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基于RISC-V指令集架构的国产芯片已经发展了5年；龙芯指令集架构也已经获得了国际五大基础软件的接入许可，国产化芯片之路，有了方向。作为我国行业内备受关注的两个芯片指令集架构：RISC-V以及LoongArch，它们的发展能带给我们哪些启示？
开启国产芯片新篇章
副总裁孟建熠就发表了题为《RISC-V从技术完备走向生态繁荣》的演讲，并看好RISC-V指令集架构芯片发展：“我认为2021年会是RISC-V芯片规模化量产的元年。”
2023年3月2日，由阿里巴巴平头哥举办的首届玄铁RISC-V指令集架构芯片生态大会在上海举行，实实在在给大家打了一剂强心针。英特尔、谷歌、Canonical、Imagination、海尔、支付宝、网易有道、创维酷开等全球数百家企业及机构代表齐聚一堂，召开了中国RISC-V指令集架构芯片发展史上规模最大的一次会议。
经过约5年时间建设，中国RISC-V指令集架构芯片生态已初具规模。随着万物互联智能时代的来临，开放、简洁、模块化的RISC-V指令集架构芯片崛起，并从终端走向云端，极有希望发展成为第三大架构生态。2022年，采用RISC-V指令集架构的芯片已出货100亿颗。
得益于中国智能应用市场的蓬勃发展，在RISC-V指令集架构发展浪潮中，以平头哥为代表的国内芯片企业，掌握了先机。在RISC-V指令集架构芯片研发上，平头哥率先推出3大系列8款RISC-V处理器，满足高性能、高能效、实时可靠等场景需求；嘉楠科技则推出全球首款支持RISC-VVector1.0标准的商用量产芯片K230；算能科技推出64核RISC-V服务器芯片。
Intel将提供半导体代工制造服务，包括RISC-V架构的各种芯片生产，也将进一步推动软件开源开放，全面促进生态创新。中国工程院院士倪光南介绍，RISC-V芯片不仅可以应用在工业控制、物联网、智能家居等对算力要求不高的领域，也可以向对算力有更高需求的桌面应用、边缘计算等领域发展。目前RISC-V是中国CPU领域最受欢迎的架构，将成为推动新一代信息技术发展的新引擎。
国产RISC-V架构芯片形势一片大好，并且已经由之前的低功耗芯片向高性能计算、云计算芯片方向进军。同时另一款产品“龙芯”也已经完成了世界五大开发软件的适配，积极扩展自己的软件生态。
国产芯片近日看到了曙光。
RISC-V指令集/硬件架构优势明显
随着架构在半导体领域的日渐突出、开放度越来越高，从宏观看这一过程的演进，从板卡、SoC再到指令集，架构领域在未来是持续下沉，且持续开放的。同时，这场变革开启之后，RISC-V指令集架构在半导体产业链的位置愈发重要起来。
RISC-V指令集架构的优势
指令集的定义是：一个CPU支持的指令和指令的字节级编码就是这个CPU的指令集（ISA）。指令集，是CPU与上层的IP核、中间件乃至应用的软件层面搭建的桥梁。与x86、ARM的封闭式指令集不同，RISC-V是一种新型开源的指令集。
何为开源？开源意味着所有的底层源代码必须公开，并且允许被修改、被重新定义。最为重要的是，免去了专利纠纷的困扰。RISC-V指令集被允许以BSD
（BerkeleySoftwareDistribution）许可证的形式发布，即使是一家初创型小公司，也能够再开发该指令集，并且无须支付再次开发的费用。
同时，RISC-V指令集还属于精简指令集，x86与ARM的指令集手册多达上千页，而RISC-V仅有一百页左右。这意味着开发基于RISC-V指令集的芯片的门槛降低了很多。这种精简指令集不但减轻了开发工程师负担，而且有利于更多初创型芯片设计公司从事RISC-V架构芯片的开发。
由于RISC-V的指令集源代码是开放的，因此其RTL（寄存器传送语言）也是公开的，这表示RISC-V的开发人员能够审查RTL路径，后门接口也就不存在了。反观ARM指令集，其RTL不允许修改，而x86则是完全封闭RTL，也就是黑盒模式。
RISC-V硬件架构的优势
我们常说的指令集属于衔接软-硬件层面最基础的“译本”，架构则是芯片硬件层面最为基础的结构，通常是对硬件层面逻辑接口的定义。那么，RISC-V硬件架构具有哪些优势呢？
RISC-V芯片适合用于高效设计开发，开发者可根据应用需求灵活剪裁，其内核面积更小，RISC-V芯片能以极低的能耗来实现高效的AI元器件的运行。
据统计，市面上与RISC-V芯片同样主频的诸如x86或ARM架构芯片，成本一般在2美元左右，而RISC-V芯片成本低于1美元，一般RISC-V芯片流片量产仅需几千万元。RISC-V无论在成本还是功能上都更跃进了一步。
RISC-V是一个模块化的架构，其不同部分能以模块化的方式组合在一起，可以通过一套统一的架构满足各种不同的应用。IoT应用场景非常广泛和碎片化，需要为数千种以不同方式连接世界的应用案例设计芯片，可扩展的架构成为终端运算的关键。
国产芯片发展进入快车道
RISC-V指令集架构拥有如此多的优势，我们也不难理解为什么国内拥抱它，国外也追随它。RISC-V能为国内芯片研发市场带来怎样的改观？
RISC-V被业内持续关注
倪光南认为：“世界主流CPU市场一直被x86和ARM两种架构垄断，通过多年的积累，它们形成了巨大的生态系统。RISC-V指令集架构的生态系统也在迅速构建和发展，中国如能聚焦开源RISC-V架构，发挥举国体制优势，将RISC-V架构芯片迅速做大做强，就能在世界主流CPU市场占有一定份额，具备一定话语权，这显然是中国芯片产业发展的新机遇。
中国工程院院士 倪光南
中国发展RISC-V架构的优势主要在构建生态方面：一是有超大规模市场用户和群体，这是构建开源RISC-V架构生态的独特优势；二是具有全球最庞大的大学生队伍，为发展开源RISC-V架构提供强大人才支撑，这些优势已经逐渐显现。目前基于这些优势，中国对RISC-V架构生态建设的贡献正在加大，包括中国对RISC-V国际协会和社区的支持，对RISC-V基础软件的贡献等。总结来说，我们对于RISC-V生态的建设处于初级阶段。”倪光南指出，目前造成国产芯片与国外芯片的差距主要表现为整个软硬件系统生态搭建不起来，而这些并不是芯片设计厂商能左右的。RISC-V架构芯片的出现，给了中国一个相对宽松的自然环境，我国能够依靠RISC-V架构芯片构建自己的生态环境，我国也能够更加完善自主产业链框架。
在大众关注之外，RISC-V架构海外阵营近几年获得了惊人成长，包括三星、英特尔、英伟达、谷歌、亚马逊、高通、IBM、西部数据等众多科技巨头，以及加州大学伯克利分校、普林斯顿大学、麻省理工学院等研究机构纷纷加入RISC-V架构阵营。
RISC-V架构在国内更是备受欢迎，包括中科院计算所等重点科研院所，以及阿里、华为、腾讯、中兴、紫光展锐、兆易创新、全志科技、华米科技、芯来科技等企业均对RISC-V开源架构寄予厚望。此外，字节跳动于2022年7月组建芯片研发团队，未来或许也会加入国产RISC-V架构阵营。
国产RISC-V阵营的专家普遍对RISC-V架构看好，DavidPatterson———RISC指令集的创始人之一，更是放出豪言，“未来3到5年内RISC-V架构芯片将无处不在”。
国内RISC-V芯片百花齐放
2021年阿里平头哥半导体副总裁孟建熠就曾表示，随着RISC-V芯片与Linux系统接入，未来RISC-V芯片将会产生“低、中、高”三个方向。
“我们认为有了Linux的支持之后，RISC—V会变得更加有生命力。通过专业的定制，可以让RISC-V200MHz的处理器具备Z处理器2GHz的处理能力。”孟建熠表示。
2022年，国产RISC-V高性能芯片就已经亮相。2022年RISC-V中国峰会上，平头哥发布首个高性能RISC-V芯片平台“无剑600”及SoC原型“曳影1520”。2023年，算能科技已量产RISC-V64核SG2042高性能CPU；莫万斯将在4月发售RISC-V64核开发者工作站。国内RISC-V架构芯片，已经向着高性能、高端化快速发展。
国之重器，龙芯自主创新
“龙芯”最早脱胎于中科院计算机研究所的孵化项目。龙芯由国家立项，自主研发，到目前实现了从指令集到基础组件再到操作系统的完全自主国产化。
龙芯真正实现了零的突破。但是早年间的龙芯芯片，由于缺乏软硬件的生态环境，并没有被民用市场所接纳，没有成为国内的x86，也不能成为国内的ARM。随着近些年政策市场的变化，龙芯再一次被世人所关注。
龙芯中科董事长胡伟武对龙芯的发展感触颇深：“龙芯于2019年底开始研发自己的指令集‘龙架构’———LoongArch。一年之后，龙芯公司推出了龙芯自主指令集架构LoongArch，它具有自主知识产权、技术先进、兼容生态等特点。”
胡伟武表示：“目前，我们与Intel、AMD的差距仍然在生态的建设和完善上。随着应用范围和规模的不断扩大，自主产业链问题逐渐凸显。龙芯公司组织重构产业链，建立自主产业命运共同体。在自主信息产业体系建设过程中，谁掌握应用主导权，谁就掌握了生态主导权。”
目前，龙芯中科基于信息系统和工控系统两条主线开展产业生态建设，面向网络安全、办公与业务信息化、工控及物联网等领域与合作伙伴保持全面的市场合作，系列产品在电子政务、能源、交通、金融、电信、教育等行业领域已获得广泛应用。龙芯中科坚持自主创新，为国内市场提供自主、安全、可靠的处理器,为信息产业的创新发展提供高性能、低成本的处理器和基础软硬件解决方案。
国产芯片未来———规范化、高质量发展
赛迪智库集成电路研究所研究员种丹丹指出：一方面，物联网、云计算以及5G等发展将催生大量碎片化的IoT芯片应用需求，这些需求与RISC-V架构芯片的特性相契合。另一方面，部分RISC-V架构芯片比同类ARM、x86架构芯片功耗更低、面积更小、价格更低。
为提升RISC-V架构芯片开发效率并防止RISC-V芯片发展碎片化，UEFI
（UnifiedExtensibleFirmwareInterface，中文名为统一可扩展固件接口）联盟将现有的UEFI标准引入RISC-V架构开发平台。
UEFI定义了计算机操作系统和平台固件之间的接口规范。UEFI标准定义了一种可执行文件格式，所有的UEFI固件都能够执行以这种格式编写的代码。RISC-V作为开源指令集架构，推行UEFI的好处便会更加明显。
时至今日，基于RISC-V架构的芯片出货量已经达到一个惊人的数字。根据RISC-V基金会的统计，2022年7月RISC-V架构芯片的出货量突破100亿颗，中国公司就占到50%以上。预计到2025年，RISC-V架构芯片出货量将突破800亿颗。而在开发者生态方面，中国已经有数百家企业加入RISC-V国际基金会。据悉，目前，平头哥芯片开放社区已拥有10万以上的开发者，促进了RISC-V架构生态发展。
倪光南坦言，未来的AI领域需求或许是一个增长点。通过需求设计芯片，实现“需求定义软件，软件定义硬件”，未来的芯片极有可能是定制化的，而RISC-V芯片能够实现这一目标。
国产芯片另一位成员龙芯中科也在积极搭建自己的生态体系。近日，著名的LLVM国际开源软件社区实现了对龙芯龙架构的完善支持。世界最重要的五大基础开源软件已全部正式支持LoongArch。LoongArch作为新兴的指令集架构，正得到开源世界日益广泛的认可与支持。
为此，龙芯中科积极推进生态伙伴计划，鼓励从事相关上层软件开发的中小型企业加入龙芯大家庭，携手构建开放、兼容、互惠、共享的产业生态。
解决芯片产业“卡脖子”问题的根本出路是培育具有国际竞争力的龙头企业。要培育芯片领域龙头企业，打造可持续发展的“核壳型”芯片产业生态，避免大炼钢铁式的“造芯运动”。充分利用政策优势、用户优势、资本优势、人才优势，由政府牵头推动核心技术、关键材料、关键工艺和关键装备的攻关工作。推动高校设立“集成电路学院”和强化相关学科建设打造具有中国特色的产学研协同创新体系。
龙芯拥有我国100%自主知识产权，在统一国内相关产业链方面起到关键的作用；RISC-V芯片作为国产芯片的后起之秀，覆盖了高、中、低性能SoC，在丰富产品线方面同样重要。一是从指令集到操作系统完全国产的龙芯，二是广泛民营企业参与的开源芯片设计制造，在不同的侧重点上面，这两个“突出部”或许能够发挥“排头兵”的作用，为国产芯片的产业规划指明方向。
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