三大主流架構一直處在輿論的風口浪尖。目前x86架構掌控著全球的高性能計算領域，ARM則是主導了移動計算，新興的RISC-V已經(jīng)成為第三大芯片架構，此前出貨量剛剛超過100億，但是其發(fā)展速度更快，預計在2025年就能實現(xiàn)600億出貨量。

半導體產(chǎn)業(yè)縱橫記者在2023 IIC Shanghai現(xiàn)場采訪到了提供RISC-V內核的SiFive公司，他們表示最近幾年，中國對RISC-V的興趣越來越大，這刺激了該架構的普及，到2025年，將有超過600億個 RISC-V 內核集成到物理IC中。此前，SiFive首席執(zhí)行官兼董事長Patrick Little也表示，當前客戶對公司的市場需求格外強烈。“RISC-V將爭奪所有未來計算平臺的核心。作為RISC-V的創(chuàng)始人和市場領導者，我們有責任引領這個生態(tài)系統(tǒng)向前發(fā)展，并為客戶提供Arm和其他公司的先進計算替代方案。”

當今市場，三家架構戰(zhàn)火紛飛的如何？


01
X86被替代？

今年1月，英特爾披露的數(shù)據(jù)顯示，2022財年，其實現(xiàn)收入631億美元，同比下降20%；凈利潤80億美元，同比下降60%。其中，2022年第四季度虧損6.61億美元，且預計虧損還將延續(xù)至今年第一季度。多位分析師認為，英特爾發(fā)力移動端太晚，加上早期生態(tài)管理策略過于封閉，新領域創(chuàng)新不足，其包括ARM架構在內的移動芯片架構后發(fā)劣勢明顯，即便是在X86芯片架構這個“自留地”，也遭受AMD壓制。同時蘋果這個移動芯片設計龍頭已經(jīng)開始蠶食 X86 架構和服務器市場。

1978年，隨著英特爾發(fā)布了8086處理，全球進入x86架構時代，早在上個世紀90年代我國臺灣省的威盛公司，也就是HTC董事長王雪紅所創(chuàng)立的企業(yè)，拿到了x86架構的授權，也推出了x86系列的芯片，而且命名為“中國芯”，然而由于諸多原因，威盛公司X86芯片最終被市場淘汰了。而內地在2010年之前，尚沒有一家公司拿到x86架構的授權。

但是，從2013年起，國內市場出現(xiàn)了變化，尤其是兆芯和海光的出現(xiàn)，讓國內電腦用戶看到了國產(chǎn)X86芯片的曙光。

從2013年，上海兆芯就進入X86處理器研發(fā)，但是從官網(wǎng)公布的資料來看，最新的PC以及服務器的芯片，還是在2019年發(fā)布的，分別是開先KX-6000和開勝KH-3000，這兩款芯片都是16納米工藝，其中最強兆芯KX-U6780A的單核性能只相當于i5-7400的44%。

根據(jù)消息顯示，2022年1月份上海兆芯提前預報了會在今年各發(fā)布一款服務器芯片和桌面處理器芯片，按照之前公布的路線顯示，應該會是全新CPU 微架構的KX-7000系列，有可能采用的就是7納米的制程工藝，而且根據(jù)公司透露，目標是達到AMD同期的水平。

與此同時，ARM架構也開始興起，蘋果電腦也轉向了以ARM架構，而且微軟也宣布支持ARM架構，這也就意味著過去wintel生態(tài)將面臨瓦解，X86架構也不再是萬金油。


02
ARM架構：從0.5還沒到1

根據(jù)指令集（又稱為架構或ISA）的不同，CPU分為不同流派。50年間也浮現(xiàn)了諸多指令集，但一些參與者或由盛轉衰，逐漸淡出市場，或初出茅廬，尚不能擔重任。目前市場形成以英特爾和AMD為代表的x86指令集占大部分份額、Arm指令集占小部分份額的局面。

2012年，Arm正式推出了自己的第一個64位指令集處理器架構ARMv8，希望進入服務器等新的領域。此后，飛騰很果斷的放棄了SPARC，拿下ARMv8指令集架構的授權，全面轉向了Arm陣營。

自蘋果棄用x86，推出M1后，把Arm帶得風生水起。如今，Arm指令集在芯片國產(chǎn)化運動中展現(xiàn)出的潛力，也吸引大量資本進場，比如飛騰。2023年1月，據(jù)飛騰宣布，自 2019 年飛騰啟動軟件兼容性互認證工作以來，截至 2022 年底，超過 3000 款國產(chǎn)軟件產(chǎn)品與飛騰完成兼容性適配認證。構建起了國內最完善、最龐大的從端到云的信息化建設全棧生態(tài)體系，這是補齊國產(chǎn)CPU短板，打破“卡脖子”封鎖路上的一大步。

2020年12月，由飛騰嵌入式研發(fā)團隊研制的新一代8核桌面處理器飛騰騰銳D2000正式發(fā)布，集成8個飛騰自主研發(fā)的新一代高性能處理器內核FTC663，采用亂序四發(fā)射超標量流水線，兼容64位ARMV8指令集并支持ARM64和ARM32兩種執(zhí)行模式，支持單精度、雙精度浮點運算指令和ASIMD處理指令，支持硬件虛擬化。D2000性能與國際先進水平比肩，安全性進一步提升。飛騰騰銳D2000處理器市場銷量已突破300萬片，是目前信創(chuàng)市場廣受認可的自主桌面CPU。

但如今面臨美國的制裁，如果國內廠商無法拿到升級版的ARM架構，怎么辦呢？半導體產(chǎn)業(yè)縱橫記者采訪了飛騰工作人員這個問題，她認為ARM最新架構v10的提升相對于v9來說不算大，“V9夠用而且我們是永久買斷的，所以現(xiàn)在的環(huán)境對我們來說沒有威脅，我們的產(chǎn)品也進入到了核心領域。”據(jù)介紹，目前最大的信創(chuàng)工程是金稅四期，服務了2500萬的企業(yè)用戶，2.8億的個人用戶，從x86換成飛騰之后，性能提升了3倍以上。

國產(chǎn)化的系統(tǒng)有很大的優(yōu)勢是“因地制宜”地做系統(tǒng)級優(yōu)化，芯片、整機、操作系統(tǒng)一起提升，也就是舉國體制的優(yōu)勢。盡管優(yōu)勢很多，但是坦言講，我們的國產(chǎn)化替代也是依舊沒有到“1”。信創(chuàng)設備3年可能換一批，飛騰的業(yè)務也作出了相應的調整，開始攻克下沉市場，進入鄉(xiāng)縣。雖然財政壓力比較大，但是今年目前來看Q1比去年好很多，從“推”逐步變?yōu)椤氨徽摇薄?/span>


03
RISC-V：國產(chǎn)新寵兒？

RISC-V作為較新的指令集，技術上是有一定的優(yōu)勢，但在國內如此受關注，其實最大的原因是這個指令集是開源免費的，基于這套指令集設計的芯片無論用于科研和商業(yè)均無需給Intel和ARM上稅。目前市面上常見的指令集都是要收費的，例如華為麒麟芯片，就購買了ARM家的指令集。這些有指令集知識產(chǎn)權的公司均為國外公司，非常不利于我國實現(xiàn)關鍵芯片的自主可控。目前，國內外已經(jīng)有非常多的RISC-V核心RTL代碼，好多是開源的，如果你感興趣可以下載一個研究研究。比較有名幾個例如Rocket Core、Boom Core、LowRISC SoC均提供源代碼。如果用于商用，國內外也有許多商業(yè)公司提供穩(wěn)定的RISC-V IP核心。例如國外的SiFive公司、Microsemi公司、國內的阿里平頭哥、芯來科技等公司。

RISC-V架構誕生于2010年，不過在頭幾年這個架構一直不瘟不火，直到2018年中國芯片行業(yè)開始關注RISC-V架構，到2019年華為由于眾所周知的原因無法獲得ARM的授權，中國芯片開始全力投入RISC-V陣營，至今RISC-V的19個高級成員就有12家是中國芯片企業(yè)。

自那時候起，RISC-V開始進入飛速發(fā)展階段，尤其是以阿里平頭哥為首的國產(chǎn)芯片企業(yè)為RISC-V的發(fā)展做出了巨大的貢獻，據(jù)稱阿里平頭哥開發(fā)的RISC-V架構芯片玄鐵910自推出以來，通過向國內芯片企業(yè)授權，已出貨超過30億顆，在中國芯片的力推下，RISC-V架構芯片僅花了12年時間就出貨100億顆，比ARM當年實現(xiàn)100億顆芯片出貨量提前7年。

阿里平頭哥和國內芯片企業(yè)基于RISC-V架構研發(fā)的芯片被廣泛用于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，由此RISC-V架構在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)站穩(wěn)了腳跟，逐漸形成了RISC-V占據(jù)物聯(lián)網(wǎng)芯片市場，ARM壟斷移動芯片市場，Intel則在PC處理器和服務器芯片市場居于主導地位的三足鼎立之勢。

RISC-V獲得中國芯片的青睞在于它屬于全新架構，這就意味著歐美企業(yè)都未能獲得優(yōu)勢的專利，中國芯片基于RISC-V架構開發(fā)芯片將不受歐美企業(yè)限制，這與ARM因為美國企業(yè)貢獻了太多專利，導致ARM一直受制于美國有很大差異。

RISC-V從一開始就定位為開放架構，任何企業(yè)、個人都可以基于RISC-V開發(fā)芯片，它的授權費幾乎為零，這對于剛創(chuàng)業(yè)不久的中國芯片企業(yè)非常合適，可以大幅降低開發(fā)芯片的難度，而ARM架構的授權費雖然已很低，但是開發(fā)芯片加上流片費用首期可能要千萬美元，這是許多創(chuàng)業(yè)芯片企業(yè)無法承受的。

當然RISC-V架構自身也足夠優(yōu)秀，RISC-V的開創(chuàng)者就是希望開發(fā)一個可以用成熟工藝生產(chǎn)出性能更強的芯片，同時進一步降低功耗，基于這一理念，RISC-V的核心架構比ARM更簡潔、效率更高，從SiFive公司和中國芯片基于RISC-V開發(fā)的芯片來看也證明了這一點。

到如今連最看重穩(wěn)定性、可靠性的NASA也選擇RISC-V架構，無疑證明了RISC-V架構確實足夠優(yōu)秀，這將進一步加速RISC-V架構在全球的發(fā)展。

中國芯片如今成功推動RISC-V架構在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)發(fā)展起來后，正力推它進入PC、服務器芯片市場，可以預期在中國芯片的努力下，RISC-V架構將得到更廣泛的應用，對ARM、Intel的威脅也進一步加大。

RISC-V的出現(xiàn)其實給直接競爭對手ARM帶來了巨大壓力，以至于ARM公司某天突發(fā)奇想，偷偷上線了一個域名為http://riscv-basics.com的網(wǎng)站，專門用來黑RISC-V。由此可以看出RISC-V對傳統(tǒng)廠商的沖擊。

3月26日，在北京舉行的第十屆開源操作系統(tǒng)年度技術會議(OS2ATC)傳來全球首款RISC-V筆記本電腦ROMA正式發(fā)布這一振奮人心的消息。該電腦默認搭載國產(chǎn)操作系統(tǒng)開放麒麟(openKylin)，被視為中國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關鍵，同時也是國產(chǎn)操作系統(tǒng)領域具有劃時代意義的事件。

ROMA由RISC-V基金會牽頭，深度數(shù)智開發(fā)、鑒釋科技調試的全球首款原生RISC-V開發(fā)筆記本電腦，它的誕生意味著openKylin正式面市，接受市場和用戶的檢驗。而參與開發(fā)的三家實體，均來自于openKylin社區(qū)戰(zhàn)略合作伙伴。

RISC-V作為一款開源指令集，被視為是繼x86、ARM架構之后，中國芯片產(chǎn)業(yè)的第三條路，為我們構筑國家信息安全底座提供了新的選項。很多人認為，RISC-V架構可能是中國芯崛起的關鍵。中國工程院院士倪光南曾指出，RISC-V架構應該成為國內科技企業(yè)的新焦點。

目前我國已經(jīng)越來越重視開源，在2021年十四五規(guī)劃中首次將支持數(shù)字技術開源發(fā)展寫入國家戰(zhàn)略規(guī)劃之中，這讓我國的開源事業(yè)進入了新階段，今后中國的開源貢獻會不斷增長。

OpenHarmony的開源是中國開源發(fā)展中的重要里程碑，其發(fā)展十分迅猛。據(jù)統(tǒng)計，目前HarmonyOS的華為設備數(shù)已經(jīng)有3億臺，生態(tài)合作伙伴超過2000家。

OpenEuler是中國業(yè)界優(yōu)秀開源社區(qū)的另一個例子，openEuler面向服務器操作系統(tǒng)。2019年發(fā)布了openEuler開源項目，目前openEuler開源社區(qū)貢獻者已經(jīng)達到了9396人，全球下載遍及120個國家，1500個城市，55萬的下載量，專業(yè)組達到96個，已經(jīng)成為全球開發(fā)者最關注的開源項目之一，在openEuler社區(qū)中中國企業(yè)作出了重大貢獻。這充分說明開源是時代的產(chǎn)物，是科學傳播精神的體現(xiàn)。

開源不僅可以更好的推進科技的進步，也是中國加速融入世界創(chuàng)新的有效方式。同樣開源模式已經(jīng)從軟件領域走向了硬件領域。近年來國際上一種新型的開源RISC-V ，為我國掌握芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動權提供了機遇。它由美國加州大學在2010年發(fā)布，他們創(chuàng)造了一種通用的計算機芯片指令集既降低了進入芯片行業(yè)的門檻，也符合未來萬物互聯(lián)的技術發(fā)展趨勢。

同時RISC-V采取開源模式，目前已經(jīng)有越來越多的國家、企業(yè)、高校、科研院所擁抱RISC-V架構。它對中國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)同樣有重要意義。


04
未來三大架構將共存，沒有誰打敗誰

從行業(yè)應用來看，當前主流架構是英特爾的X86和ARM，分別對應于微軟Windows操作系統(tǒng)及谷歌安卓操作系統(tǒng)。

近年來，AIoT市場的爆發(fā)改變了x86和ARM兩強的格局，定制化、專用化的芯片成為新的趨勢，而x86和ARM的商業(yè)模式遠遠無法滿足市場需求，RISC-V的優(yōu)勢開始凸顯，極有希望發(fā)展成為第三大架構生態(tài)。

在談到未來三種架構的關系時，平頭哥半導體有限公司副總裁孟建熠表示：“在很長的時間里面，X86、ARM、RISC-V是共存的，不是RISC-V一定要打倒誰。”

經(jīng)過多年的建設，中國RISC-V生態(tài)已初具規(guī)模。數(shù)據(jù)顯示，2022年，采用RISC-V架構的處理器已出貨100億顆，到2025年將突破800億顆。

在IoT領域，2025年，預計將有28%的市場會被RISC-V所占有。在RISC-V最有機會發(fā)力的AI和機器學習領域，復合增長率將超過70%，到了2027年，生態(tài)中將會達到250億件設備。

回到平頭哥在RISC-V處理器及芯片的研發(fā)上。目前，平頭哥已推出3大系列、8款RISC-V處理器，覆蓋高性能、高能效、實時可靠等場景需求，是RISC-V量產(chǎn)芯片采用最廣泛的處理器。

在軟件工具及應用層面，平頭哥首次完整推出“基礎軟件三件套”——編譯器TAC、編譯環(huán)境CDK、部署工具集HHB。不僅提升了RISC-V開發(fā)環(huán)境及工具棧效率，還已經(jīng)在商用IM（即時通訊）工具釘釘、創(chuàng)維酷開電視端WebOS等不同場景中落地。

產(chǎn)業(yè)內十分關注的還有RISC-V Vector1.0標準，這也是RISC-V的首個穩(wěn)定版本，之后的所有修改都將保持兼容性，因此開發(fā)者可以在此基礎上開始開發(fā)工具鏈、功能模擬器和實現(xiàn)，以及使用該指令集的軟件。

目前，RISC-V芯片生態(tài)與操作系統(tǒng)等基礎軟件生態(tài)正加速融合。平頭哥已基本完成國際及國內主流操作系統(tǒng)與RISC-V的全適配，包括安卓、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龍蜥、統(tǒng)信、openKylin、創(chuàng)維酷開系統(tǒng)、RTT等操作系統(tǒng)。這意味著，RISC-V完全有能力通過云、桌面、終端等不同操作系統(tǒng)承接軟件應用。

除此之外，平頭哥還拿到了全球首張架構兼容性測試證書。目前，平頭哥正在持續(xù)推動RVV1.0架構標準、面向人工智能的全新Matrix矩陣標準以及RISC-V安全技術標準等。

在談到Risc-V的全球格局時，孟建熠表示，北美依然是RISC-V創(chuàng)新高地。從處理器IP到軟件，到data center都在全面探索。歐洲公司也都在逐步從原有架構轉到RISC-V架構。

實際上，中國企業(yè)在推動RISC-V國際標準建設中發(fā)揮了關鍵作用。RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond表示，基金會22位高級會員中有12名來自中國。在國際標準建設中，平頭哥領導了其中的11個主要技術小組，推動了29個技術方向的標準制定，是公認的投入力量最大的中國機構。

談到平頭哥在RISC-V上將發(fā)力的方向時，孟建熠表示，目前來說，規(guī)模和標桿對RISC-V都很重要，平頭哥將發(fā)力高端。“如果僅從規(guī)模角度看，大家總覺得它可能比較低端，甚至不能做高端。今天，我們也在高端上不斷嘗試，比如高端存儲、網(wǎng)絡、邊緣計算、通信，都在不斷往高性能做。去年我們已經(jīng)布局，明年就可能發(fā)布。”

RISC-V 之父、圖靈獎得主 David Patterson 表示：“RISC-V 是一個全球現(xiàn)象，有超過 60 個國家的開發(fā)者們在研究它，在亞洲，許多知名企業(yè)、學術機構、行業(yè)協(xié)會都積極參與。從嵌入式，到各類型的計算機，最后到大型主機，我認為，3 到 5 年后，RISC-V 將無處不在！”