“未来两到三年内，RISC-V将突破性能水平或应用领域的限制，将很快超越所有其他架构！”6月30日，在“2023 SiFive RISC-V 中国技术论坛”深圳站活动上，RISC-V技术发明者之一、SiFive联合创始人兼首席架构师Krste Asanović教授非常有信心的做出了上述预测。
值得注意的是，在今年3月，RISC-V之父、图灵奖得主David Patterson在阿里平头哥玄铁RISC-V生态大会上也大胆预言：“3到5年后，RISC-V将无处不在！”
作为全球领先的RISC-V内核IP供应商，包括Krste Asanović教授在内的SiFive团队在本次论坛上详细介绍了RISC-V的生态发展以及SiFive面向高性能、人工智能（AI）和汽车领域的产品布局。
未来2到3年，RISC-V将超越所有架构
RISC是一种精简指令处理器，其起源于美国加州大学伯克利分校的EECS部门的计算机科学部门的David Patterson教授及其团队的一项课题研究的产物。而David Patterson教授研究RISC指令集，主要是由于当时英特尔、Arm等CPU厂商对于CPU架构的授权要求较高，授权费也非常高昂，有没有其他的开源的或者免费的CPU可以使用，因此决定从零开始设计一套全新的开源的CPU架构。
目前的RISC-V则是第五代精简指令处理器架构。Krste Asanović教授作为加州大学伯克利分校EECS系教授及该校ADEPT实验室主任，领导了加州大学伯克利分校的RISC-V ISA项目，领衔开发了RISC-V指令集。
相对于目前主流的英特尔X86架构及Arm等架构来说，RISC-V架构具有指令精简、模块化、可扩展、开源、免费等优点。RISC-V的基础指令集只有40多条，加上其他基本的模块化扩展指令总共几十条指令，非常简单，而且任何企业、开发者都可以免费使用RISC-V，创造出具有完全自主知识产权的IP核或芯片。
虽然RISC-V架构在诞生之初，并不被市场所关注。直到2015年，非营利性的RISC-V国际基金会正式成立，RISC-V的生态建设才开始加速。
根据RISC-V国际基金会数据，2022年会员数量同比增长超过 26%，累计在 70 个国家/地区拥有超过 3180 名会员单位，包括高通、英特尔、谷歌、阿里平头哥、华为、紫光展锐等众多头部芯片企业。截至2022年底，全球有数万名工程师致力于 RISC-V 计划，基于RISC-V架构的处理器出货量已超过了100亿颗，RISC-V用12年时间走完了传统指令集30年的发展历程。
在此次SiFive RISC-V 中国技术论坛”深圳站活动上，SiFive企业营销与业务开发资深副总裁刚至坚先生公布的最新数据显示，截至目前RISC-V国际基金会的会员单位已经超过了3664位（相比2019年之时的435位，3年半时间增长了超过742%），相比去年底的数据又增长了超过15%。其中包括110家芯片厂商、54家软件厂商、146家研究机构、3家系统集成商、18家服务商（Fab、设计服务）。
特别需要指出的是，对于RISC-V这样一个新兴的处理器架构来说，软件生态至关重要，这也是RISC-V进入更广阔的应用市场的前提。
目前RISC-V已经实现了对于LiteOS、FreeRTOS、Linux、安卓AOSP（2022年，平头哥RISC-V移植安卓的代码被安卓AOSP社区收录进系统源代码，这是安卓官方首次对RISC-V架构的原生支持）等众多等操作系统的支持。这意味着RISC-V完全有能力通过云、桌面、终端等不同操作系统承接各类软件应用。
从应用领域来看，对功耗、成本更为敏感，其应用非常碎片化的IoT市场一直是RISC-V过去多年的基本盘，已经有非常多的落地项目。而随着RISC-V处理器在性能上的快速提升，以及软硬件生态的快速发展，目前RISC-V也已经开始逐步进入移动、PC、服务器、AI、汽车等领域，直接与英特尔x86、Arm竞争。
比如，在2019年7月，阿里平头哥面向高性能市场发布了当时业界最强性能RISC-V处理器——玄铁C910。2020年，SiFive推出了一款基于RISC-V处理器的Linux PC设计——HiFive Unmatched。2020年，芯片初创企业Esperanto 推出集成了1000多个RISC-V内核的ET-SoC-1加速器，主要面向服务器端的大规模机器学习应用；2022年，SiFive推出了面向智能手机及高端穿戴市场的RISC-V内核IP：P670和P650；2022年8月，平头哥发布首个高性能RISC-V芯片平台“无剑600”，打样SoC原型“曳影1520”，主频最高2.5GHz；2022年12月，美国芯片初创企业Ventana Microsystems公司发布了全球首款基于RISC-V架构的服务器CPU——Veyron V1。2023年3月2日，中国公司算能也在玄铁RISC-V生态大会上推出了其最新的RISC-V服务器芯片。
根据Counterpoint Research预测，到2025年，RISC-V 处理器累计出货量将超过800亿颗，年复合增长率高达114.9%，届时RISC-V将占据全球14%的CPU市场、28%的IoT市场、12%的工业市场和10%的汽车市场。
另有研究数据显示，基于RISC-V架构的AI芯片市场，到2027年将达到2910亿美元，年复合增长率73.6%；在通信类AI SoC市场，RISC-V从2019年到2027年间将保持21.2%的年复合年增长率；在数据中心市场，2021到2025年RISC-V CPU核市场的年合增长率将高达115%。
Krste Asanović教授表示，RISC-V凭借其指令精简及可模块化扩展的优势，相比其他指令集可以实现更优秀的PPA（性能、功耗和面积），以及更简洁的板级设计。在保持可扩展性的同时，保留了标准的软件堆栈，可变长度的ISA支持压缩代码、未来矢量扩展和自定义指令添加。同时，作为一个新兴的指令集，RISC-V也不存在历史遗留问题。此外，RISC-V作为开源指令集，通过开源社区也能够获得更多来自学术界和业界领先企业和专家的意见，来持续完善。
“未来两到三年内，RISC-V将突破性能水平或应用领域的限制，将很快超越所有其他架构！”Krste Asanović教授非常有信心的说道。
值得注意的是，在去年底的全球RISC-V峰会上，高通公司产品管理总监Manju Varma就曾称，Arm是“遗留架构”，并表示在遗留架构中，引入的功能并没有真正为最终消费者增加价值。而通过RISC-V，则有机会定义具有“同类最佳性能，最佳功率效率和增值功能”的芯片设计。基于此，高通在2019年就已经将RISC-V应用到了其骁龙865 SoC当中的微控制器中，截至目前已经出货了6.5亿个RISC-V内核。
SiFive在高性能、AI及汽车领域的布局
虽然RISC-V指令集架构是免费开源的，但是芯片设计厂商基于RISC-V指令集架构进行二次开发形成的自己内核IP，则是具有自主知识产权的，其是可以对外收费进行IP授权的。目前市场上有很多基于RISC-V架构的处理器IP开发商，比如SiFive、平头哥、晶心科技等等。
作为目前全球领先的基于RISC-V指令集架构提供快速开发式处理器核心IP的领先供应商，SiFive本身就是由发明RISC-V指令集架构的伯克利研究团队所创立，这也使得其在基于RISC-V架构的处理器IP开发上拥有着较大的优势。
资料显示，SiFive成立于2015年，是全球首家基于 RISC-V 定制化的半导体企业，同时也是商用RISC-V处理器核心IP、设计平台和芯片解决方案的领先者之一。经过多年的发展，目前SiFive的团队规模已经扩大到了600人，累计赢得了超过350个设计项目，出货了超过10亿颗芯片。总体的客户量超过了100家，其中全球排名前十的半导体厂商，有八家大厂采用SiFive的RISC-V内核。目前，SiFive估值已超过25亿美元，英特尔、高通、SK海力士、西部数据等都是其投资人。
在具体的产品线方面，目前SiFive已经推出了一系列基于RISC-V的处理器内核，包括面向基础市场的Essential系列、面向高性能市场的Performance系列、面向AI领域的Intelligence系列和面向汽车市场的Automotive系列。
在此次的“2023 SiFive RISC-V 中国技术论坛”深圳站活动上，SiFive重点介绍了其新推出的Performance P470/670系列、Intelligence X280和Automotive系列。
Performance P470/670系列
P470和P670是SiFive去年下半年面向高性能市场推出两款全新的64bit RISC-V处理器内核IP，目标是面向新一代可穿戴和智能家居等设备。
具体来说，P470主打的是高能效，3取指宽度的乱序执行，最多16核心，128bit的矢量加密扩展和57bit的虚拟化I/O技术，拥有新的三级缓存控制器（不包括在内）。对标的是Arm Cortex-A55。
根据SiFive公布的数据显示，在单线程SpecINT2k6测试中，SiFive P470的性能相比Arm Cortex-A55高出了2.75倍；SiFive P470的面积比Arm Cortex-A55减少了35%；SiFive P470整体的性能密度相比Arm Cortex-A55高出了4倍。
P670是面向更高性能的需求，基于4取指宽度的乱序执行，最多16核，主频最高3.4GHz，新增2×128bit的矢量加密扩展，拥有新的三级缓存控制器（不包括在内）和Large-stride与bit-pattern模式匹配预取器。
根据SiFive公布的数据显示，在单线程SpecINT2k6测试中，SiFive P670的性能与Arm Cortex-A78已经是非常接近；SiFive P670面积比Arm Cortex-A78减少了50%；SiFive P670整体的性能密度相比Arm Cortex-A78高出了2倍。
需要指出的是，SiFive P670和P470可以作为配套的大小核来进行组合，类似Arm的big-LITTLE架构。也就是说，当P670和P470进行组合使用的时候，将会发挥出相比Arm Cortex-A78和Cortex-A55组合更出色的表现。
刚至坚先生也表示，SiFive P470和P670系列，提供了更高的计算密度、高能效和强大功能集的产品组合，并且在RISC-V架构当中首次加入了虚拟化I/O技术和矢量加密扩展技术，适用于Android及系统级虚拟化，可以帮助RISC-V进入新的市场。
此外，SiFive还透露未来将推出更高性能的P870系列，其SpecINT2k6的性能将会达到17分/GHz，作为对比，P670只有13.2/GHz。也就是说，P870的性能要比P670高出近29%。
Intelligence X280
自去年底以来，随着以ChatGPT为代表的生成式AI的持续火爆，也引发了市场对于高性能AI芯片需求的爆发式增长。Intelligence X280则是SiFive在2021年推出的面向生成式AI的64bit RISC-V处理器内核IP。
据介绍，X280支持多核和多集群，包括可扩展至16核的Cache-Coherent Complex设计，支持RISC-V矢量扩展标准、SiFive Intelligence Extensions、WorldGuard 可信防护，并加入自定义BF16和INT8矩阵乘法和转换指令加速关键的AI/ML内核，针对边缘的 AI / ML 计算进行了优化。非常适用于需要高吞吐量、单线程性能，以及 AR / VR、传感器集线器、IVI 系统、IP 摄像机、数码相机、游戏装备等功率受限的应用。
性能方面，X280各项测试的得分分别为5.7 CoreMarks/MHz，3.3 Dhrystone/MHz；4.5 SpecINT2k6/GHz；3.4 SpecFP2k6/GHz (HiPerf配置)。
此外得益于新增的 VCIX 矢量协处理器扩展接口，使得 X280 的矢量单元能够和客户设计的外部 AI 加速器（或其它协处理器）无缝集成。
SiFive还推出了配套的AI/ML SDK方便开发人员能够对X280进行无缝扩展。并且，该SDK还可以使用OpenXLA PJRT Runtime进行高效调度操作。
据Krste Asanović教授还透露，做了10年自研架构TPU处理器的谷歌，已经决定将转向采用SiFive Intelligence X280来打造新的面向生成式AI的TPU。
SiFive还指出，其全新的P870＋P470＋X280产品组合将会是数据中心解决方案的范本。
Automotive系列
近年来，随着汽车的电动化、智能化、联网化，对于半导体芯片的需求量越来越大，在整车当中的成本占比也是越来越高。
数据显示，平均一辆燃油汽车的半导体价值含量为450美元，一辆纯电动汽车的半导体价值含量为750美元，相比燃油车增长了66.67%。随着电动汽车销量的持续增长，使得汽车芯片市场规模也在高速增长。根据第三方数据显示，2020年全球汽车芯片需求量达439亿颗，市场规模达到339亿美元；2035年将增长到1285亿颗，市场规模达到893亿美元。
面对巨大的汽车芯片市场，SiFive在去年推出了全新的专为信息娱乐、驾驶舱、连接、ADAS 和电气化等汽车应用而设计的Automotive系列RISC-V内核IP，已经发布的包括E6-A、X280-A 和S7-A 。
其中，E6-A系列采用的是32位实时内核，性能可以达到1.91DMIPS/MHz，可用于系统控制板、硬件安全模块 (HSM) 和安全岛，以及独立的微控制器中。
E6A系列共拥有三种版本：具有 ASIL B 完整性级别的 E6-AB、具有 ASIL D 完整性级别的 E6-AD、在锁定模式下具有分离锁和ASIL D完整性级别的 E6-AS。
S7-A则配备了64位实时内核（相当于 Cortex-R同级），性能可达3.29DMIPS/MHz。可适合具有高性能安全岛的 SoC 的需求，既需要支持低延迟中断，又需要具有与主应用 CPU 相同的 64 位内存空间。
X280-A则是基于具有 AI 扩展Intelligence X280打造的，性能达3.3DMIPS/MHz。主要用于传感器融合，以及汽车应用中其他矢量或机器学习密集型工作负载。
此外，后续SiFive还将推出基于更高性能的P870系列打造的X280-A。
以上Automotive系列RISC-V内核IP提供了一系列完整性等级，比如：ASIL B、ASIL D，或符合 ISO26262 标准、具有分离锁配置的型号。同时还包括了WorldGuard 安全解决方案，符合 WP.29、R155 和 ISO21434 等网络安全标准。
据介绍，多家汽车零部件和服务供应商、工具供应商已支持采用 SiFive Automotive RISC-V 内核了，包括 Ashling（RiscFree工具链）、Cadence、Canonical、Elektrobit、Green Hills、IAR Systems、iSystem AG、Lauterbach、Renesas（瑞萨电子）、Resiltech、Segger（赛格）、Siemens（西门子）、Solid Sands、Synopsys（新思科技）、SYSGO、TASKING 和 WITTENSTEIN 等等。
SiFive还透露，其基于Automotive系列RISC-V内核IP已经获得了汽车芯片大厂采用。不过，具体是哪家厂商，采用了哪款内核，大概何时会推出，SiFive并未透露。
刚至坚先生表示，当下火热的车用电子，汽车的“新四化”正在颠覆汽车行业，这个全新的市场非常适合RISC-V。无论是高端还是中低端的应用，RISC-V的产品都可以胜任，各大厂商应该抓住机会，扩大市场。SiFive目前已经打造了具有多元产品、符合不同层级的ASIL安全标准的车用产品线。
持续推进生态建设
除了不断推出新的具有竞争力的处理器IP之外，SiFive还通过收购与合作来完善与其RISC-V处理器配套的相关生态布局。
2019年5月，Imagination Technologies也宣布加入了SiFive的DesignShare生态系统。进一步丰富了SiFive的生态，使得从而使得SiFive的客户能够轻松地获取其PowerVR GPU和神经网络加速器IP内核。
在设计工具方面，SiFive与Synopsys有深度合作，帮助RISC-V客户快速解决SoC设计当中使用RISC-V CPU面临的验证和实现流程当中的各种挑战。
在制造方面，SiFive还与台积电、格芯、英特尔等代工厂达成了合作，帮助基于其内核IP的客户的定制SoC生产。
在软件生态方面，今年6月，谷歌、SiFive、平头哥、英特尔等13家企业发起的全球RISC-V软件生态计划“RISE”，在比利时布鲁塞尔正式启动。RISE旨在加速RISC-V新架构的软件生态建设及应用商业化进程，成员将联合推动RISC-V处理器在移动通信、数据中心、边缘计算及自动驾驶等领域的市场化落地。
另外值得一提的是，SiFive为了推动其RISC-V IP在中国市场的商用，还在2018年在中国参与成立了赛昉科技，推广其RISC-V IP。不过，随着赛昉科技近年的独立发展，赛昉科技已经由原先SiFive的RISC-V IP代理商转变为了一家RISC-V处理器芯片设计厂商。据了解，目前SiFive所持有的赛昉科技的股权比例已经很小。
因此，原本通过赛昉科技帮助SiFive开拓中国市场的模式已经改变，SiFive现在需要自己组建团队在国内开拓市场。
“RISC-V将拥有最好的处理器，拥有最好的生态系统，这已经是一种趋势。而这一趋势在中国市场表现尤为明显。”Krste Asanović教授表示：“SiFive希望和中国的合作伙伴一起加速RISC-V生态的发展。预计未来两到三年内，RISC-V将突破性能水平或应用领域的限制，将很快超越所有其他架构！”
作者：芯智讯-浪客剑
