雷峰網(wǎng)按:2021年12月9日-2021年12月11日，2021第六屆全球人工智能大會 (GAIR 2021)于深圳正式召開。歷經(jīng)五年，見證數(shù)次潮水的轉(zhuǎn)向，成為目前 為止粵港澳大灣區(qū)人工智能領域規(guī)模最大、規(guī)格最高的學術(shù)、工業(yè)和投資領域跨界盛會。

GAIR 2021“集成電路高峰論壇:國產(chǎn)高端芯片之路”，集聚來自學術(shù)界、產(chǎn)業(yè) 界和投資界的15位大咖，探討了國產(chǎn)高端芯片的實力以及RISC-V帶給中國芯片 的機會。

來自上海處理器技術(shù)創(chuàng)新中心顧問，前Intel副總裁，前Intel中國研究院院?方 之熙通過線上視頻的方式帶來了《開源指令集ISA能成為新一代成功的微處理機系統(tǒng)架構(gòu)嗎?》的主題分享，探討RISC-V的商業(yè)成功問題。

在方之熙的分享中，提到可能在不遠的將來，RISC-V會跟X86、ARM形成三足鼎立的格局。他通過當前指令集架構(gòu)的三種不同模式，闡明RISC-V開創(chuàng)的自由設計模式的創(chuàng)新性。

RISC-V究竟有多大的市場空間？在可預測的市場中，可編程邏輯芯片在半導體產(chǎn)業(yè)鏈上下游中所占據(jù)利潤和營業(yè)額最大，這意味著RISC-V的市場潛力巨大。 為此，方之熙給出一個標準:“從商業(yè)成功?度來看，如果某家以RISC-V為架構(gòu)的芯片公司每年產(chǎn)值能達到100億美金，那就是一家成功的公司?！?/p>

礙于X86和ARM已經(jīng)分別占據(jù)絕大部分PC和移動市場，現(xiàn)階段RISC-V發(fā)展最快的是IoT領域，工控領域的發(fā)展尤為明顯。不過，RISC-V也面臨一些來自技術(shù)難題和商業(yè)挑戰(zhàn)，方之熙博士的演講中有更多信息。

以下是方之熙博士在GAIR 2021上的演講內(nèi)容，雷峰網(wǎng)(公眾號：雷峰網(wǎng))對其進行了不改變原意的編輯整理:

RISC-V開創(chuàng)新的自由設計模式

RISC-V于2010年在加州伯克利啟動，國內(nèi)開始關(guān)注到RISC-V是2016年左右，我從2018年開始擔任RISC-V基金會中國委員會主席。RISC-V基金會是非盈利組織，其理事會相當于董事會，是整個RISC-V的領導小組，目前有大約1000家公司加入了RISC-V基金會并與其建立了良好關(guān)系。

三國時期，曹操和孫權(quán)等謀士預見三國鼎立的格局，諸葛亮不光看到這一趨勢，還指出了路線圖，他告訴劉備先奪得荊州，再拿下四川，北上打下關(guān)中，又令一上將從荊州領兵北上，合力拿下長安，再攻取潼關(guān)，與曹操、孫權(quán)逐鹿中原，奪取天下。諸葛亮告訴劉備如何一步一步往前走，非常厲害。

開源ISA極具創(chuàng)新性，大家都認為在不遠的將來，RISC-V將會同X86、ARM形成三足鼎立的格局，那么RISC-V作為其中一方，想要其保持實力往前發(fā)展，就需要像諸葛亮一樣看清路線圖。

當我們要設計一款微處理器芯片時，需要先確定使用何種指令架構(gòu)，然后再根據(jù)指令架構(gòu)設計芯片和微處理器，最后流片生產(chǎn)。芯片設計有三種不同的模式：

• 封閉設計。Intel X86系統(tǒng)架構(gòu)是由自己公司引領的，其他公司如果需要使用其指令集設計微處理器，則需要拿到專利，不然不被允許使用。英特爾自己設計生產(chǎn)，從系統(tǒng)架構(gòu)到芯片制造都在自己公司進行，屬于完全封閉的設計。

• 專利設計。Arm賣專利不賣芯片，此外，Arm也提供微處理器的設計，其將IP賣給高通、蘋果、華為等大公司，后者基于ARM指令集設計自己的芯片。還有一些小公司用ARM設計好的IP做自己的SoC生產(chǎn)或代工芯片。這是ISA靠專利賺錢的模式。

• 自由開放設計。開源的RISC-V屬于第三種模式，任何人都可以使用這一套指令集。很多公司會基于RISC-V做好設計然后賣專利，SiFive就是這樣的模式。另外一些公司，如西部數(shù)據(jù)則是基于RISC-V開源指令集自研芯片，然后加工生產(chǎn)。

PC時代盛行封閉設計模式，移動手機時代，專利模式當?shù)?。如今，RISC-V開創(chuàng)了新的自由設計模式。

RISC-V商業(yè)機會大，工控領域尤為明顯

為什么我們對指令集架構(gòu)如此感興趣？可以從下面這張圖中得到答案。

這是一張源自McKinsey公司1996年至2014年集成電路產(chǎn)業(yè)鏈黃金賽道統(tǒng)計圖。從生產(chǎn)鏈來講，最左邊的設備材料公司，例如ASML、LAM、KLA、ASM等公司盈利穩(wěn)定，但市場不大，相對而言營業(yè)額并不高。

第二行是包括CAD、EDA在內(nèi)的軟件設計公司，軟件賣給芯片設計公司，能賺錢，但營業(yè)額同樣上不去。

第三行是賣IP的公司，市場小，盈利穩(wěn)定，但營業(yè)額不高。

中間最大的一塊，是可編程邏輯芯片，比如GPU、CPU、手機里的AP、IoT用的MCU，利潤最高，營業(yè)額最大。Memory 盈利的時候能夠賺不少，但同樣也面臨較大的虧損風險。

最右邊一行是臺積電、中芯國際、三星等芯片代工廠，最近7年變化很大，如今的臺積電營業(yè)額和利潤都增長得特別快，但與通用芯片公司相比，其利潤還是會低一些。這就是為什么我們重視包括GPU、CPU、MCU在內(nèi)的芯片公司，這是因為它們在整個芯片產(chǎn)業(yè)中占據(jù)最大市場份額，同時盈利最高。

如果觀察今年第一季度營業(yè)額排名全球前十五的半導體公司，可以發(fā)現(xiàn)，除了晶圓廠和存儲器芯片公司之外，大部分都是可編程的通用芯片公司，這些公司的季度營業(yè)額都在25億美金以上，由此可以估計一年的營業(yè)額約為100億美金。

因此，從商業(yè)角度講，如果將來以RISC-V為架構(gòu)的芯片公司，如果年產(chǎn)值能夠達到100億美金，那將是非常成功的公司。

RISC-V公司成功的產(chǎn)業(yè)領域在哪里？目前市面上有各種各樣的預測，我認為這一預測比較靠譜：以RISC-V為系統(tǒng)架構(gòu)的芯片產(chǎn)業(yè)將在IoT領域發(fā)展最大，尤其是在工控領域的發(fā)展最快。這和RISC-V的特點有關(guān)——允許設計者增添自己的新設計，符合工控領域客戶的要求。

當然，RISC-V要想在工控領域拓展市場，還需要有優(yōu)秀的通信技術(shù)和芯片加工工藝來加持，才能最終看見成效。

芯片產(chǎn)業(yè)有一個基本原則，量一定要大才有可能成功商業(yè)化。因此我們在設計芯片時，需要問自己，將來我們的芯片可以攻下哪個市場？

一般可以分為面向新應用場景的增量市場和用于替代其他產(chǎn)品的存量市場，兩種市場帶來不同的設計原則。X86和ARM就是得益于增量市場，X86跟隨PC成長，ARM跟隨手機成長。PC起步時，芯片種類繁多，有一兩家公司看準方向，與系統(tǒng)軟件公司結(jié)合，形成開發(fā)平臺，隨之應用程序和軟件公司開發(fā)應用，形成生態(tài)系統(tǒng)。

生態(tài)系統(tǒng)一旦形成之后難以發(fā)生改變，對應用軟件公司而言，平臺移植成本非常高。

而在系統(tǒng)架構(gòu)領域里，不同的細分市場一般只有一個龍頭，很少有老二，Intel與微軟集成了開發(fā)平臺，其他公司很難打進這一市場，不過由于美國的反壟斷法，PC領域除了Intel，AMD也取得了成功。手機領域，最終只有ARM結(jié)合安卓和蘋果的iOS建立起強大的生態(tài)。

系統(tǒng)架構(gòu)領域中，存量市場成功的例子很少，Intel成功打進了原本基于Spark和IBM Power架構(gòu)的服務器和數(shù)據(jù)中心市場是其中一例，Intel花費了大量的人力、物力和財力，通過長時間的努力，才最終打進這一市場，且市占率在10%以上。

RISC-V的技術(shù)問題和商業(yè)挑戰(zhàn)

回到RISC-V，目前我們面臨一些技術(shù)問題和商業(yè)挑戰(zhàn)。

3年前，David Patterson教授在烏鎮(zhèn)世界物聯(lián)網(wǎng)大會上曾提到過目前微處理器面對的一些技術(shù)問題：

• 功耗問題。無論是數(shù)據(jù)中心，還是智能手機和物聯(lián)網(wǎng)市場，功耗問題都變得重要，所以現(xiàn)在的芯片設計很多都是針對降低功耗的，但沒有一個能夠降低功耗的系統(tǒng)架構(gòu)，這是一個問題。

• 安全、可靠、隱私在現(xiàn)在的系統(tǒng)里愈發(fā)重要，這同樣是系統(tǒng)架構(gòu)考慮較少的方面。

• 新興應用。比如物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、區(qū)塊鏈等都對通用芯片提出了一些新要求，這些要求在現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)上突破性不多。

• 微處理器的設計非常依賴系統(tǒng)軟件的兼容性，設計一款芯片一定要考慮過去的系統(tǒng)軟件，不然很多應用程序就無法運行，有很大的局限性。

  
  

RISC-V 商業(yè)方面的挑戰(zhàn)，需要考慮是要打入存量市場還是增量市場，除了指令集ISA之外，還有很多非指令ISA的元素，這些元素都需要在RISC-V 架構(gòu)上進行更好地定義，最終才能被市場接受。

RISC-V是開源的，其他要素將來可能也要開源，但每個公司設計自己的芯片一定要有獨到之處，否則沒有實力與其他對手競爭，目前還沒有很好的解決辦法來既保持開源指令集的一致性，又讓各個公司的設計技術(shù)表現(xiàn)其獨特性。

RISC-V不斷成長，設計隊伍越來越大，架構(gòu)指令不斷增長，有組織、可持續(xù)地做一個軟件平臺也是一種挑戰(zhàn)，因為RISC-V本身靈活可變，不像X86和ARM一樣基本固定。

以上這些都是技術(shù)問題引起的商業(yè)挑戰(zhàn)，或商業(yè)本身的挑戰(zhàn)。

RISC-V開源，為指令集架構(gòu)的商業(yè)模式帶來新的可能性，至于這個商業(yè)模式最終會是什么樣？目前還未有明確的答案，希望在座的各位共同努力，找到答案。

相關(guān)文章：

時間的力量——1991 人工智能大辯論 30 周年紀念：主義不再，共融互生｜GAIR 2021

國產(chǎn)高端芯片實力如何？六位資深業(yè)內(nèi)人士這樣看 ｜GAIR 2021

RISC-V帶給中國芯片的機遇，9位大咖這樣說｜GAIR 2021

雷峰網(wǎng)原創(chuàng)文章，未經(jīng)授權(quán)禁止轉(zhuǎn)載。詳情見轉(zhuǎn)載須知。