiFive的团队规模约500人2023年SiFive收入为3820万美元净营运亏损为1.13亿美元据报道其2024年的目标收入为2.41 亿美元较去年提升逾 5 倍

该公司估值在2022年便已超过25亿美元英特尔高通三星SK海力士西部数据等芯片巨头均是其投资方其中不乏ARM的重要客户目前SiFive已成为RISC-V芯片赛道估值最高的独角兽公司不过在企业估值规模上与市值1500多亿美元的ARM还是有差距

中国台湾地区的晶心科技是另一家著名 RISC-V 内核IP提供商2020年10月瑞萨半导体Renesas宣布开始采用晶心旗下 AndesCore IP 32 位 RISC-V CPU 内核开发新的特定应用标准产品

表 1 RISC-V发展史 图源华泰证券

02

商业化好不好做

技术方向上看似一片明朗的RISC-V其实在商业化上也面临不少压力和竞争

首先RISC-V生态系统的相对不成熟和兼容性的落后仍然是其商业化最大的缺陷

当前情况下RISC-V路线生态碎片化单打独斗的企业太多还没有一股汇聚起来的强大力量能够迅速建设起整个生态体系而另一边的ARM则拥有丰富的开发工具软件支持和应用生态RISC-V想要对标这一标准还有很长的路要走

举例来说在移动端虽然谷歌已经在2023年正式宣布要让RISC-V成为 Android 的 T1 级支持架构地位同 ARM 处理器但是其后便以迭代速度很快还没有准备好为所有供应商提供单一支持的映像为由删除了安卓通用内核ACK 对 RISC-V架构的支持

这暗示了这样一个事实在Android为RISC-V做好准备之前仍有大量生态系统方面的前期工作需要完成

其次RISC-V IP公司可拓展的客户群体有限增长空间较窄难以实现大规模盈利

一方面找到主要阵营深度绑定客户是一件难事据业内人士透露达摩院当前的产品也仍然主要应用于汽车MCU边缘侧计算芯片等零散场景不像华为奕斯伟等企业自身存在且可自行满足业务需求独立的第三方企业很少能找到绑定一个规模庞大的客户

此外据知情人士透露达摩院RISC-V IP当前团队规模达到200-300人团队开销也是一笔不小的数字

另一方面当前爆火且有相关业务需求的大厂和数据中心运营商大多数本身就具有软硬件团队和专攻RISC-V的人才后者本来就属于开源的精简指令集操作简单上手快还足够灵活可以随意绑定第三方算法

对这这部分公司来说自己组一个团队或许反而能更好地控制成本了解实际的业务需求加快研发落地的速度

再者肩负破除芯片指令集双寡头使命的RISC-V目前也其实还没有威胁到X86和ARM的核心战场——PC服务器移动端处理器和其他高性能计算领域

前者的主战场更多集中在更低端的MCU工业级场景以及生态依赖度较低的物联网领域一大波RISC-V初创企业都将这些控制级芯片的场景视作初步切入的方向

在这些零散简单的赛道客户采购IP最主要的目的是加快研发速度精简开发流程往往可以自由选择组合几个IP以非常低的价格达成授权交易这意味着部分RISC-V IP公司即使有订单也并不能获得较为可观的利润

而面对RISC-V的来势汹汹ARM则显然先一步开始上强度其中最显著的就是降价获客这也让RISC-V行业价格战的广度和卷度直线上升

2019年7月ARM推出新的授权模式Flexible Access对于中低阶芯片的授权未来客户不再需要缴纳预付款才能看到设计细节

2020年4月ARM公司宣布将升级其灵活接入计划Arm Flexible Access for Startups为拥有不超过500万美元资金的初创公司提供零成本获得Arm IP授权的机会包括如Cortex -ACortex-R和Cortex-M处理器部分Arm Mali™图形处理器ISP和其他基础SoC构建模块在内的Arm IP 组合

据知情人士反馈当前ARM针对中小企业收取的IP费用和流片成本总价打包降低到8万美元组合IP包价格甚至低于这个数字以此吸引更多企业使用 ARM 架构扩大市场份额

国内RISC-V IP公司的价格只会比这个8万美元更低业内人士透露芯来科技去年收入大约1亿元客户约400位均摊到每位客户身上其实单价并不突出只有约20多万元可见RISC-V IP的商业化上限较低加之维护IP需要成建制的团队人力开支不菲利润空间比较微薄

低端市场做RISC-V IP的公司则很容易陷入价格战的泥淖这也是为什么诸多RISC-V IP公司和芯片公司都在号称转型高性能场景如达摩院蓝芯算力进迭时空知合计算等新兴公司其实都打算做RISC-V架构服务器

据相关从业者预测RISC-V服务器的IP授权成本相较ARM架构能下降50%

值得一提的是有业内人士表示由于算力要求越高越考验整个芯片架构的生态未来RISC-V的主要应用场景可能还是会集中在控制级芯片上这意味着虽然RISC-V当前已经能够进入高算力应用场景但未来高算力芯片可能仍然是ARM架构的天下

在这样的大环境下孰优孰劣可能并不是首要的问题更重要的是如何找准商业化重心对技术研发形成反哺从而滚起雪球

03

国产厂商盘点

近年来RISC-V 芯片的出货量持续增长根据RISC-V基金会数据2022年采用RISC-V芯片架构的处理器核已出货100亿颗其中一半来自中国市场据其预测到2025年采用RISC-V架构的处理器核出货量将突破800亿颗且这个数据还是相当保守的预测

就应用场景而言RISC-V广泛应用于物联网移动终端人工智能工业控制边缘计算汽车等领域

在物联网领域RISC-V凭借其精简的架构和低功耗特性在智能家电智能家居设备可穿戴设备等方面得到了广泛应用

在消费电子领域RISC-V的应用包括AR/VR设备智能终端等Google近期正式宣布Android将支持RISC-V指令集基于RISC-V架构高性能处理器支持Android被视作开源领域的关键切入点

在AI领域RISC-V也有广阔的应用前景如凭借矢量运算加上RISC-V灵活高效的优势SiFive Intelligence X280已被Google和众多客户采用成为RISC-V在AI/ML领域中最突出的产品之一Meta也基于RISC-V架构推出了AI推理加速器

在汽车领域车载MCU和智能驾驶都是RISC-V的重要应用场景如2019年8月22日兆易创新正式发布了全球首个基于RISC-V开源架构内核的32位通用MCU产品---GD32VF103系列将RISC-V引入通用微控制器领域华为也宣布开发基于RISC-V的车载MCU

平头哥半导体原副总裁孟建熠在2023年3月的玄铁首届RISC-V生态大会上表示RISC-V最有机会发力的领域是AI和机器学习RISC-V架构将在一两年内应用到车规级芯片上在数据中心方面RISC-V架构将从AI专用芯片切入逐步扩展至通用芯片

值得一提的是自一年前原RISC-V负责人离职平头哥后RISC-V业务已转给同在阿里体系内的达摩院

一位从业者透露这一方面是为了解决平头哥和达摩院业务重叠略有冲突的问题另一方面是为了提振此前处于裁员风波和高管离职中的达摩院的士气不过即便达摩院已接管RISC-V业务目前尚没有人能够完全接替浙大背景出身倚靠浙大雄厚产业界与学术界资源的前任负责人因而达摩院仍然将RISC-V业务的前任负责人作为顾问并给其创业公司分发外包的研发任务以渡过目前缺乏领军人物带路的困窘时期

就商业模式而言据中国开放指令生态联盟秘书长包云岗介绍RISC-V的商业模式大致有五种类型

其中后两种商业模式更接近想象尚未落地

国内公司而言主要RISC-V IP企业包括芯原股份平头哥奕斯伟计算芯来科技等RISC-V芯片设计企业包括兆易创新全志科技华米科技知合计算等

IP 公司方面国内IP大厂芯原股份已经推出了基于单核双核和四核RV64CPU 集群的 RISC V 开放硬件平台用以支持开源软件的开发和推广这一平台集成了芯原在市场上已经大获成功的NPUGPU和ISP等并提供相关 Linux 软件SDK可帮助企业加快芯片软硬件设计和验证工作将产品快速推出市场公司也已有多个以RISC-V核为架构的客户项目正在进行

芯来科技则是专注于 RISC-V 架构的处理器内核 IP 开发及商业化基于 RISC-V 架构研发用于适用物联网AI工控等应用场景的通用处理器AI 处理器等目前主还主要集中在MCUIoT方面没有涉足大型SoC领域

芯片设计公司方面兆易创新率先将 RISC-V 架构引入 MCU 领域推出全球首个基于 RISC-V 内核的 GD32V 系列 32 位通用 MCU 产品其中 IP 核由兆易创新与芯来科技共同研发其RISC-V芯片产品结合了存储和计算的优势已经广泛应用于工业自动化和智能家居领域

华米科技布局物联网产品2019年推出了首款自研芯片黄山1号成为全球首个应用RISC-V架构的可穿戴处理器推出了新一代双核RISC-V架构的可穿戴芯片黄山2号目前在可穿戴设备和健康云领域持续布局

全志科技基于玄铁平台开发通用算力 SoC 芯片面向物联网智能家居工业控制等领域

知合计算致力于针对 AI 智算场景开发基于RISC-V架构的高性能可扩展计算芯片依托自身生态优势聚焦AI应用场景的实际需求应用定义产品的方式为包括通用人工智能AGI在内的广泛应用场景打造创新高效的算力基础

04

尾声

X86 抓住了PC市场ARM 则在移动硬件领域占据主导对于 RISC-V 而言寻找适合自身发展的增量市场至关重要

当前应该看到的是在RISC-V已然擅长的物联网边缘计算控制级芯片等低算力场景价格低利润薄对手多的困境不可避免许多厂商都在转型RISC-V高算力场景以期实现RISC-V的真正价值

在此之前生态建设客户拓展强劲且积极应对的竞争对手都是RISC-V企业要解决的问题据业内人士推测未来RISC-V的主要应用场景可能还是会集中在控制级芯片上高算力芯片仍然主要是ARM架构的天下

新的路线带来更多机遇也同样暗藏风险如何实现弯道超车是个精细的功夫


risc-v国产芯片上市公司受益龙头名单一览表

全志科技300458推出D1系列芯片是AP级别的RISC-V架构计算平台应景大规模量产与阿里平头哥共同开发Risc一V的汽车芯片

北京君正 [300223] 公司RISC-V芯片V2在已达到A53的水平公司 将全面转向RISC-V核

国芯科技688262公司正在开发RISC-VCPU内核系列 目前正在开展将AI引擎加入到RISC-VCPU内核中

芯原股份688521已有多个以RISC-V核为架构的客户项目正在进行

东软载波 300183预研物联网关键芯片包括基于RISC-V指令集架构 的物联网微处理器ⅤPU芯片

亿通科技300211子公司研发的超低功耗人工智能芯片具有双核RISC-V核应用处理器可支持图形UI操作等高负载计算

中科蓝汛68833290%以上收入占比来自于RISC-V架构在无线音频SoC芯片领域规模领先具有较强市场竞争力的主要供应商之一

乐鑫科技688018公司拥有全球首款集中双频式芯片ESP32-C5主要应用在高效无线传输的物联网应用设计在这个行业有很深入的设计

飞利信300287公司依托自身在硬件开发领域多年的技术积累开发基于RISC-V指令集的物联网芯片已完成多行业应用

航宇微玉龙 910 人工智能芯片主要面向图形图像领域提供端侧超大算力芯片拟采用国产 64 位 RISC-V CPU 核设计频率大于1.6GHZ


 

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    10-28 22:17 陕西省
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    10-24 21:50 上海市
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