半導體行業(yè)正孜孜不倦地推動創(chuàng)新，在這個過程中，做出正確選擇，正成為芯片成功的關(guān)鍵因素。在眾多操作系統(tǒng)、編譯器、調(diào)試器和其他工具的選項中，開放的RISC-V指令集架構(gòu)（ISA）正在加速普及。這種開放式ISA賦予了開發(fā)者更多自由，使其能夠以開源或商業(yè)資源為起點，打造專屬的定制處理器。

與私有版權(quán)的處理器架構(gòu)相比，RISC-V架構(gòu)支持設(shè)計團隊根據(jù)目標終端應(yīng)用程序的需求，更加靈活定制處理器架構(gòu)。通過按需選擇所需功能，開發(fā)者可以針對關(guān)鍵應(yīng)用實現(xiàn)功耗、性能和芯片面積（PPA）的出色平衡。

憑借其開放性和技術(shù)優(yōu)勢，RISC-V在近幾年迅速崛起。根據(jù)Semico Research的數(shù)據(jù)，到2028年，RISC-V CPU半導體IP使用費預(yù)計將達到2.3億美元，復(fù)合年增長率為26.7%。作為負責管理該標準的全球非營利組織，RISC-V International也報告稱，該標準的行業(yè)采用率、活動及市場熱度均呈現(xiàn)強勁增長勢頭。

RISC-V有多種實現(xiàn)形式。如果采用免版稅的開源核心，任何團隊都可以在其基礎(chǔ)上開發(fā)專屬的解決方案和服務(wù)。同時，市場上亦不乏豐富的商業(yè)IP產(chǎn)品。在本文中，我們將進一步討論為什么RISC-V對于從汽車到5G移動、AI和數(shù)據(jù)中心等應(yīng)用越來越重要。

RISC-V的起源及其架構(gòu)的演進

RISC-V最初于2010年5月由美國加州大學伯克利分校開發(fā)，當時主要用于學術(shù)用途，其設(shè)計理念源于業(yè)已超過四十余年研究的先進計算機架構(gòu)概念。2011年，第一款RISC-V芯片成功流片。隨著ISA技術(shù)規(guī)格的發(fā)布，RISC-V規(guī)范正式進入公共領(lǐng)域。在RISC-V ISA中，其基本指令集就可以運行大部分的軟件。通過可選擴展，開發(fā)者可以針對不同的終端市場定制架構(gòu)。開發(fā)者可以自行選擇所需功能，而不必使用架構(gòu)的完整功能集。

當前的RISC-V版本被認為是基于精簡指令集計算機（RISC）概念的第五代處理器。RISC-V International作為其背后的推動力量，匯聚了全球超過70個國家的3,800多家成員公司，共同定義了開放標準規(guī)范，推動處理器創(chuàng)新，同時倡導更高層次的設(shè)計自由度。該組織指出，截至2022年底，搭載RISC-V處理器的芯片出貨量已超過100億顆。

現(xiàn)在，越來越多的公司開始開發(fā)能夠支持RISC-V的解決方案。此番行業(yè)合作也進一步推動其架構(gòu)的演進。新思科技是RISC-V International的成員。

RISC-V International首席執(zhí)行官Calista Redmond：“隨著RISC-V在多個市場的廣泛應(yīng)用，RISC-V International董事會指引方向、推動標準向前發(fā)展方面發(fā)揮著不可或缺的作用。新思科技在SoC設(shè)計解決方案領(lǐng)域的深厚技術(shù)積累為架構(gòu)提供了大力支持，并將進一步增強我們規(guī)劃RISC-V標準未來藍圖的能力。”

RISC-V的主要優(yōu)勢

RISC-V架構(gòu)為處理器提供了精簡指令來處理不同任務(wù)。顯而易見，這正是該標準如此受歡迎的原因。比較而言，復(fù)雜指令集（CISC）的指令規(guī)模龐大、定義復(fù)雜。因此，基于RISC-V指令集設(shè)計處理器，其電路結(jié)構(gòu)更加簡潔直觀，大大降低了設(shè)計難度。

憑借靈活性、可擴展性以及模塊化特點，開發(fā)者能夠使用RISC-V，以相對較快的速度，定制各類僅適配目標應(yīng)用的處理器。無論是設(shè)計簡單的嵌入式系統(tǒng)，還是構(gòu)建大型超級計算機，開發(fā)者都可以從相同的基礎(chǔ)ISA出發(fā)。此外，簡化軟件開發(fā)流程也有助于縮短整體設(shè)計周期。

在各行各業(yè)中，安全性始終是一個核心關(guān)注點。為了解決這些問題，RISC-V架構(gòu)內(nèi)置了多種安全功能。這些功能通常通過開源參考設(shè)計、軟件組合分析工具和安全擴展來實現(xiàn)。

誰在使用RISC-V？

RISC-V起初主要用于嵌入式應(yīng)用和微控制器領(lǐng)域。經(jīng)過多年的發(fā)展，這個開源標準在汽車、數(shù)據(jù)中心和高性能計算等諸多應(yīng)用領(lǐng)域持續(xù)受到關(guān)注，也越來越多地應(yīng)用到各式各樣的AI工作負載中。以下為廣泛采用RISC-V架構(gòu)的主要領(lǐng)域：

汽車：對于車載SoC，RISC-V處理器可以滿足信息娛樂、高級駕駛輔助和通信等系統(tǒng)對性能、功耗、成本和安全性的要求。

高性能計算（HPC）和數(shù)據(jù)中心：RISC-V ISA的可定制性非常適合處理復(fù)雜的計算任務(wù)：RISC-V的可擴展技術(shù)支持開發(fā)簡單、安全和靈活的處理器內(nèi)核，從而滿足這些應(yīng)用的能效要求。

人工智能：AI芯片往往采用異構(gòu)設(shè)計，開發(fā)者會盡可能選擇RISC-V等現(xiàn)成的處理器作為協(xié)處理器或者內(nèi)建控制器，從而把主要精力集中在用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等計算任務(wù)的AI加速器的設(shè)計中。

可穿戴設(shè)備、工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)和家用電器：這個領(lǐng)域的電池供電設(shè)計和空間通常非常有限，因此RISC-V處理器是滿足其電源需求的理想選擇。

5G移動：RISC-V內(nèi)核可以根據(jù)智能手機等移動設(shè)備的性能需求進行定制，也可以作為大型SoC中的組件，專門處理特定任務(wù)

航空：RISC-V憑借其高可靠性和安全性，是可以滿足相關(guān)嚴苛要求的優(yōu)選方案。

RISC-V的未來應(yīng)走向何方？

隨著RISC-V架構(gòu)采用率的持續(xù)攀升，其生態(tài)系統(tǒng)和行業(yè)協(xié)作也在不斷壯大。近年來，一系列引人注目的合作項目相繼涌現(xiàn)。例如，RISC-V軟件生態(tài)系統(tǒng)（RISE）項目匯聚了全球杰出行業(yè)領(lǐng)袖，致力于加速RISC-V架構(gòu)的開源軟件開發(fā)。在德國，一家同樣匯聚了許多精英人才的機構(gòu)也漸漸成型，專注于促進基于標準的參考架構(gòu)開發(fā)，其初期重點聚焦于汽車電子領(lǐng)域。Semico最近的一份報告指出，近年來阻礙汽車生產(chǎn)的半導體供應(yīng)鏈短缺現(xiàn)象，正促使汽車制造商對RISC-V標準產(chǎn)生濃厚興趣。

RISC-V的日益普及并非偶然。作為開放架構(gòu)，RISC-V為開發(fā)者提供了超強靈活性，使其能夠根據(jù)需求定制基于RISC-V處理器的SoC。正如前文所言，正確的選擇在推動半導體設(shè)計創(chuàng)新方面發(fā)揮著重要作用。

作為RISC-V國際組織的主要成員之一，新思科技三十多年來一直致力于以創(chuàng)新的EDA解決方案加速RISC-V處理器IP開發(fā)和優(yōu)化，應(yīng)對RISC-V芯片開發(fā)中性能、功耗和面積（PPA）的優(yōu)化、驗證簽核、早期軟件開發(fā)以及加快上市時間等諸多復(fù)雜挑戰(zhàn)。 同時，新思科技也推出定制的ARC-V處理器IP，滿足RISC-V SoC的特定性能和效率需求。