貝爾定律丨繼微軟—英特爾、ARM—安卓之後，誰是下一個計算平台？

貝爾定律認為，每隔10~15年運算平台會發生一次重大演進，運算芯片的係統架構會隨著應用市場及商業模式的變化而發生一次重大變革。就像PC時代是英特爾和微軟聯合構建了Intel+Microsoft生態，而在智能手機時代是ARM+iOS/Android生態一樣，在物聯網時代也將有新的組合出來。從高通、英特爾、西部數據等半導體公司高度關注，到相關產品相繼落地，RISC-V正在成為全球半導體界不容忽視的“小鮮肉”，而且大有未來“挑大梁”的趨勢。

物聯網時代“挑大梁”者?

RISC-V是一種開源的指令集架構。中國軟件行業協會嵌入式係統分會副理事長何小慶介紹，RISC-V不是一款CPU產品。一個CPU支持的指令和指令的字節級編碼，就是CPU的指令集(ISA)。ISA在CPU軟件和CPU硬件設計者之間，提供了一個抽象層(接口)。不同的CPU家族，例如Intel X86、IBM/Freescale PowerPC和ARM，都有不同的ISA。RISC-V是其中唯一的開源ISA，它起源於加州伯克利大學，采用開源BSD license，任何企業、大學和個人都可以遵循RISC-V架構設計CPU，現在全球已有幾十個開源版本RISC-V CPU核。

一個指令集架構有多重要?當指令集與構建計算生態密切相關，其地位就顯得至關重要了。芯謀首席分析師顧文軍在接受記者采訪時表示，其實設計一個指令集架構不難，真正難在生態建設。而生態建設中最昂貴的成本是教育成本(即人們普遍的熟悉程度)，以及接受成本(即人們願意投入的時間)，而這兩個成本昂貴到無法用金錢造就和購買。這也就是多年來無論是國內還是國外，都存在過一些私有指令集架構，但始終停留在小眾市場而無法被廣泛接受成為主流指令集架構的原因。RISC-V是一套徹底開放的指令集架構，由於其開放性和先進性，生態發展速度驚人，社區生機勃勃，解決了生態建設中的核心問題。因此，使用RISC-V架構，能夠實現繁榮的產業生態。

英特爾公司前全球副總裁、RISC-V基金會中國顧問委員會主席方之熙在接受《中國電子報》記者采訪時曾表示：“做芯片不僅僅要解決技術問題，更要解決商業上的問題。”事實上，英特爾在PC芯片和服務器芯片市場上獲得的成功，不僅僅體現在技術上，更體現在生態和商業上。

CPU之爭其實是生態之爭。方之熙進一步表示，大家都知道摩爾定律，但知道貝爾定律的人相對較少。貝爾定律指出：係統架構(CPU+OS)決定運算平台，運算平台決定應用軟件生態，伴隨半導體技術的發展和應用市場增長的需求，每隔10-15年運算平台會發生一次重大演進，運算芯片的係統架構會隨著應用市場及商業模式的變化而發生一次重大變革，伴隨其新的編程平台、網絡接口、用戶界麵，會帶來新的用戶體驗和新的商業機會。就像PC時代是英特爾和微軟聯合構建了(Intel+Microsoft)生態，而在智能手機時代是ARM+iOS/Android生態一樣，在物聯網時代也將有新的組合應運而生。

如果按照方之熙所言的貝爾定律，每一個計算架構最多隻能“各領風騷”10-15年，那麼移動時代從2010年前後算起，似乎巔峰期已過，手機市場增速放緩已經釋放出信號，那麼未來誰會是物聯網時代的“挑大梁者”呢？

RISC-V或許是下一個計算生態的“Mr Right”，RISC-V顯示出諸多優異性。何小慶表示，RISC-V有三大好處，其一也是最大的優勢就是開源和免費。免費意味著RISC-V可以幫助開發者低成本完成CPU設計，如果最終量產，就免去麵對版稅的糾紛。其二是簡單。基礎指令集隻有40多條，短小精悍的架構和模塊化指令集讓使用RISC-V技術的芯片設計者，可以開發出很簡單的RISC-V CPU。該CPU功耗可以很小，代碼密度也比較低。其三是靈活。RISC-V架構通過預留大量的編碼空間和4條用戶指令，可以幫助用戶擴展指令集。這個特性在AIoT和信息安全市場備受關注。

RISC-V發展越來越好，不僅僅是因為業界的大公司大都加入了其基金會， 還有越來越多的國家包括美國DARPA、以色列國家創新局(Israel Innovation Authority)都選擇基於RISC-V研製作為全國企業服務的處理平台，這幾年印度政府資助的處理器項目不斷向RISC-V靠攏，越來越多的國家看到了RISC-V的機會。

就像何小慶在《中國電子報》撰文所言，人們對它已經從“談芯”走向了“用芯”。今年的德國紐倫堡嵌入式世界展上，許多著名的嵌入式軟件和工具公司都開始支持RISC-V，比如德國SEGGER、勞特巴赫、瑞典IAR、Amazon FreeRTOS、嵌入式芯片公司NXP和Microchip，都展示了他們的RISC-V MCU產品。

方之熙表示，RISC-V指令集如果不犯很大錯誤的話，這個架構應該就是硬件和CPU的未來，RISC-V生態係統將為未來50年的計算設計和創新發展鋪平道路。目前看，RISC-V將在以下這些市場率先獲得應，一是物聯網。二是RISC-V控製器，包括西部數據、英偉達已經在他們的產品中內嵌一個RISC-V CPU來降低成本和功耗，提高安全性和靈活性。三是數據中心，主要用於加速、深度學習，更強調對應用場景的定製化設計。四是增量市場，以智能音箱、智能家居產品最具代表性，這一類應用更強調“邊緣計算”能力，對靈活性要求高，遇到市場和技術變化要求能夠及時做出調整。RISC-V指令集目前對於手機、PC和刀片式服務器市場來說，還是遠遠不夠成熟的，它更適合碎片化市場。

有人說，高通投資SiFive是為了獲得“備胎”，“雞蛋多放幾個籃子裏”，不管怎麼樣，至少這個籃子的分量在全球半導體產業格局中正變得越來越重。

如何抓住RISC-V機會?

RISC-V正在全球不斷撒“糖”，如果RISC-V是未來計算50年的“挑大梁者”，那麼我們應該做些什麼?

我們應該在發展芯片產業的思路上進行調整。不僅要做“人有我有”的東西，更要抓住新的技術變局期，做下一代的新技術。方之熙表示，集成電路產業涉及的領域極廣，芯片的生產鏈很長，每個專業、每個產品、每個技術都有其獨特的規律，從上升期、成熟期到下坡期……不要投資處於下坡期的技術，需要把控芯片行業的發展規律，根據國情國力，找到突破口。

顧文軍表示，RISC-V的生態正在蓬勃發展，中國企業應該充分看到這一點並更好地利用RISC-V。“RISC-V正好具備開放性，是封閉、獨家指令集的最好替代品，使用RISC-V指令集既能與國際接軌，在技術和商業上又最有可能成功，產業意義巨大。”方之熙表示。

在顧文軍看來，要想充分利用好RISC-V，中國企業應該參與生態建設。對於處理器領域以及相關生態，過去我們都是跟隨者，但對於RISC-V而言，我們起步不晚，與國外差距也不大，因此還有機會。

對於開源技術的貢獻和標準製定，方之熙表示，目前中國有不少公司關注到RISC-V。不過目前中國大部分公司僅僅使用開源的RISC-V代碼，而在RISC-V開源社區的貢獻依然非常少，也沒有太多的話語權。方之熙建議，中國企業應該從更高的層次上看到RISC-V的戰略意義，及早對運算平台進行布局。

現在越來越多的初創企業采用RISC-V，而且RISC-V非常適合小公司。除了免費，修改外圍也可以不上傳。但這樣既有好處也存在問題，因為大家都可以修改而不上傳，就容易麵臨碎片化的問題，就很難形成廣泛接受的通用運算平台。

方之熙表示，如果未來有一個大公司來接手RISC-V，它的發展命運就有點像當年的安卓，由於有穀歌的接手和控製，安卓能維持持續化發展和規範化標準。RISC-V的勢頭正冉冉升起，如果中國企業通過大力支持RISC-V，共同搭建一個基於“開源架構”RISC-V的芯片公共服務平台，在物聯網時代就可能獲得逆襲。

目前，麵對RISC-V，包括美國、以色列、印度等國家，已經從更高層給予了或是政策或是專項資金引導的支持。顧文軍表示，中國企業發展RISC-V，要重視生態體係的構建，既要做到有相應的IP和設計工具供應，又要做到有下遊客戶配合采用，還要做到學校、科研院所有相關人才的輸出。

方之熙表示，RISC-V是一個開源架構，RISC-V基金會是一個非盈利組織，目前在上麵運行的隻是GCC、Linux等基本軟件，缺少係統級軟件的支持，這個問題需要解決，RISC-V基金會董事會成員和會員公司也都意識到了這一點。雖然最近重點增加了對嵌入式和計算發行版的Linux操作係統支持，但要支持更多的係統軟件，離不開資金的支持。

中國應該積極擁抱應用定義的新時代。一方麵摩爾定律的終結表示一個新的體係結構的時代即將來臨，也催生了麵向領域架構(DSA，Domain Specific Architecture)，即通過設計針對特定領域的架構來更高效的解決問題。另一方麵在物聯網時代，要滿足場景的多樣性，滿足客戶的體驗和需求，需要軟硬結合更加緊密，進而帶來對架構需求的多樣性。

此外，越來越多擁有用戶和場景的互聯網公司、應用公司、係統公司正在通過頂層分析定義自己的芯片。而RISC-V在設計初衷就是為了滿足未來需求，吸收了過去架構的優點摒棄了過去架構的弊端，最終設計了一套便於裁剪和擴展的指令集架構。用戶可以根據自己實際需求通過配置和擴展來定製滿足自己的處理器內核，比如智能傳感器上，隻需要配置RV32EC的指令集架構，而針對高性能的需求場景則可以配置成為RV32IMFDC等。

通過類似芯來科技內核的NICE方案，方便地擴展自定義指令，在處理器內核上增加加速單元，以及通過程序實現和調用這些指令，可以達到滿足產品差異化的需求，並迎合麵向領域架構應用定義芯片的趨勢。