文章目录
-
RISC-V架构介绍
·RISC-V简介
·CPU主流架构：x86、ARM、RISC-V
·RICS-V的设计理念及优势
·RISC-V的历史沿革与市场应用
-
国内外厂商介绍
·SiFive
·西部数据
·兆易创新
·华米科技
·阿里平头哥
RISC-V
RISC-V架构介绍
RISC-V是一种指令集
RISC-V，一般被念做：risk five。V，即罗马数字5。该指令集是RISC系列指令集的第五代产品。
RISC-V是一种基于“精简指令集（RISC）”原则的开源指令集架构。
指令集：存储在CPU内部，引导CPU进行运算，并帮助CPU更高效运行，介于软件和底层硬件之间的一套程序指令合集。
两大CPU指令集：CISC与RISC
CPU（中央处理器），也被称为微处理器，相当于电子产品的大脑。在通信领域当中，几乎所有的重要信息都要由这个“大脑”所掌控，CPU芯片和操作系统是网信领域最基础的核心技术。
CPU主要有两大指令集：
复杂指令集（Complex Intruction Set Computer，CISC）架构——x86
精简指令集（Reduced Intruction Set Computer，RISC）架构——ARM、MIPS和RISC-V
CPU的架构一直以来是x86与ARM的天下，而自2010年RISC-V诞生以后，隐约在CPU架构呈现出三足鼎立的趋势。
CPU主流架构：x86、ARM、RISC-V
X86：传统PC市场的主流，善于处理大数据，IP掌握在英特尔和AMD手中。
ARM：移动（手机）市场，处理快数据为主，目前也使用在便携笔记本中，IP大部分掌握在ARM公司。
RISC-V：当需要同时兼顾数据传输速度与传输量时，这两类主流架构的胜任能力有限。RISC-V表现出了较强的优势。
RISC-V的发展历程
1981年，在David Patterson的带领下，加州大学伯克利分校的一个研究团队起草了RISC-1，是今天RISC架构的基础。随后在1983年发布了RISC-II原型芯片，1984年和1988年发布了RISC-III和RISC-IV。
RISC的设计理念也催生了一系列新架构，如MIPS、服务器的王者IBM PowerPC以及现在统治嵌入式市场的ARM。
2010年，加州大学伯克利分校的研究团队设计并推出了一套基于BSD协议许可的免费开放的指令集架构RISC-V，其原型芯片也于2013年1月成功流片。
RISC-V设计理念大道至简，符合CPU处理需求发展
RISC-V最大的特性就在于“精简”。虽然与ARM同属于精简指令集架构，但因RISC-V是近年来才推出，没有背负向后兼容的历史包袱，架构短小精悍。相比于x86和ARM动辄几百数千页，RISC-V的规范文档仅有145页，且“特权架构文档”的篇幅也仅为91页。
RISC-V的优势——模块化与指令数目少
1、模块化：RISC-V将不同的部分以模块化的方式组织在一起，并试图通过一套统一的架构来满足各种不同的应用场景，这种模块化是x86与ARM架构所不具备的。
2、指令数目少：受益于短小精悍的架构以及模块化的特性，RISC-V架构的指令数目非常的简洁。基本的RISC-V指令数目仅有40多条，加上其他的模块化扩展指令也总共只有几十条指令。
RISC-V的优势——开源，彻底免费开放
RISC-V全面开源，且具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE），其开源的特性允许任何用户自由修改、扩展，从而能满足量身定制的需求，大大降低指令集修改的门槛。
同类产品中，ARM需要支付高昂的IP费用才可使用，甚至需支付“预付款”才可看到细节。
RISC基金会已有200余个机构参与
2015年，RISC-V基金会正式成立，吸引了包括英伟达、NXP、三星、Microsemi在内等企业的加入。迄今为止，该基金会已吸引了全球28个国家327多家会员加入。RISC-V基金会负责维护RSIC-V指令集标准手册与架构文档，每年RISC-V基金会都会举办各种专题讨论会和全球活动。
物联网时代已至，RISC-V大有可为
因为x86适合处理大量数据，在传统PC与服务器领域处于霸主地位
在手机带来的科技革命趋势下，需要快速处理数据，ARM架构在手机处理器IP领域一统江湖。
在半导体的历史上，X86、ARM作为主流架构一直都占有着很大的市场。随着物联网时代的来临，而RISC-V作为新兴架构，以其精简的体量，或许在未来的IoT领域中能取得绝对的优势。
RISC-V的应用之一：IoT的“碎片化”需求，群雄逐鹿
因为IoT领域对AI芯片即要求高计算能力，又需要低延迟。
所以，IoT芯片设计速度要快、成本要低、能量身定制。
同时嵌入式市场具备少量多样的特点，在各细分应用场景并未形成真正壁垒，架构的选择五花八门。
因此，这是RISC-V绝佳的突破口。RISC-V的开源能降低成本，也能让用户自由修改，可定制化，RISC-V生态与敏捷设计同源。目前，国内外已有多家芯片企业投入大量资金研发RISC-V在IoT领域的应用。
RISC-V的应用之一：IoT的安全问题
未来的物联网大概会有300亿个设备被链接起来，那么物联网安全并不是奢侈品，而是必需品。而RISC-V的开源特性允许广泛的受众检查其体系结构，并在它们成为大范围的安全事件之前纠正它们。RISC-V可以通过提供“修复”核心而无需实际更改核心的机会来影响我们现有的网络犯罪流行。
RISC-V的应用之二：手机市场
根据SiFive首席执行官Naveed Sherwani的预测，两年之后RISC-V就会进军手机市场，与高通、苹果、三星、联发科等ARM公司抢智能手机处理器市场，同时有可能威胁低功耗笔记本处理器。
目前ARM公司的营收数据略有下滑，2017与2018年，ARM的设计IP市占率分别下滑1.6%及1.5%。因此，ARM也作出了相应的改善策略。2019年7月，Arm推出新的授权模式“Flexible Access”：对于中低阶芯片的授权，未来客户不再需要缴纳“预付款”才能看到设计细节。
RISC-V的应用之三：服务器市场
虽然目前RISC-V的高性能市场一片空白，但RISC-V本身用来设计高性能芯片是没有问题的，学术界已经有基于RISC-V架构的511核处理器（Celerity）。只是基于RISC-V的低门槛特点，进入的企业体量较为小巧，没有足够的资金做长期布局与研发，高性能等需要较长研发时间的领域尚无人尝试。
根据SiFive首席执行官Naveed Sherwani的预测，5年后RISC-V指令的处理器就有可能进军服务器市场，AMD、英特尔这样的x86处理器公司也许将要担心。
RISC-V的应用之四：存储市场
硬盘本身并不需要像SSD那样庞大的计算资源，但是由于新的磁记录技术，更复杂的功能（例如，基于NAND Flash的缓存，健康管理，QoS），它们的处理要求也在增长增强等。这对存储器中控制芯片的计算能力要求变高了。
2017年，根据IDC和希捷的数据，2016年全球产生了16.1个ZB（ZetaBytes）数据，到2025年全球数据球体将增长一个数量级到163个ZB。并且需要实时处理和低延迟的数据量正在增长。
虽然数据可以就近传输到附近的服务器汇总进行处理，这需要更为强大的服务器，但服务器本身对处理快数据的效率不高，因此硬盘不仅存储数据，还需要处理它。
2018年基于RISC-V的软件工具和IP全球营收5000万美元，2025年将达到20倍
目前RISC-V被认为最适合应用在IoT市场。因为IoT市场的情况更为灵活，是一个“碎片化”的市场，客户需求相对多样化，目前尚无任一架构统一市场，而RISC-V具有低功耗、低成本、灵活可扩展及安全可靠的特性。
虽然RICS-V本身是开源免费的，但是用户对RICS-V的架构进行使用和修改后可以进行销售。根据Tractica的预测，基于RISC-V的IP和软件工具的全球收入将在2025年增加到11亿美元，高于2018年的5200万美元。
RISC-V目前尚缺少生态系统
CPU架构的影响力主要是依赖他生长的一整套生态系统，比如基于x86的Windows，基于ARM的Android。RISC-V现在最缺的是生态系统，特别是IoT碎片化的性质，没有一个统一的软件栈生态。
RISC-V基金会其实对此并不做任何定义，生态系统的搭建交予使用者来自行发挥。并且生态系统并非一蹴而就，根据RISC-V基金会亚太区副秘书长郭雄飞所言，唯有RISC-V MCU大规模量产，开发者真正随手可得，相应的软件生态才能大规模爆发。
MIPS或成RISC-V在AI芯片赛道上的最强竞争者
ARM、MIPS和RISC-V皆属于精简指令集（RISC）架构。
在智能手机时代，由于MIPS选择消费电子时，Arm选择了手机市场，即使ARM与MIPS的诞生时间相差些许，但更晚出现的Arm成为了智能手机时代的标签。
MIPS和RISC-V两者的架构也相差不大。因此，在2018年12月MIPS宣布开源之后，MIPS可能成为RISC-V在AI时代强有力的竞争者。并且基于MIPS指令集的芯片已经有100亿颗的出货，这意味着MIPS处理器在机顶盒、录音笔、智能手表等市场已经非常成熟。未来，政策、生态、软件等方面的因素是两个指令集在AI时代竞赛的重要考量。
RISC-V是国内芯片自主可控一次弯道超车的机会
目前所有的通用x86架构处理器技术都掌握在英特尔和AMD公司手中，ARM则也受到美国政策的限制。同时信息安全也是近几年来一直在强调的话题。在政府、海关、金融、铁路、民航、医疗、军警等重要部门，保障其通信安全尤为重要。
但RISC-V的开源特性，使得国内企业可以继续使用。同时因为其模块化的设计，可以直接应用模块，使用门槛不高。并且对于新时代IoT等趋势的驱动下，RISC-V对比其余架构存在较大的优势，国内企业提前布局，或可成为该行业巨头之一。自2018年开始，在国内的半导体技术圈里，已经掀起了一场关于RISC—V的讨论热潮。
中国RISC-V产业联盟——构建RISC-V产业生态体系
9月20日上午，中国RISC-V产业联盟(China RISC-V Industry Consortium，CRVIC)成立大会在张江的上海集成电路行业协会会议室成功召开。吸引芯原控股、芯来科技、上海赛昉科技、杭州中天微、北京君正、兆易创新、紫光展锐等多家单位加入，芯原控股有限公司担任联盟首任理事长单位。
设立联盟为搭建产业交流平台，推动RISC-V广泛应用；推动RISC-V人才培养，建立高校培养计划；推动会员协同发展，建立长效合作机制；承接RISC-V全球基金会活动，深化国际合作交流。
总结：RISC-V在IoT等新兴领域拥有得天独厚的优势
RICS-V
国内外厂商介绍
SiFive：创始人即RISC-V开发者
SiFIve位于旧金山，是最早的RISC-V公司，创立与2007年，其创始人即发明并开发RISC-V的UCB团队。从2015年开始，该公司发布了许多基于RISC-V的处理器内核，主要针对从发烧友到主要制造商的各个级别的开发。
2017年，该公司发布了U54-MC Coreplex，这是第一款支持Linux，Unix和FreeBSD的基于RISC-V的芯片。
2019年，该公司通过推出用于嵌入式架构的64位微控制器S2 Core IP系列扩展了其产品组合。SiFive表示，其S2系列的目标是处理越来越多的连接设备的处理需求，处理实时工作负载，并在不同程度上利用人工智能和机器学习。
SiFive：受到多家ARM客户的投资
该创业公司称其目前拥有超过100个RISC-V处理器许可证，并表示其中包括高通和SK海力士在内的十大半导体公司中有六家是其客户。Sifive设计的芯片已被用于商业发行的产品中，包括中国可穿戴设备公司Huami生产的智能手表和韩国初创企业Fadu生产的存储设备。
高通作为ARM最大的客户之一，也参与投资了SiFive。这预示着，高通未来将开发基于RISC-V架构的处理器，摆脱对于Arm的完全依赖。
SiFive：芯片设计软件化结合RISC-V
SiFive被认为是IP供应商，但其实是通过芯片设计软件化与RISC-V的结合，创造出无限可能的IP Core，目前SiFive已推出数款产品，产品线可分为E Core、S Core、U Core三大区块，E Core为32位嵌入式处理器IP，主要应用于MCU、边缘运算、AI与IoT。
SiFive也将持续推出全新的产品，并扩大其应用，着力于教育、研究合作与商用解决方案等3个方向，对于商用解决方案，从目前发展来看，RISC-V的发展将会与IoT息息相关，而IoT的垂直应用也将对系统研发带来严苛挑战。
西部数据：存储为其业务业务重心
西部数据成立于1970年，是家美国公司，是数据存储业的排头兵、硬盘业的领头羊，为全球5大洲客户提供存储产品。
西部数据提供广泛的技术和系列产品，包括面向数据中心环境的存储系统、存储平台和数据中心硬盘；在移动性、终端与计算环境中提供应用于车载、互联家庭、工业与IOT、智能手机和平板电脑、监控的嵌入式移动闪存卡，以及应用于计算、企业、游戏、NAS和监控设备的内置硬盘。
西部数据：将在存储产品中使用RISC-V
西部数据在2018年11月宣布，未来旗下硬盘处理器和控制器都逐渐转移至成RISC-V架构，为了开发RISC-V生态系统，Western Digital已经在从事RISC-V项目的各家公司中进行合作和投资。
目前西部数据的产品每年消耗大约10亿个计算核心，而且消费量正在上升。鉴于目前SSD/HDD的发展趋势，未来将会消耗更多的内核，因此计划采用更为高效的架构来设计存储器中的控制芯片。一旦转型完成，预计每年将有20亿个基于RISC-V架构的内核出货。
兆易创新：致力于存储器、控制器及周边产品研发的Fabless公司
兆易创新于2005年创立于北京，是一家以中国为总部的全球化芯片设计公司。公司致力于各类存储器、控制器及周边产品的设计研发，是国内规模较大的非易失性存储器(NVM)制造商之一。
目前产品规划布局极为出色，不断拓展新市场。2007-2011，NOR技术不断成熟，营收突破3亿；2014年MCU业务营收增加，公司营收达到9.5亿；至2017年到达20亿元营收；2018年布局DRAM、进入人机交互领域。
兆易创新：MCU产品是电子产品的“大脑”
MCU即微控制器，又称单片机。即将CPU、存储器（RAM和ROM）、多种I/O接口等集成在一片芯片上，形成的芯片级计算机。作为电子产品的“大脑”，MCU负责电子产品中数据的处理和运算，因其高性能、低功耗、可编程、灵活性等优点，在网络通信、计算机、汽车电子、工业控制等领域有着十分广阔的应用前景。
MCU按照用途可分为通用型和专用型，通用型是指其硬件及指令不是按照某种特定用途而设计。而按其操作的数据位数，MCU可分为1位、4位、8位、16位、32位甚至64位。
兆易创新：发布第一款基于RISC-V的通用MCU芯片
2019年8月22日，兆易创新正式发布了全球首个基于RISC-V开源架构内核的32位通用MCU产品—GD32VF103系列。兆易创新是首次将RISC-V引入通用微控制器领域，并提供了从芯片到程序代码库、开发套件、设计方案等完整工具链支持并持续打造RISC-V开发生态。
兆易创新：搭建了RISC-V与ARM之间的桥梁
本次发布的GD32VF103系列，仍是采用与原先推出的基于ARM内核的GD32F103相同的110nm的工艺设计，为了两者兼容，并搭建了RISC-V与ARM之间的桥梁，利用原有的GD32系列（ARM）与GD32V系列（RISC-V），早前的Arm用户可以实现快速切换，增强了代码的复用性，将原有基于ARM架构的芯片可完美转换。
兆易创新：打造RISC-V开发生态
目前，RISC-V的针对某些功能的专用芯片已有一定的出货量，但对于整体的普及推广包括覆盖面仍不够。
兆易创新此举一方面可推动RISC-V的发展，另一方面也可灵活切入专用市场，双管齐下。该款MCU将可被应用在工业控制、消费性电子、物联网（IoT）、边缘运算及人工智慧等市场，是兆易创新进军市场的新利器。
未来，兆易创新持续打造RISC-V开发生态，也将进一步满足市场对于开放性架构的差异化需求并有利于发挥成本优势，其中包括基本的IDE（集成开发环境）、调试下载工具、嵌入式操作系统，以及上至云端解决方案。
兆易创新：通用RISC-V的芯片，实现“百货商店”战略
该枚MCU芯片也是实现兆易创新“百货商店”战略的第一步，兆易创新的MCU产品，加上Arm架构的，入门型到高性能增强型是全范围覆盖的。GD32现有的Cortex-M产品系列就有22款。
将原有的存储、MCU、传感器的业务线形成之后，围绕GD32 MCU，兆易创新的产品丰富度还要进一步提升。未来的MCU产品会有三种形态：纯逻辑的，加入了存储的eNVM，加入了无线连接的eRF。
华米科技：从代工厂起家，逐步研发拥有核心芯片技术
华米科技创立于2013年，是一家在智能穿戴技术领域有着丰富生物特征识别经验和运动数据驱动的公司，拥有全球用户海量的生物识别和运动数据库。
原先仅仅是小米手环的代工厂，但公司坚持“云（健康云服务）+端（可穿戴终端）+芯（芯片）”的布局，通过不懈的研究积累，实现了底层技术（芯片设计）的积淀，并且是继华为之后国内第二家可独立研发7nm芯片的公司。2018年2月8日，华米科技在美国纽约证券交易所（NYSE）正式上市，成为首家在美上市的中国智能可穿戴硬件企业。
华米科技：可穿戴设备芯片，可主可辅
在2018年9月，华米科技推出了首款RISC-V架构的可穿戴设备黄山1号，并称是全球首款支持AI的可穿戴设备芯片组。黄山1号由一颗主频可达240MHz的处理器和HeartID、ECG、ECG Pro、Arrhythmia四个AI引擎组成，实现在本地端对心率、心电、心律失常等心脏问题进行24小时低功耗实时监测分析。
目前黄山1号已逐步开始商用，自主产品Amazfit米动健康手环“黄山1号版”从2019年8月5日起开始正式发售。
黄山1号不仅可在智能手表中作为一款协处理器芯片，配合主处理器工作，也可在智能手环中扮演主处理的角色。
阿里平头哥：技术基础来自中天微
阿里巴巴创建的平头哥半导体公司是2018年9月由阿里巴巴全资收购的杭州中天微和阿里达摩院合并而成，且由阿里全资控股。主要发力于32位高性能和低功耗嵌入式CPU的IC设计。
达摩院：阿里巴巴的全球研究院，成立于2017年10月，并便宣布未来三年将投入超过1000亿元用于基础科学和颠覆式技术创新研究。
中天微：成立于2001年，在合并前就被视为“内地唯一大规模量产的自主嵌入式CPU IP Core”，致力于以芯片架构授权为核心业务的集成电路设计公司。
阿里平头哥：玄铁910，性能最强
2019年7月25日，阿里发布了最新的平头哥芯片——高性能RISC-V架构处理器玄铁910。
在性能上，玄铁910支持16核，单核性能达到7.1 Coremark/MHz，主频达到2.5GHz，比目前业界主流的RISC-V处理器性能高40%以上。玄铁910芯片适用于用在5G、网络通讯、人工智能、自动将驾驶领域，可嵌入CPU、SOC芯片中。
阿里平头哥：“普惠芯片”计划
阿里还宣布了“普惠芯片”计划。未来平头哥将全面开放玄铁910 IP Core，全球开发者可以免费下载该处理器的FPGA代码，快速开展芯片原型设计和架构创新。
平头哥还打造了面向领域定制优化的芯片平台（Domain specific SoC），提供包括CPU IP、SoC平台以及算法在内的软硬件资源，面向不同AIoT场景为企业和开发者提供不同层次的芯片服务。在阿里的规划中，玄铁910的高性能IP核将为国内科技企业，大幅度降低进入高性能CPU领域的门槛。
参考资料来自：西南证券、驭势资本研究所 本文转自：驭势资本
End 
ＮＯＷ现在行动！
推荐阅读
【Vivado那些事】如何查找官网例程及如何使用官网例程【Vivado使用误区与进阶】总结篇【Vivado那些事】Vivado下头文件使用注意事项【Vivado那些事】Vivado中常用的快捷键（一）F4键【Vivado那些事】Vivado中常用的快捷键（二）其他常用快捷键
HDL Designer Series(HDS)介绍
SystemVerilog数字系统设计_夏宇闻 PDF
Verilog 里面，always，assign和always@(*)区别
FPGA上如何求32个输入的最大值和次大值：分治一文读懂TCP/IP！《RISC-V on T-Core》学习笔记新年愿望是什么？先送大家一波开发软件谈谈FPGA（入门）学习的两种方式ZYNQ-迷恋ZYNQ-FPGA开发板资源分享
零基础入门FPGA，如何学习？
黑金全部开发板资料（FPGA+ZYNQ）分享
【Vivado那些事】FPGA配置失败，无法启动怎么办
你会在github上找项目吗？
图书推荐|ARM Cortex-M0 全可编程SoC原理及实现
简谈：如何学习FPGARISC-V再进阶！世界首款5纳米RISC-V SOC成功流片！
几款开源SDR平台
Xilinx 推出 Kria 自适应系统模块产品组合，在边缘加速创新和 AI应用
点击上方字体即可跳转阅读哟
点个在看 你最 好看