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详解RISC产业链

金一平   / 03月05日 06:39 发布

RISC(精简指令集计算机)产业链涉及多个层面,包括指令集架构的设计、芯片开发、软件生态系统建设等。以下是基于不同研报对RISC产业链的详细梳理:

1. RISC指令集架构的分类与特点

RISC指令集架构可以根据不同的应用领域和设计特点进行分类。以下是几种主流的RISC架构及其特点:

• X86架构:虽然X86基于CISC(复杂指令集),但它也包含了RISC的设计理念。X86架构的主要特点是使用微代码和庞大的指令集,能够快速编写新的指令集程序,并且在PC机和服务器中广泛应用。X86在性能和兼容性上表现优异,尤其是在家用和商用领域。(来自研报《国金证券-计算机行业算力深度报告一:算力研究框架~产业链全梳理-24/04/01》)

• ARM架构:ARM架构是基于RISC设计的,具有体积小、低功耗、低成本、高性能等特点。它广泛应用于移动终端(如手机、平板)和嵌入式系统中,近年来也开始在数据中心服务器市场中占据一席之地。(来自研报《国金证券-计算机行业算力深度报告一:算力研究框架~产业链全梳理-24/04/01》)

• RISC-V架构:RISC-V是由加州大学伯克利分校设计的开源指令集架构,目标是成为指令集架构领域的Linux。它主要应用于物联网(IoT)领域,但也可以扩展至高性能计算领域。RISC-V的开源特性吸引了大量公司的关注,多个公司已经开发出基于RISC-V的处理器IP核和MCU芯片。然而,由于RISC-V产业生态还比较薄弱,未来发展仍需时日。(来自研报《国金证券-计算机行业算力深度报告一:算力研究框架~产业链全梳理-24/04/01》)

• MIPS架构:MIPS是另一种基于RISC的架构,具有发展历史早、学术界影响广泛、架构授权开放等特点。MIPS在数字消费、宽带、无线等领域有广泛应用,但由于ARM和X86的强势地位,MIPS逐渐退出了国际主流应用。(来自研报《国金证券-计算机行业算力深度报告一:算力研究框架~产业链全梳理-24/04/01》)

• POWER架构:POWER架构由IBM设计,主要应用于大型机领域。它追求最高性能,具备乱序执行、智能线程等技术,并实现了SMP(对称多处理技术)的硬件一致性处理。(来自研报《国金证券-计算机行业算力深度报告一:算力研究框架~产业链全梳理-24/04/01》)

2. RISC-V产业链的快速发展

RISC-V作为开源指令集架构,近年来发展迅速,尤其是在物联网和AIoT(人工智能物联网)领域。以下是RISC-V产业链的几个关键环节:

• 指令集设计:RISC-V指令集架构基于精简指令集原则,具有开放、简洁、模块化、可扩展的技术优势。它允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件,且不需要支付专利费。RISC-V国际基金会负责维护和推广RISC-V技术标准,确保其开放性和中立性。(来自研报《光大证券-AI行业跟踪报告之一:RISC~V,深度受益于AIoT浪潮,边缘算力提升驱动五年十倍成长-23/02/09》)

• 芯片设计:RISC-V的开源特性使得芯片设计公司能够自由地进行定制化开发。国内的主要RISC-V IP企业包括平头哥、芯来、赛昉等,而芯片设计公司则有海思、兆易创新、乐鑫科技、全志科技等。这些公司基于RISC-V的IP核进行SoC(系统级芯片)集成,研发的芯片可以应用于低功耗AIoT、高性能计算、AI、手机、服务器等领域。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

• 处理器系列推出:以Akeana公司为例,其推出了三款基于RISC-V的处理器系列:

• Akeana100系列:支持从嵌入式微控制器到边缘网关再到个人计算设备的应用,具有高度可配置性。

• Akeana1000系列:包括64位RISC-V内核和MMU,支持丰富的操作系统,保持低功耗和低芯片面积。

• Akeana5000系列:代表极致性能的处理器系列,优化用于下一代设备、笔记本电脑、数据中心和云基础设施中的苛刻应用。(来自研报《华鑫证券-计算机行业周报:Akeana推出新的RISC~V芯片设计,xAI发布Grok~2大模型-24/08/18》)

3. RISC-V的生态建设

RISC-V的生态建设是其产业链中的重要环节,尤其是在软件、应用和开发者生态方面:

• 软件生态:以平头哥为例,其首次完整推出了基础软件三件套——编译器TAC、编译环境CDK、部署工具集HHB,极大地提升了RISC-V的开发环境和工具栈效率。平头哥还完成了RISC-V与多个操作系统的深度适配,包括RTOS、Yocto、Linux、Ubuntu、Android等。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

• 应用生态:RISC-V的应用场景正在从低功耗物联网逐步向更复杂的设备拓展。平头哥通过智能交互、智慧视觉、物联网与安全三大赛道推动生态芯片落地,合作伙伴包括网易有道、创维、海尔等公司。到2025年,采用RISC-V架构的处理器出货量预计将突破800亿颗,其中一半来自中国。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

• 开发者生态:平头哥推出了在线学习平台“RISC-V学院计划”,鼓励开发者参与全球RVFA认证,开发者社区用户已超过15万人。这表明RISC-V的开发者生态正在快速成长,未来有望吸引更多开发者加入。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

4. RISC-V的开源优势与挑战

RISC-V的开源特性使其在全球范围内获得了广泛的关注和应用,尤其是在国产芯片领域,被认为是一个弯道超车的机会:

• 开源优势:RISC-V指令集可以自由用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件,且不需要支付专利费。这种开放性使得RISC-V在成本和自主可控方面具有显著优势,尤其是在AI和机器学习领域,RISC-V架构有望在未来一两年内应用于车规级芯片,并逐步扩展至数据中心的通用芯片。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

• 挑战与风险:尽管RISC-V具有开源开放的特殊属性,但其生态建设仍面临碎片化的潜在风险。为了应对这一挑战,工信部与香港投资管理有限公司(HKIC)进行了交流,提出了通过加强标准合作,利用中国市场优势,快速推进最佳产业实践和应用标准的方案。(来自研报《智研咨询-芯片行业周刊2024年第175期:产业上下游动态频繁,国内加速探索人才培养新机制-24/05/20》)

5. RISC-V的应用拓展

RISC-V的应用场景正在逐步从低功耗物联网设备向更高端的计算设备拓展:

• AIoT领域的应用:RISC-V架构深度受益于AIoT浪潮,尤其是在边缘算力提升的驱动下,未来有望实现五年十倍的成长。RISC-V能够高效实现各种微结构,并支持大量的定制与加速功能,使其在AIoT领域具有广泛的适用性。(来自研报《光大证券-AI行业跟踪报告之一:RISC~V,深度受益于AIoT浪潮,边缘算力提升驱动五年十倍成长-23/02/09》)

• 高性能计算领域的拓展:RISC-V最初主要应用于物联网领域,但其开源性和灵活性使其能够快速扩展至高性能计算领域。谷歌在2023年RISC-V峰会上宣布Android将支持RISC-V指令集,标志着RISC-V的应用场景正式从低功耗物联网设备向更复杂的手机、服务器等应用领域拓展。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

6. RISC-V的未来发展前景

尽管RISC-V目前尚未形成丰富完善的软硬件生态,但其开源性和灵活性使其在未来具有巨大的发展潜力:

• 长期共存格局:未来X86、ARM和RISC-V三大架构将长期共存。RISC-V由于其开源开放的特性,被认为是国产芯片弯道超车的机遇,尤其是在定制化和专用化芯片的趋势下,RISC-V有望成为第三大架构生态。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

• 全球出货量预测:根据RISC-V基金会的预测,2025年采用RISC-V架构的处理器出货量将突破800亿颗,显示出其在全球市场的强劲增长势头。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

7. RISC-V的IP与设计环节

RISC-V的IP(知识产权)和芯片设计环节是其产业链中的重要组成部分:

• IP企业:国内的主要RISC-V IP企业包括平头哥、芯来、赛昉等,这些公司提供了基于RISC-V的IP核,支持芯片设计公司进行SoC集成。例如,SiFive、台湾晶心、阿里平头哥等公司已经开发出基于RISC-V的处理器IP核。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

• 芯片设计公司:芯片设计公司基于RISC-V的IP核,研发出适用于不同领域的芯片。例如,嘉楠科技推出了全球首款支持RISC-V Vector1.0标准的商用量产芯片K230,北京算能则推出了首款服务器级RISC-V CPU SG2042。(来自研报《华泰证券-电子行业动态点评:RISC~V,向更高端场景迈进-23/03/06》)

中国RISC-V产业联盟(CRVIC)的重要成员包括以下单位:

理事长单位:

• 芯原微电子(上海)股份有限公司。

副理事长单位:

• 北京君正集成电路股份有限公司。

• 上海格易电子有限公司。

• 时擎智能科技(上海)有限公司。

• 芯来智融半导体科技(上海)有限公司。

理事单位(部分):

• 安徽华米信息科技有限公司。

• 翱捷科技股份有限公司。

• 北京华大九天科技股份有限公司。

• 地平线(上海)人工智能技术有限公司。

• 乐鑫信息科技(上海)股份有限公司。

• 上海安路科技信息技术股份有限公司。

• 上海复旦微电子集团股份有限公司。

• 紫光展锐科技有限公司。

其他重要成员:

• 复旦大学专用集成电路与系统国家重点实验室。

• 国家专用集成电路系统工程技术研究中心。

• 华芯投资管理有限责任公司上海分公司。

• 晶晨半导体(上海)股份有限公司。

• 摩尔精英集成电路产业发展(合肥)有限公司。

这些单位涵盖了芯片设计、研发、制造以及相关科研机构和高校,共同推动RISC-V架构在中国的生态建设和产业发展。

总结

RISC产业链涵盖了从指令集设计、芯片开发到软件生态建设的多个环节。其中,RISC-V作为开源指令集架构,近年来发展迅速,尤其是在物联网和AIoT领域。其开源性、灵活性和可扩展性使其在全球范围内获得了广泛的应用,未来有望与X86和ARM架构长期共存,并逐步拓展至高性能计算、手机、服务器等更高端的场景。然而,RISC-V的生态建设仍面临碎片化的风险,未来需要加强标准合作,推动生态的进一步繁荣。