狂奔的RISC-V

孔明

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来源：内容由公众号半导体行业观察（ID：icbank）原创，谢谢。

不得不说，过去一年是RISC-V飞速发展的一年。无论是国内还是国外，越来越多的企业开始进军这个市场，不少设计在众多领域崭露头角，并获得了越来越多的芯片制造商、工具供应商、大学和代工厂的支持。2019年国内公司对RISC-V紧密布局，阿里平头哥、芯来和紫光展锐相继推出RISC-V新品，欧洲公司也在虎视眈眈，其他国家如印度也加大了在RISC-V的投入，这股从美国兴起的RISC-V大流愈演愈烈。

有着过去一年的积累，2020注定是RISC-V再创辉煌的一年！

多家新出RISC-V IP内核，推动商业化之路

在RISC-V的生态建设、开源和商业化推广之路上，前有SiFive作为领头羊，后有晶心科技和芯来科技两家跟随者，还有Esperanto、Codasip、Cortus、Pintouge、Syntacore等企业，都在做RISC-V IP产品。

SiFive：FE310

今年3月份在加利福尼亚州山景城举办的第五届RISC-V研讨会上，SiFive推出了业界首款开源RISC-V片上系统处理器——Freedom Everywhere 310 SoC。FE310是Freedom Everywhere系列可定制SoC的第一个成员，专为微控制器，嵌入式，物联网和可穿戴应用而设计。通过向开源社区提供FE310 RTL代码，SiFive旨在鼓励对RISC-V的软件支持以及硬件开发进行开源开发。

Sifive：U8

2019年10月，SiFive又发布用于高性能计算的新型U8系列核心IP。新型SiFive U8系列核心IP基于RISC-V 指令集架构，是一种超标量设计，具有可扩展的乱序流水线以及可配置的选项，供实时或应用处理器使用。SiFive U8系列微架构提供一流的能效和面积效率，以及卓越的性能，满足客户对SiFive的定制需求。

相较于当今市场上同类产品，SiFive U8系列微架构设计提供每瓦特超过1.5倍的面积效率和性能。SiFive U8系列核心IP多核拥有可运行Linux操作系统的内存管理单元，用以支持通用应用处理器设计。SiFive U8系列微架构可以支持用于关键任务操作的实时模式，并能呈现过去仅在先进工艺节点中实现的设计所拥有的高端性能。

SiFive U8系列核心IP具有可选的浮点单元、定制的指令扩展功能和RISC-V向量扩展支持，无论是在汽车、AI边缘或终端应用程序，都可以针对目标用例进行完美配置和定制。

芯来科技：N600及NX600

在今年11月份的ICCAD上，芯来科技首次向业界正式发布芯来科技的600系列处理器IP—“N600及NX600”以及全新的商业推进计划—“IoT随芯包”。

N600系列32位RISC-V处理器及NX600系列64位RISC-V处理器面向实时控制或高性能嵌入式应用场景，对标ARM Cortex-M7，R4, R5，R7等内核，非常适合应用于AIoT边缘计算，存储或其他实时控制应用。另外，芯来科技欲尝试以技术服务模式代替传统IP授权模式，推出“IoT随芯包”计划，用户可根据自己的研发规划选择适合的服务支撑Package。

而在之前，芯来已经推出了100 系列、200 系列、300 系列，今年他们计划推出900系列。

晶心科技：N22、A25MP和AX25MP

今年3月份，晶心科技宣布推出32位元RISC-V CPU核心N22，瞄准高速通讯和储存等嵌入式协定处理应用，并适用于小型物联网及穿戴式装置等入门级MCU应用。N22可配置性高，为晶心科在RISC-V系列中最新也最小型的产品。

晶心在CPU研发领域耕耘多年，已推出成员众多的V3核心系列，其具备高效短管线以及许多实用的功能，包括硬体堆叠保护的StackSafe、缩小程式码大小的CoDense与用于电源管理的PowerBrake ，而N22就是这些丰富经验的结晶。

另外，在今年4月份的RISC-V台湾地区研讨会上，晶心科技首度公开其32位元A25MP和64位元AX25MP RISC-V多核处理器。A25MP和AX25MP是第一款具备完整DSP指令集的商用RISC-V核心，且可支持多达四个CPU核心。

芯启科技：SAR-T6系列、SAR-D9系列和TNA-300

6月13日，中关村芯园与芯启科技在RISC-V工程经验分享会上，发布了3款国产IP应用服务平台上架产品：SAR-T6系列、SAR-D9系列和TNA-300。

其中，SAR-T6系列对标ARM Cortex-M4，面向AIoT终端、传感器、机电MCU、轻量级智能以及众核智能应用；SAR-D9系列对标ARM Cortex-A9，面向医疗、通讯、工控、机电MCU、视频音频处理、轻量级智能、通用算法加速场景；TNA-300对标英伟达的开源神经网络加速器NVDLA，面向设备端AI方案。

孔明

阿里平头哥：玄铁910


7月25日，阿里云上海峰会上，阿里巴巴旗下半导体公司平头哥正式发布玄铁910，玄铁910采用3发射8执行的复杂乱序执行架构，是业界首个实现每周期2条内存访问的RISC-V处理器；基于RISC-V扩展了50余条指令，系统性增强了RISC-V的计算、存储和多核等方面能力。可以用于设计制造高性能端上芯片，应用于5G、人工智能以及自动驾驶等领域。


这是平头哥半导体成立之后的第一款产品，也是RSIC-V开源世界的最新纪录。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。

当年10月，平头哥开源其RISC-V芯片设计平台。该平台包含处理器、基础接口 IP、操作系统、软件驱动和开发工具等模块，搭载基于 RISC-V 架构的玄铁 902 处理器，提供多种 IP 以及驱动，能让用户快速集成、快速验证，减少基础模块开发成本。而公司后续还将开放更多 IP 和玄铁处理器。

Think Silicon：NEOX | V


12月，专门为全球半导体技术客户开发用于超低功耗和面积受限的数字设备的高性能图形，显示控制器和机器学习IP技术的公司Think Silicon宣布，推出了业界首款基于RISC-V ISA的3D GPU NEOX | V。


NEOX | V 的IP提供了无数种灵活的可能性，可以轻松配置为计算机图形学，机器学习，视觉/视频处理和通用计算等应用。NEOX | V还提供了一个用于集成自定义用户指令的框架，使公司可以定制其解决方案以增强其目标应用程序的性能。


Think Silicon表示，软件支持将是NEOX | V的重点。他们指出，现在客户面临的主要痛点之一是有限的软件资源所带来的约束，加上不断上升的开发成本（根据EETimes，占总运营支出的60％-70％）。针对这些问题，NEOX | V将利用RISC-V生态系统中不断增长的工具集（例如编译器，优化器和调试器）来提供基于开放标准的解决方案。


西数：SweRV Core EH2、SweRV Core EL2


2019年12月，西数发布了两款新的SweRV核心产品SweRV Core EH2、SweRV Core EL2，都属于微控制器专用CPU。早在2018年底西数就发布了基于RISC-V指令集的自主通用架构SweRV、开源的SweRV指令集模拟器(ISS)，并向第三方芯片厂商开放。


新发布的SweRV Core EH2基本架构不变，工艺升级为台积电16nm FinFET造，以获得性能、功耗、面积的最佳平衡，模拟性能提升29％达到6.3 CoreMark/MHz，内核面积缩小39％仅为0.067平方毫米。它依然可用于SSD控制器等领域。


SweRV Core EL2是一个超级精简版，还是32位顺序架构、16nm工艺，但改成单路超标量、4级流水线、单线程，内核面积只有区区0.023平方毫米，性能约3.6 CoreMarks/MHz。它主要用于取代控制器SoC中的时序逻辑、状态机，它们都必须尽可能的小。

RISC-V芯片爆品不断，国内全面开花

RISC-V技术本身的优势明显，获得了国内外一众厂商的青睐，在RISC-V芯片进展上，中国显得尤为突出。为了减少对国外芯片技术的依赖，中国正着力研究如何在RISC-V开源指令集架构基础上大力开发新一代的芯片。

孔明

紫光展锐：春藤5882

今年6月份，紫光展锐宣布推出TWS真无线蓝牙耳机芯片—春藤5882，该芯片支持蓝牙5.0，采用RISC-V处理器，可实现超低功耗、超低时延，为用户提供高品质的双主耳体验。目前搭载春藤5882的TWS蓝牙耳机已正式量产上市。

兆易创新：GD32VF103

2019年8月22日，兆易创新GigaDevice宣布携手芯来科技在行业内率先将开源指令集架构RISC-V引入通用微控制器领域，正式推出全球首个基于RISC-V内核的GD32V系列32位通用MCU产品，发布的新品GD32VF103，首批提供了14个型号，包括QFN36、LQFP48、LQFP64和LQFP100等4种封装。供了108MHz的运算主频，以及16KB到128KB的片上闪存和6KB到32KB的SRAM缓存。

嘉楠：勘智K210商业化

2018年9月，嘉楠Canaan正式发布第一代AI芯片勘智K210，并于今年3月份正式启动芯片的商业化。该芯片的发布也意味着嘉楠Canaan是全球首个掌握RISC-V架构商用边缘AI芯片自主知识产权的公司。

华米科技：黄山一号量产

华米科技在去年9月宣布将基于RISC-V指令集开发专注于可穿戴设备的处理器黄山一号，而在今年6月华米科技创始人黄汪宣布黄山1号处理器已经量产。8月5日，搭载该芯片的Amazfit米动健康手环“黄山1号版”开始正式发售。

格兰仕：BF-细滘

以微波炉起家的格兰仕，过去一直以家电为主业。在今年9月28日格兰仕宣布与SiFive China联合开发了新一代物联网芯片BF-细滘，会用于所有格兰仕的家电产品，以加速实现智能家居。下一步，双方还将开发升级的物联网芯片BF-狮山，以及应用于智能家居的狮山操作系统。这些芯片和操作系统均应用RISC-V架构，拥有自主知识产权。

未来新的物联网芯片会应用到格兰仕所有产品，包括微波炉、冰箱、烤箱及小家电等，覆盖高中低端的每一台合格的产品。

优微科技：UPD350系列

2019年5月28日，优微科技发布其全新架构的USB PD家族产品UPD350系列。新产品融入了USB PD 3.0控制器和一个更加具有开放性，灵活性的RISC-V 内核处理器。该系列产品可以用来支持增强型PD应用。
将RISC-V内核嵌入到PD协议控制器给产品一个崭新的自由度，并且使微科技具备了将来创新应用的增强特性，例如协议升级、电源管理、多协议多端口多应用扩展等等。

Microchip：PolarFire SoC FPGA

12月，Microchip启动了PolarFire片上系统（SoC）现场可编程门阵列（FPGA）早期使用计划（EAP）。新产品依托屡获殊荣的中等密度PolarFire FPGA系列产品打造而成，提供全球首款基于RISC-V的强化型实时微处理器子系统，同时支持Linux操作系统，为嵌入式系统带来一流的低功耗、热效率和防御级安全性。

三星即将商用RISC-V核心

在今年12月的RISC-V年度峰会上，三星披露将在未来的多种芯片上，采纳处理器IP设计公司SiFive的RISC-V内核。首要用途就是5G RF射频前端模组的毫米波射频处理，将在2020年用于三星的5G旗舰手机。此外，在三星的AI图像处理器、安全管理、AI计算与控制方面，也都会出现RISC-V的身影。

时擎科技：智能边缘计算芯片的流片成功

成立于2016年的时擎科技，致力于基于RISC-V指令架构去打造边缘计算的智能解决方案，希望能够有机会以有竞争力的芯片产品去分享接下来AIoT时代的红利。今年4月份时擎科技宣布完成了基于RISC-V架构的智能边缘计算芯片的流片，通过定制化的RISC-V架构处理引擎，打造在成本、能效比、智能化和适用性等方面具有竞争力的边缘计算芯片方案。

核芯互联：璇玑CLE系列

4月2日，青岛市崂山区发布由核芯互联科技(青岛)有限公司自主研发的璇玑CLE系列MCU，璇玑CLE系列是核芯互联基于32位RISC-V内核推出的通用嵌入式MCU处理器，主要适用于白色家电、工业控制、物联网等对稳定性、功耗和计算能力要求较高的应用领域。璇玑CLE系列MCU是中国第一款基于RISC- V自主研发的高性能家电通用芯片。

中科物栖：JX1和JX2

中科物栖是一家从中科院计算所孵化出来的“硬科技”创业公司，期望为万物智联AIoT时代带来前所未有的技术和产品。7月18日物栖的王颖博士展示了超微计算机的两颗基于RISC-V的AIoT芯片：低配版的感知芯片JX1和高配版的AI应用芯片JX2。JX1采用55纳米制程，拥有异构双核RISC-V处理器核心，并融合了可编程的AI专用加速器，可替代现有的ARM Cortex-M系列核心，适用于对计算能力有一定需求的实时嵌入式设备。
王颖博士说：“JX2于今年5月流片成功，据我们所知这是国内首个可运行Linux的异构三核RISC-V芯片，采用40纳米制程，主频可达1GHz，基本接近ARM Cortex-A7的水平，可以说物栖在RISC-V的技术储备方面走在了国内的前列。”

GreenWaves的超低功耗GAP9 IoT应用处理器

GreenWaves Technologies 成立于 2014 年，总部位于法国格勒诺布尔，是一家无晶圆厂半导体初创公司，也是 RISC-V 开源生态中最早的芯片供应商之一。它致力于设计超低功耗的颠覆性嵌入式解决方案，用于传感设备中的图片、声音和振动的 AI 运算，变革智能传感器及 IoT 终端设备市场。

2018年2月，公司对外成功发布了其使用55nm超低功耗工艺制造的第一代产品GAP8。采用八加一个基于RISC-V的高效内核和内嵌扩展指令集的方式设计，再加上硬件卷积加速引擎，可以将将神经卷积计算提速三倍，能源节约五倍。

到了今年12月，他们推出了新一代的GAP9。这个芯片采用了跟上一代一样的设计，但在工艺上，GAP9结合了架构增强功能和行业领先的Global Foundries 22nm FDX半导体工艺，可提供41.6 GB /秒的峰值群集内存带宽和高达50 GOPS的组合计算能力，而总功耗仅为50mW。与上一代产品GAP8相比，GAP9将能耗降低了5倍，而对神经网络的推断则大了10倍。

孔明

MIT和ADI研究人员：RV16X-NANO


今年8月份，MIT和ADI公司的研究人员们创造了第一个完全可编程的16位碳纳米管微处理器。它是迄今基于碳纳米管的CMOS逻辑最复杂的集成，拥有14000多个晶体管，基于RISC-V架构，可执行与商用微处理器相同的任务。这是迄今为止由新兴纳米技术制成的最先进的芯片，有望用于高性能和高能效计算。


除了上述的芯片产品推出以外，北京君正作为中国RISC-V产业联盟副理事单位，公司也展开了基于RISC-V架构的CPU研发。上海乐鑫也在基于RISC-V指令集架构开发物联网芯片。飞利信旗下的MCU芯片核心指令集也是在RISC-V指令集上进行改进而成，且拥有完全自主知识产权。


6月13日，在瑞士RISC-V Summit上，RISC-V的主要开创者，同时也是计算机架构领域的宗师级人物David Patterson教授正式宣布，UC伯克利和清华大学，将携手在深圳落地一个国际开源实验室（RIOS），加速RISC-V在中国的落地。

结语

RISC-V作为一种全新的开放指令集架构，拥有蓬勃的生态吸引力，是未来非常有潜力的主流指令集架构之一。在物联网市场日益庞大的今天，大多数支持者认为RISC-V似乎比Arm架构更方便灵活。


分析机构Semico Research在其名为“ RISC-V市场分析：新兴市场”的报告中指出，预计到2025年，市场将总共消费624亿个RISC-V CPU内核，其中预计工业领域将是最大的细分市场，拥有167亿个内核。Semico预测，在包括计算机，消费者，通讯，运输和工业市场在内的细分市场 ，RISC-V CPU内核的复合年增长率（CAGR）在2018年至2025年之间的平均复合年增长率将高达146.2％。


至于RISC-V所聚焦的市场方面，Semico在对2018年至2025年RISC-V CPU内核的多个市场的CAGR预测中也表示，通信行业将看到最大的CAGR，这是由于5G的部署以及随着5G的采用而推动的众多产品和应用程序发展。而在交通运输领域，由于汽车行业对电气化的日益关注以及对安全性，乘舱内体验，驾驶员辅助和无线通信的关注，基于CPU设计的系统需求也越来越多，这将驱使交通运输的复合年增长率估计位居第二。Semico不仅发现组织正在设计针对各种性能和批量应用程序的RISC-V解决方案，他们同时也发现在SoC设计中，RISC-V核的个数已经覆盖了从一到两个到1000多个核。


但我们也必须承认，在RISC-V对市场上已有的处理器核心构成严重威胁之前，它还有很长的路要走。事实上，我们尚不清楚RISC-V是否会真正取代一些领先的处理器架构。但随着RISC-V架构和软件的成熟，它的角色只会越来越重要。

孔明

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