芯片指令集架構(gòu)（IP）是溝通軟硬件運(yùn)算之間的橋梁，是處理器的靈魂。

根據(jù)市調(diào)機(jī)構(gòu) Markets and Markets 日前的預(yù)估，截至 2020 年為止，全球半導(dǎo)體 IP 市場(chǎng)規(guī)模將達(dá) 56.3 億美元，而 2014 至 2020 年全球半導(dǎo)體 IP 市場(chǎng)的年復(fù)合成長(zhǎng)率達(dá) 12.6% 的情況下，全球半導(dǎo)體 IP 市場(chǎng)未來仍有很大的成長(zhǎng)空間。

RISC-V架構(gòu)為何能異軍突起挑戰(zhàn)ARM？

曾幾何時(shí)，指令集架構(gòu)百花齊放、各具優(yōu)勢(shì)，但是隨著商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)的發(fā)展，商用半導(dǎo)體IP的數(shù)量越來越少。目前最主流的IP包括ARM、Intel的X86架構(gòu)。

其中ARM在中國(guó)有100多位合作伙伴，2017年基于ARM生產(chǎn)的芯片產(chǎn)品有170億顆，有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測(cè)在物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，基于ARM架構(gòu)芯片將達(dá)到萬億級(jí)別。

盡管市場(chǎng)普及度最高，不過ARM作為一款商用IP，仍然存在不少問題。傳統(tǒng)的ARM的IP售價(jià)是很貴的。并且每個(gè)版本的發(fā)布時(shí)間也是很長(zhǎng)，同時(shí)也讓創(chuàng)新門檻變高，只有大公司才能買到IP，很難快速響應(yīng)邊緣化的計(jì)算需求。

由于不滿ARM等處理器架構(gòu)的復(fù)雜性和相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的限制，在現(xiàn)代計(jì)算機(jī)架構(gòu)先驅(qū)John Hennessy與David Patterson的推動(dòng)下，伯克利大學(xué)決定發(fā)明一種全新的指令集架構(gòu)，可以被任何學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)或商業(yè)組織自由使用。

RISC-V最初為非營(yíng)利組織RISC-V基金會(huì)所制定的開源指令集架構(gòu)(ISA)。由于RISC-V具備精簡(jiǎn)、模塊化及可擴(kuò)充等優(yōu)點(diǎn)，除了在學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)被廣泛作為教育研究教材，近期在各種重要應(yīng)用領(lǐng)域迅速興起。

2016年，RiSC-V成立了基金會(huì)，初創(chuàng)企業(yè)包括Google、西部數(shù)據(jù)、***晶心、聯(lián)發(fā)科、杭州中天、華為等。目前RISC-V基金會(huì)成員已超過200, 包含國(guó)際知名的系統(tǒng)公司、半導(dǎo)體公司、 硅智財(cái)公司、軟硬件發(fā)展工具公司及柏克利、MIT等名校。如阿里巴巴、華米、樂心，還有一些系統(tǒng)整合的公司都加入進(jìn)來。

傳統(tǒng)的ARM指令集是不允許做擴(kuò)展，但是RISC-V是方便做可擴(kuò)展的。另外RISC-由于是后發(fā)的架構(gòu)，在技術(shù)上非常精簡(jiǎn)且容易實(shí)現(xiàn)。這些特點(diǎn)吸引了很多大公司為其站臺(tái)。RISC-V基金會(huì)每年會(huì)進(jìn)行兩到三場(chǎng)RISC-V的研討會(huì)，每一次都會(huì)有大公司和知名大學(xué)來主辦主場(chǎng)。

其中西部數(shù)據(jù)公開宣傳將替換其所有產(chǎn)品的處理器為RISC-V，Nvidia表示將用RISC-V來做GPU內(nèi)部控制內(nèi)核。三星尋求用RISC-V來做微控制器內(nèi)核；CEVA尋求用RISC-V來做MCU控制內(nèi)核。Micron則宣布用RISC-V來做存儲(chǔ)器芯片內(nèi)控制器核。

目前已經(jīng)商用量產(chǎn)的RISC-V芯片，包括美國(guó)的Sifive，采用Linux處理器核，另一款是Greenwaves IoT應(yīng)用處理器，這是歐洲公司推出的非常低功耗的IoT處理器，也是采用RISC-V的處理器。

相對(duì)國(guó)外公司來說，國(guó)內(nèi)大型的芯片公司采用RISC-V架構(gòu)的還比較少。在中美貿(mào)易戰(zhàn)的大背景下，國(guó)產(chǎn)芯片開始追求自主可控的芯片指令集架構(gòu)。國(guó)外的指令集架構(gòu)本質(zhì)上是一種授權(quán)付費(fèi)的，很難實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)自主。如果國(guó)家自己定義一套指令集架構(gòu)沒有太大意義，因?yàn)樘幚砥骷軜?gòu)必須是全球范圍的一個(gè)通用架構(gòu)，必須獲得生態(tài)支持。

目前國(guó)產(chǎn)芯片中，飛騰——國(guó)防科大、展訊、華為、華芯通主要采用ARM V7/V8-A架構(gòu)，北大眾志、兆芯、海光主要采用X86架構(gòu)，龍芯、君正采用MIPS架構(gòu)、中晟宏芯采用IBM Power8架構(gòu)、申威則采用DEC的Alpha 21164架構(gòu)。據(jù)了解，目前華為海思也在低調(diào)的研發(fā)RISC-V架構(gòu)的芯片，只是沒有對(duì)外公布進(jìn)度。

RISC-V架構(gòu)的初衷是開源免費(fèi)的，可以被任何學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和商業(yè)組織使用。但是不可避免的，由于大企業(yè)的進(jìn)入，RISC-V與ARM的競(jìng)爭(zhēng)愈演愈烈。如果要比較兩種架構(gòu)的話，ARM可能有10000個(gè)客戶，而RISC-V可能只有幾百個(gè)客戶，在生態(tài)上當(dāng)然是ARM更強(qiáng)大，相對(duì)應(yīng)的ARM還會(huì)提供各種開發(fā)工具包和編譯器。跟RISC-V相比，事實(shí)上還有不少非主流的開源IP,比如Power PC、MIPS等。筆者認(rèn)為，這兩種架構(gòu)各具優(yōu)勢(shì)。在數(shù)據(jù)中心這一塊，X86仍占據(jù)優(yōu)勢(shì)，手機(jī)、平板等對(duì)生態(tài)要求較高的單一性市場(chǎng)領(lǐng)域，ARM的壟斷優(yōu)勢(shì)將長(zhǎng)期存在；而在新興的領(lǐng)域，如IoT、AI、邊緣計(jì)算等，RISC-V則具有爆發(fā)潛力。

在IoT領(lǐng)域，什么樣的RISC-V芯片更具優(yōu)勢(shì)？

這是因?yàn)轭愃朴谡Z音、無人駕駛、無人商店、智能金融、機(jī)器人等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都非常碎片化。在破碎的生態(tài)中要快速定義出差異化的產(chǎn)品，采用開源的芯片指令集架構(gòu)更加靈活快速。此外，雖然短時(shí)間還比不上ARM，RISC-V是全世界通用的標(biāo)準(zhǔn)指令集，生態(tài)長(zhǎng)期向好。因?yàn)槿虻拇髮W(xué)都在以RISC-V授課，隨著5年、10年的維度來看，對(duì)RISC-V的掌握情況會(huì)成為基本技能。尤其它的架構(gòu)是免費(fèi)開放，降低了創(chuàng)新門檻，有技術(shù)能力的個(gè)人和公司能夠使用這個(gè)架構(gòu)來開發(fā)一些有意思的應(yīng)用。由于具備低成本的優(yōu)勢(shì)，也降低了創(chuàng)新的代價(jià)。因此越來越多的新創(chuàng)公司越來越多使用RISC-V內(nèi)核，希望進(jìn)入技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域。

以物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的MCU為例，越來越多的芯片廠商開始采用RISC-V架構(gòu)推行32位MCU，比如國(guó)產(chǎn)的蜂鳥MCU就是由芯來科技研發(fā)。芯來科技作為RISC-V開源處理器內(nèi)核蜂鳥E203創(chuàng)建者，為開源社區(qū)做出了巨大貢獻(xiàn)。

商用高質(zhì)量的RISC-V處理器和學(xué)術(shù)研究用的RISC-V處理器是不同的，這一點(diǎn)很好理解，因?yàn)橐_發(fā)相關(guān)的工具和針對(duì)客戶應(yīng)用進(jìn)行定制都需要花費(fèi)大量的資源和人力物力。免費(fèi)的午餐往往只能填飽肚子。雖然RISC-V是免費(fèi)的，但是涉及到流片、設(shè)計(jì)、制造都需要很高的成本，對(duì)IC設(shè)計(jì)公司也有很高的要求。

芯來科技創(chuàng)始人胡振波認(rèn)為，高品質(zhì)的RISC-V必須具備五大要素：

1.專業(yè)、優(yōu)質(zhì)和及時(shí)的本地化服務(wù)；

2.一流的設(shè)計(jì)，成熟和穩(wěn)健的設(shè)計(jì)方法，良好的代碼可讀性，以及充分的驗(yàn)證以保證質(zhì)量。

3.出色的PPA（Power Performance Area）參數(shù)和良好的可擴(kuò)展性，為客戶的產(chǎn)品帶來出色競(jìng)爭(zhēng)力和差異性；

4.優(yōu)異的代碼密度（Code Density），為客戶的芯片節(jié)省寶貴的片上SRAM、Flash或ROM；

5.一流的圖形化集成開發(fā)環(huán)境（IDE，Integrated Development Environment），通過完善的功能以及優(yōu)秀的體驗(yàn)提升用戶的生產(chǎn)效率，這對(duì)于面向AIoT領(lǐng)域的芯片產(chǎn)品極為重要。

胡振波表示，芯來科技和晶心科技合作開發(fā)的AndesCore? N22處理器內(nèi)核IP完全滿足上述五要素。具2階流水線的N22是晶心V5系列產(chǎn)品中最小的RISC-V內(nèi)核，但卻提供了令人印象深刻的3.93 CoreMark/MHz性能。如果采用臺(tái)積電28納米工藝，在最差的情況下，其性能也能達(dá)到750MHz以上。

N22與其它RISC-V架構(gòu)相比，有何優(yōu)勢(shì)？

聯(lián)發(fā)科蔡明介為何多年前戰(zhàn)略投資晶心？

晶心科技于2005年創(chuàng)立于***新竹科學(xué)園區(qū)，最開始是開發(fā)32/64位處理器核心，此前曾開發(fā)出自有的CPU平臺(tái)架構(gòu)。在進(jìn)入RISC-V領(lǐng)域之前，晶心科技已經(jīng)累計(jì)了非常多的CPU設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)。晶心目前的自主研發(fā)之V3 CPU家族包括N7、N8、N9、N10、N13、N15、S8、E8、D15和N15系列皆已成熟到位，滿足客戶各種應(yīng)用面的全方位需求。

2018年，晶心科技除了持續(xù)支持V3架構(gòu)外，于RISC-V架構(gòu)系列，晶心推出32/64位、適合以Linux為基礎(chǔ)的應(yīng)用架構(gòu)之嵌入式微處理器A25/AX25，其應(yīng)用包括更高階高價(jià)的產(chǎn)品，例如無人機(jī)、智能無線通信、網(wǎng)通、圖像處理等應(yīng)用。

晶心科技與半導(dǎo)體設(shè)計(jì)公司聯(lián)發(fā)科技關(guān)系匪淺。據(jù)了解，目前MTK持有14.9%的晶心科技股份，由聯(lián)發(fā)科創(chuàng)始人蔡明介擔(dān)任董事長(zhǎng)。目前，國(guó)內(nèi)的前 15 大 IC 設(shè)計(jì)公司之中，已經(jīng)有 8 家成為晶心科技的客戶。韓國(guó)市場(chǎng)方面，則是前 10 大 IC 設(shè)計(jì)公司中有 3 家已經(jīng)成為旗下客戶。在日本與美國(guó)方面，晶心科技則積極開發(fā)電信公司、家電廠商、以及網(wǎng)通設(shè)備公司旗下的 IC 設(shè)計(jì)廠成為其重要的客戶。

晶心科技IP的芯片出貨量，從2016年的4.3億、2017年的5.9億顆，到2018年的10億顆，年成長(zhǎng)率分別為37%及69%，成長(zhǎng)幅度驚人。至 2018年底，內(nèi)嵌晶心處理器核心之SoC芯片之累積數(shù)量已超過35億顆（包括RISC-V），2018年有16項(xiàng)簽約針對(duì)RISC-V來簽約。覆蓋了多樣化且廣泛的應(yīng)用，例如人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)（ML）、音頻、藍(lán)牙、電玩游戲、GPS、物聯(lián)網(wǎng)、微控制器（MCU）、傳感器融合（sensor fusion）、固態(tài)存儲(chǔ)盤（SSD）控制器、觸控屏和TDDI控制器、USB 3.0儲(chǔ)存設(shè)備、語音識(shí)別、Wi-Fi和無線充電器等。

聯(lián)發(fā)科的物聯(lián)網(wǎng)芯片MT7681就采用了晶心的AndesCore

投資晶心科技可以說是聯(lián)發(fā)科技的一個(gè)戰(zhàn)略意義的布局，盡管目前MTK的商用芯片仍然以ARM架構(gòu)為主，MTK也采用了不少晶心科技開發(fā)的V3核來開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品，但據(jù)說其內(nèi)部也已經(jīng)成立BU專門進(jìn)行RISC-V的相關(guān)研發(fā)。

如何解讀晶心AndeStar? V5 ？

AndeStar? V5處理器家族

3月21日，作為RISC-V聯(lián)盟的元老級(jí)成員，晶心科技在深圳舉辦了RISC-V CON的技術(shù)研討會(huì)。除了繼續(xù)推廣RISC-V最新的技術(shù)趨勢(shì)及市場(chǎng)動(dòng)態(tài)，也介紹晶心AndeStar? V5高效能處理器核心25系列的新產(chǎn)品及最新小面積的22系列。四款產(chǎn)品都具備動(dòng)態(tài)分支預(yù)測(cè)、指令和數(shù)據(jù)快取、高速存取的區(qū)域性內(nèi)存、防止軟性錯(cuò)誤(soft error)的第一級(jí)快取內(nèi)存錯(cuò)誤檢查和糾正(ECC)、以及能大幅簡(jiǎn)化Domain-Specific Acceleration (DSA)設(shè)計(jì)的自定義指令集擴(kuò)充Andes Custom Extension? (ACE)。除了皆支持User/Machine 模式以外，A25/AX25更多了Supervisor模式以及內(nèi)存管理單元(MMU)，以運(yùn)行Linux作業(yè)系統(tǒng)及其應(yīng)用。在浮點(diǎn)運(yùn)算方面，N25F/NX25F支持IEEE754兼容的單精度或單/雙精度。針對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用，晶心更將浮點(diǎn)運(yùn)算的支持?jǐn)U大至半精度，讓載入/儲(chǔ)存16位半精度數(shù)據(jù)時(shí)自動(dòng)進(jìn)行單精度/半精度的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。上述的浮點(diǎn)運(yùn)算功能在A25/AX25 均為可選配的功能項(xiàng)目之一。

晶心所有處理器都是具備可讀(human-readable) 、 適用于設(shè)計(jì)自動(dòng)化工具的Verilog RTL碼，且提供工程師選擇最終配置的彈性。

此外，25系列也是第一個(gè)具有DSP功能的RISC-V核

簡(jiǎn)單來說AndeStar? V5就是在RISC-V開源基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步優(yōu)化的定制化架構(gòu)，由于增加了ACE功能，使得工程師更容易在V5架構(gòu)處理器上增加定制化指令。據(jù)了解，目前V5架構(gòu)的處理器已經(jīng)可以采用28nm工藝制程，最高運(yùn)算能力達(dá)到1.2GHz。

晶心Andes V3與RISC-V、ARM、MIPS、PPC、SPARC等不同指令集架構(gòu)的對(duì)比

用晶心科技執(zhí)行副總及技術(shù)長(zhǎng)蘇泓萌博士的話，AndeStar? V5的定位是RISC-V最佳的擴(kuò)展。如果跟ARM架構(gòu)來對(duì)比，性能可以做到A53的80%。其目標(biāo)市場(chǎng)包括：一、AndesCore? A25/AX25，適合以Linux為基礎(chǔ)的應(yīng)用，例如無人機(jī)、智能無線通信、網(wǎng)通、圖像處理、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)、儲(chǔ)存、數(shù)據(jù)中心以及機(jī)器/深度學(xué)習(xí)等等；二、AndesCore? N25F/NX25F，適合浮點(diǎn)密集型的多元應(yīng)用，例如聲音處里、先進(jìn)馬達(dá)控制器、衛(wèi)星導(dǎo)航、高精度傳感器融合以及高階智能電表等等。

晶心科技總經(jīng)理林志明和晶心科技執(zhí)行副總及技術(shù)長(zhǎng)蘇泓萌博士

盡管晶心科技在前年的Q4才推出了RISC-V的核心，但是晶心科技總經(jīng)理林志明預(yù)計(jì)很快地晶心科技客戶們采用RISC-V架構(gòu)的SOC出貨能夠達(dá)到10億顆。目前已經(jīng)有25家Design win，有6~7家是做學(xué)術(shù)的的design win。

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，往往需要多種IP進(jìn)行組合來滿足復(fù)雜的創(chuàng)新應(yīng)用。晶心是RISC-V開源軟件的主要貢獻(xiàn)者，從GCC及LLVM編譯器、函式庫、除錯(cuò)器到U-Boot、Linux kernel和其主要組件等等都有晶心的貢獻(xiàn)。除此之外，晶心對(duì)于RISC-V架構(gòu)的擴(kuò)充也扮演關(guān)鍵角色，同時(shí)擔(dān)任ISA P-extension (Packed DSP) Task Group的主席以及Fast Interrupt Task Group的共同主席。晶心也與合作伙伴將持續(xù)攜手推動(dòng)生態(tài)圈加速成長(zhǎng)，致力于推廣RISC-V至主流應(yīng)用。比如晶心科技就與Imagination Technologies合作，將N22和Imagination的Ensigma 系列支持 Wi-Fi、藍(lán)牙、IEEE 802.15.4 和GNSS的低功耗IP整合在一起，以為物聯(lián)網(wǎng)（IoT）市場(chǎng)提供完全集成的、立即可用的解決方案。

除此之外，晶心科技還與京微齊力和高云半導(dǎo)體合作，將RISC-V架構(gòu)的SOC搭配FPGA，結(jié)合晶心科技以Eclipse為基礎(chǔ)的 RISC-V開發(fā)環(huán)境，可望助工程師加快開發(fā)進(jìn)程。