RISC-V作為一種開源的芯片計算架構，主要應用于物聯網、工業自動化、手機、服務器等多個領域，是當前半導體領域最為火熱的賽道之一。當前芯片計算架構呈現出“x86、ARM、RISC-V三分天下”的格局，其中基于x86和ARM架構的占據了95%以上的份額，行業廠商大多只能在這二者之間選擇，但因ARM授權費用昂貴，傳統x86授權又過于復雜，因此基于指令精簡、模塊化、低成本、可擴展性、易實現性等優勢，RISC-V正在成為搭建計算生態的一種新選擇。

01

指令集架構產業背景

芯片是現代智能設備完成各類計算、推理、判斷和控制工作的核心，但芯片何時運算、如何運算，須由系統發出指令。由程序軟件發出的指揮CPU內部電路硬件協同工作的命令的集合，簡稱為指令集，它是連接計算機硬件和軟件之間的橋梁。

籠統來講，軟件開發必須基于操作系統，而操作系統則是基于指令集架構。例如當前最為大眾所知的各類電腦軟件普遍是基于windows系統，而windows系統基于x86指令集架構；又例如蘋果手機內的各類APP開發基于iOS操作系統，而iOS操作系統基于ARM指令集架構。

常見的指令集有兩種，一種是復雜指令集（CISC），x86就屬于復雜指令集；一種是精簡指令集（RISC），家族成員有ARM、RISC-V、MIPS等。

（一）x86指令集：復雜指令集的代表

1978年，Intel公司開發出了16位的CPU，并命名為i8086。同年度Intel公司還開發出與之相配合的數學協處理器i8087，這兩種芯片使用相互兼容的指令集，再加上i8087用于對數、指數和三角函數等數學計算的指令集，就形成了今天人們常說的x86指令集，也是當前最成功的業界技術標準。

隨后的40年間，Intel陸續研制出i8系列、奔騰系列、酷睿系列等后續CPU型號。研制這些CPU芯片時，為了保持向前軟件兼容，Intel所有CPU繼續使用x86指令集，并根據CPU功能提升和性能增強的需要，增加了一系列擴展類指令。隨著x86指令集與時俱進，其CPU芯片功能也日益強大。但是另一方面，x86指令種類數量巨大，即使不常用到的功能也需要被整合進處理器指令集中，同時復雜指令集系統每條指令的操作數尋址方式復雜，幾乎所有指令都可以直接訪問內存，導致其耗電量不斷攀升。

Intel和AMD是全球最大的兩家x86指令集CPU芯片開發商，兩家公司的市值均突破千億美元。Intel多達上百個型號的CPU都屬于x86系列、AMD多達80多個型號兼容x86 CPU，x86指令集CPU芯片家族的陣容可謂是十分壯觀。

（二）ARM指令集：精簡指令集的代表

隨著x86指令集的不斷完善，人們發現計算機執行大多數程序時復雜指令集中的絕大多數指令都只在極少的時間才被用到，因此專門為這些指令設計硬件并不劃算。相反，使用精簡指令集可以大大簡化硬件的設計，從而使流水線設計變得簡化，同時也讓流水線可以運行更快。精簡指令集其精簡在于只保留最基本最必要的指令，將復雜功能完全交給上層的軟件算法和下層的專用外設去解決。

在1990年，由Acorn計算機公司、蘋果計算機、VLSI Technology合資成立了ARM（全稱：Advanced RISC Machines），隨后ARM發展成為全球領先的CPU IP提供商。因ARM架構低功耗、低成本、高效率的特點與移動端設備的要求相匹配，ARM拿下了當時手機巨頭——諾基亞的訂單。在1994年，第一部采用ARM處理器的GSM手機——諾基亞6110上市并大獲成功，現今全世界超過95%的智能手機和平板電腦都采用ARM架構處理器。

ARM公司自己不設計和銷售CPU芯片，收入來源主要是芯片設計IP授權許可及追蹤使用ARM技術銷售的芯片數量所得的交付使用費，擁有ARM架構授權的公司包括高通、蘋果、三星、微軟、海思等。2021年、2022年ARM公司年營收分別為27億美元、28億美元。

（三）RISC-V指令集：異軍突起的開源精簡指令集

RISC-V于2010年誕生于加州大學伯克利分校，是一個基于精簡指令集原則的開源指令集架構，與大多數指令集相比，RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件，且不會被收取高額的授權費。RISC-V的設計使其很容易在不同的平臺上移植，因為其設計是相對簡單和透明的，而且遵循了統一的規范和接口標準，使得軟件和硬件之間的互操作性更好。除了開放性、靈活性和可擴展性之外，RISC-V還具有高性能和低功耗的優勢。

此外，RISC-V架構秉承簡單的設計哲學，x86與ARM架構為了能夠保持架構的向后兼容性，其不得不保留許多過時的定義，導致其指令數目多，指令冗余嚴重，文檔數量龐大，所以要在這些架構上開發新的操作系統或者直接開發應用門檻很高。而RISC-V架構則能完全拋棄包袱，借助計算機體系結構經過多年的發展已經成為比較成熟的技術的優勢，從輕上路，可以說是站在了巨人的肩膀上。RISC-V基礎指令集則只有40多條，加上其他的模塊化擴展指令總共幾十條指令。RISC-V的規范文檔僅有145頁，而“特權架構文檔”的篇幅也僅為91頁。

現階段的RISC-V更適用于芯片使用場景更碎片化、差異化的AIoT（人工智能物聯網）時代，使用RISC-V架構的設計企業擁有更獨立的主導權，不會被競爭對手牽制。隨著半導體國產化進程的加速以及物聯網應用興起，眾多科技巨頭和初創公司等加快推進開源生態，RISC-V架構有望成為繼x86、ARM架構之后芯片計算架構的第三極。

02

國內外龍頭重點布局RISC-V情況

（一）國際龍頭企業布局情況

相比于傳統閉源架構，RISC-V具有更高的靈活性、可定制性和可擴展性，這使得RISC-V成為了一個受到廣泛關注的新興技術。隨著谷歌、高通、英特爾、恩智浦、英飛凌等國際行業龍頭紛紛宣布入局并投入資源進行研發和推廣，RISC-V正逐漸走進主流市場。

1、SiFive。SiFive位于舊金山，是最早的RISC-V公司，創立于2007年，其創始人即是發明并開發RISC-V的加州伯克利大學團隊。從2015年開始，該公司發布了許多基于RISC-V的處理器內核，主要針對從單個客戶到主要制造商的各個級別的開發。2017年，SiFive發布了第一款支持Linux、Unix和FreeBSD的基于RISC-V的芯片——U54-MC Coreplex。2019年，SiFive為擴展器產品組合，推出用于嵌入式架構的64位微控制器S2 Core P系列。

SiFive目前擁有超過100個RISC-V處理器許可證，并且包括高通和SK海力士在內的十大半導體公司中有六家是其客戶，其設計的芯片已開始商用，包括中國可穿戴設備公司華米科技生產的智能手表和韓國初創企業Fadu生產的存儲設備。當前SiFive估值已超過25億美元，英特爾、高通、三星、SK海力士、西部數據等業界巨頭都是其投資者。

2、高通。2023年8月份RISC-V領域最爆炸性的新聞，是高通宣布將與恩智浦、北歐半導體、英飛凌以及博世聯合成立一家新公司，新公司計劃設立在德國，旨在推廣用于芯片設計的開源RISC-V架構，通過開發下一代硬件來推動RISC-V生態系統的擴展。公告顯示，五家巨頭將先以汽車芯片為切入點，最終延伸到物聯網和移動領域，其目的是推動RISC-V架構在全球范圍內的應用。

這家聯合公司的成立標志著全球半導體行業的重要趨勢，不僅因為這五大傳統半導體巨頭公司的行業影響力，更重要的是高通作為ARM最大的客戶之一，已無法忍受ARM公司的多重收費帶來的芯片設計成本負擔，芯片設計公司已經開始站隊同屬精簡指令集的RISC-V架構。（ARM公司的“多重收費”：芯片設計廠商從ARM的“架構庫”里挑選合適的IP核，需先向ARM支付一筆數十到數百萬美元的許可費才能得到授權，開始設計芯片；每次流片，都需向ARM支付一筆費用；芯片實現量產后，還要根據芯片的銷售額繳納1-2%的版稅；還對部分客戶征收合作費或年費。此外，ARM依托市場壟斷地位，持續提升授權費的定價。）

（二）國內企業布局情況

國內RISC-V從零起步，經過5年的發展，現初具規模，已成為中國芯片領域最受歡迎的架構，呈現出全產業鏈上下游全面布局的態勢，在全球100億顆RISC-V核心出貨量中，中國占比約50%。面對RISC-V架構的興起，我國芯片廠商紛紛押注，包括阿里平頭哥、華為等龍頭企業，以及兆易創新、北京君正、芯來科技、奕斯偉等芯片廠商。

1、阿里平頭哥。平頭哥半導體有限公司于2018年9月成立，是阿里巴巴集團的全資半導體芯片業務主體，其前身來自于達摩院和中天微，在被阿里巴巴全資收購以前，中天微在芯片領域已經深耕了18年，擁有十多年的處理器IP研發經驗，長期從事32位高性能低功耗嵌入式CPU研發和產業化，這也使得平頭哥率先擁抱RISC-V架構并取得行業領先成績。

2019年7月，平頭哥發布當時業界性能最強的RISC-V處理器玄鐵910，在性能指標上，直接讓長期受限于低端芯片市場的RISC-V逼近了如日中天的ARM；2021年5月，平頭哥推出RVB-ICE、RVB-D1、RVB2601三款開發板，為開發者和企業提供了體驗RISC-V技術的橋梁；在2022 RISC-V中國峰會上，阿里平頭哥發布首個高性能RISC-V芯片平臺“無劍600”及SoC原型“曳影1520”。

作為全球最早一批布局RISC-V架構的公司，平頭哥不僅打造了一套完整的RISC-V架構處理器核產品家族，還推動這一技術實現了Android、Debian、Ubuntu等主流操作系統的全兼容，為全新的軟件應用和終端設備提供生態基礎，也讓RISC-V得以和x86、ARM兩大主流架構并駕齊驅。

2、兆易創新。兆易創新成立于2005年，于2016年上市，經過多年內生外延發展，公司目前業務主要包括存儲器、MCU、傳感器三大部分。兆易創新當前市值超600億元，2021年、2022年營收分別為85億元、81億元，凈利潤超20億元。

兆易創新是國內規模最大的MCU企業之一，其產品是國內32位通用MCU領域的主流產品，主要是ARM Cortex-M系列32位通用MCU產品，公司已成功量產38大產品系列、超過450款MCU。2019年8月，兆易創新率先將開源指令集架構RISC-V引入通用微控制器領域，正式推出全球首個基于RISC-V內核的GD32V系列32位通用MCU產品。這是兆易創新攜手RISC-V處理器內核IP和解決方案廠商芯來科技面向物聯網聯合開發的一款商用RISC-V處理器內核，同時提供從芯片到程序代碼庫、開發套件、設計方案等完整工具鏈支持并持續打造RISC-V開發生態。

3、北京奕斯偉計算。奕斯偉計算是一家以RISC-V為核心的新一代計算架構芯片與方案提供商，其大股東為奕斯偉集團，持股占比20.6%。奕斯偉計算作為國內領先的芯片設計及解決方案提供商，具備底層技術開發及芯片設計能力，堅定布局RISC-V架構和IP等核心技術，積極參與RISC-V開源軟件生態建設，推動RISC-V架構芯片產品的規模化應用，主要圍繞智慧家居、智慧園區、智能交通、無線通信、工業物聯網等應用場景，為客戶提供以RISC-V為核心的新一代計算架構芯片與方案。

目前，奕斯偉計算已形成軟硬一體的全棧平臺，擁有32位和64位系列化CPU IP。32位自研CPU IP覆蓋從超低功耗電子標簽，再到高能效無線連接等多種嵌入式應用場景；64位高性能自研CPU IP也在多媒體、無線路由、邊緣計算等應用場景落地；車規級32位、64位的CPU IP應用于車用微控制器、輔助駕駛、車聯網等場景，進一步拓展和豐富RISC-V的應用生態。

03

RISC-V產業分析

（一）RISC-V是我國芯片實現自主可控的重要路徑

在貿易戰背景下，自主可控成為必然趨勢，RISC-V的出現被認為是中國處理器領域追求自主可控的重要選擇，通過RISC-V架構可以擺脫國外x86和ARM的壟斷。x86和ARM作為處理器芯片的兩大架構，經過幾十年的發展，已經積累了大量的專利墻，新的公司要設計x86芯片，很難避開海量的專利封堵，但RISC-V是全新并且開源的。

此外，國內外在RISC-V上的起步時間幾乎一樣，國內企業有足夠時間積累自己的專利池，推出國產的私有IP和芯片，有助于國內廠商快速設計出包含自主知識產權的定制化處理器內核。因此，搶抓RISC-V發展機遇，是我國芯片實現自主可控的重要路徑。

（二）RISC-V是未來十年的黃金賽道

2015年，非盈利性組織RISC-V基金會成立，截至目前已經有超過100個國家的3000多家企業和機構加入。從谷歌到特斯拉，從英偉達到阿里巴巴，在聚集了數量眾多的科技巨頭之后，越來越多同行開始采用RISC-V架構。

得益于全球企業和機構的持續貢獻，RISC-V技術和市場的發展速度遠超眾人預期。目前，RISC-V架構芯片的出貨量已達成100億顆里程碑，僅用十二年就走完了傳統架構30年的發展歷程，據預測，2025年RISC-V架構芯片更有望突破800億顆。可以說如今的RISC-V之于半導體，就像Linux之于個人電腦操作系統，安卓之于手機操作系統一樣，其獨特的開源特性受到全球開發者們青睞。

編輯：黃飛

?