RISC-V會成為國產(chǎn)“芯”希望嗎？2020年黑天鵝事件接踵而至，但RISC-V創(chuàng)企睿思芯科并沒受太多影響，相反，創(chuàng)始人譚章熹對這一年的進(jìn)展很滿意，芯片也在年底順利量產(chǎn)。 距離RISC-V誕生已過去十年，這個(gè)每每被談及，必與x86、Arm相提并論的新興指令集架構(gòu)，正在物聯(lián)網(wǎng)、云端等更多場景中發(fā)揮潛能，并吸引了高通、英偉達(dá)、阿里巴巴、華為、三星、臺積電等知名科技巨頭及一眾創(chuàng)企的積極布局。 其中，睿思芯科是極具代表性的玩家之一，創(chuàng)始人譚章熹博士，是加州大學(xué)伯克利分校RISC-V原創(chuàng)項(xiàng)目組中的主力成員之一。他的博士生導(dǎo)師David A.Patterson教授是2017年圖靈獎(jiǎng)得主，也是精簡指令集（RISC）的先驅(qū)。

“RISC-V是我看著長起來的?！弊T章熹回憶說，當(dāng)初因?yàn)檠芯坑龅狡款i，而x86、Arm有存在商業(yè)授權(quán)的問題，他所在的項(xiàng)目組決定創(chuàng)造一個(gè)全新的指令集架構(gòu)，RISC-V由此誕生。 如今十年過去了，RISC-V從一個(gè)小眾的實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目逐漸走到了產(chǎn)業(yè)中，通過各類電子產(chǎn)品開始進(jìn)入千家萬戶。譚章熹也身兼數(shù)職，既作為創(chuàng)業(yè)者，也作為RISC-V國際協(xié)會的董事、RIOS Lab聯(lián)合主任、清華-伯克利深圳研究院兼職教授，推動RISC-V的生態(tài)建設(shè)和人才培養(yǎng)。

近日，芯東西與譚章熹進(jìn)行了深入交流。除了講述RISC-V從誕生至今的幕后故事外，譚章熹還分享了關(guān)于芯片研發(fā)落地的思考與經(jīng)驗(yàn)，以及它有望帶給半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的獨(dú)特價(jià)值。01.從3個(gè)月暑期項(xiàng)目中誕生的全新指令集架構(gòu)

譚章熹本科就讀于清華大學(xué)電子工程系，碩士就讀于清華計(jì)算機(jī)系，隨后赴加州大學(xué)伯克利分校攻讀EECS博士，師從David A.Patterson教授。 讀博期間，起初譚章熹和師弟做的是SPARC，但隨著項(xiàng)目推進(jìn)，他們發(fā)現(xiàn)SPARC的一些既定特征（例如register windows）束縛了他們的研究。 擺在眼前的路有兩條，一是采用既有指令集，二是做一套新指令集。 指令集架構(gòu)（ISA）猶如軟件與硬件之間溝通的橋梁。

如果將指令比作詞匯，那么指令集架構(gòu)就相當(dāng)于漢語詞典，一個(gè)程序相當(dāng)于一本用漢語詞典中的詞匯寫成的書，而指令集架構(gòu)的所有者可以決定誰能用它的指令來構(gòu)造硬件。 當(dāng)時(shí)包括x86和Arm在內(nèi)，所有指令集都無法滿足他們的研發(fā)需求。x86已有上萬條指令，Arm在2010年還沒開發(fā)出64位，授權(quán)費(fèi)用高昂、拿到授權(quán)時(shí)間長……種種束縛下，他們選擇第二條路。 2010年5月，一個(gè)暑期項(xiàng)目正式啟動，經(jīng)過3個(gè)月的研發(fā)，全新指令集架構(gòu)RISC-V新鮮出爐。

譚章熹的導(dǎo)師David A.Patterson是知名計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)宗師。早在四十年前，Patterson教授即開始帶著研究生做第一代精簡指令集（RISC）。第一、二、三、四代RISC都是在上世紀(jì)80年代實(shí)現(xiàn)，RISC-V直接沿用前四代的命名方法。

在研發(fā)RISC-V時(shí)，項(xiàng)目組更加注重“精簡”這一特性。比如x86有上萬條指令，Arm有1000多條指令，而RISC-V的指令數(shù)只有40多條。 另外，RISC-V允許模塊化擴(kuò)展，將不同功能子集分的很細(xì)，不同模塊之間可以自由排列組合，并支持可擴(kuò)展定制指令。有能力的公司即可在指令集層面定制一個(gè)面向特定場景最優(yōu)化的命令，來滿足差異化運(yùn)算需求，并有效降低硬件成本。項(xiàng)目組將RISC-V放到網(wǎng)上后，慢慢有工程師認(rèn)為UC伯克利發(fā)明的這個(gè)新指令集很好用。

一開始，有人提問：“這個(gè)東西為什么不支持……？”項(xiàng)目組成員們還覺得好奇：“這是我們自己用來科研的，你憑什么給我提這些需求？” 漸漸地，他們意識到RISC-V的影響力，決定把它變成開源項(xiàng)目，并于2015年成立RISC-V基金會，進(jìn)一步推廣RISC-V生態(tài)的發(fā)展。02.RISC-V不是Arm的廉價(jià)替代，每一行代碼都要由中國工程師敲出來

RISC-V被業(yè)界寄予如此大的期望，與“開源”這個(gè)詞密不可分。一方面，它能降低架構(gòu)授權(quán)門檻、節(jié)省芯片研發(fā)成本。企業(yè)或個(gè)人無需支付高額的架構(gòu)授權(quán)費(fèi)用，即可使用或修改RISC-V代碼，實(shí)現(xiàn)芯片的定制優(yōu)化。另一方面，它不受地緣政治的影響，滿足許多地區(qū)對芯片自主可控的需求。相比之下，無論是封閉生態(tài)的x86，還是授權(quán)模式的Arm，都存在被限制使用的風(fēng)險(xiǎn)。 譚章熹也觀察到這一趨勢，他判斷，RISC-V有望催化更多中國CPU行業(yè)的創(chuàng)新機(jī)遇，以RISC-V為代表的開源硬件，或?qū)⒂绊懹布a(chǎn)業(yè)變革。

在他看來，RISC-V絕非Arm架構(gòu)的廉價(jià)替代，反而能做到Arm做不到的事情。隨著定制化需求的增加，RISC-V有望產(chǎn)生與Arm時(shí)代不同的高端IP定制需求市場。 結(jié)合技術(shù)與行業(yè)追求，譚章熹于2018年8月在深圳創(chuàng)立睿思芯科，目標(biāo)是完全立足于國內(nèi)自研，打造高端RISC-V芯片。睿思芯科已自主設(shè)計(jì)了超低功耗AI處理器IP核、超低功耗32位MCU、高能效64位多核異構(gòu)AI處理器等先進(jìn)RISC-V芯片方案，并配以完善的端到端開發(fā)工具平臺，方便用戶快速部署應(yīng)用。

睿思芯科擅長軟硬件一體化設(shè)計(jì)，在指令集架構(gòu)和低功耗微架構(gòu)設(shè)計(jì)方面均有先進(jìn)的技術(shù)積累。譚章熹的求學(xué)經(jīng)歷，也使其深得最正統(tǒng)RISC-V技術(shù)的精髓。 公司成立第一天，他立下目標(biāo)，希望每一行代碼都是在中國、由中國工程師敲出來的，而不是像外企那樣，主要人力或主要研發(fā)地點(diǎn)仍在國外。 2020年驗(yàn)證了譚章熹的前瞻意識。因?yàn)樾鹿谝咔?、貿(mào)易摩擦等多重外部因素影響，中國、日本、歐洲等地區(qū)對半導(dǎo)體國產(chǎn)化的熱情空前高漲，而RISC-V恰恰是一個(gè)可行之道。

如今許多企業(yè)對在海外研發(fā)的技術(shù)很敏感，而技術(shù)本土化不僅能消除客戶對技術(shù)管制的顧慮，也有助于縮短定制化周期，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品快速迭代。 而睿思芯科的主要研發(fā)、制造、銷售都圍繞中國市場開展。由于中國控疫高效，睿思芯科的發(fā)展基本沒受疫情影響，在過去一年取得諸多進(jìn)展，不僅團(tuán)隊(duì)規(guī)模增至數(shù)十人，而且實(shí)現(xiàn)芯片量產(chǎn)。

譚章熹對實(shí)際產(chǎn)品、客戶、有價(jià)值的場景都有非常好的預(yù)期。他發(fā)現(xiàn)，客戶不在乎用什么指令集架構(gòu)，只在乎結(jié)果，比如能否帶來成倍性能提升、這種提升是否持久、遷移是否順滑等。 在他看來，RISC-V的生態(tài)固然值得關(guān)注，更重要的是在此基礎(chǔ)上做出具有落地能力的完整芯片解決方案。因?yàn)閼?yīng)用場景有足夠的價(jià)值和深度，作為一家創(chuàng)業(yè)公司，睿思芯科當(dāng)前優(yōu)先選擇的合作伙伴是各特定領(lǐng)域的頭部玩家，為其提供IP授權(quán)和SoC定制化開發(fā)合作，爭取做到領(lǐng)域最好?！皬?00個(gè)小客戶得到的，不如深耕一個(gè)行業(yè)領(lǐng)頭羊得到的多?！弊T章熹說。

睿思芯科在指令集架構(gòu)和微架構(gòu)上結(jié)合應(yīng)用場景及算法進(jìn)行設(shè)計(jì)，從自主設(shè)計(jì)CPU內(nèi)核，到SiP芯片封裝，針對AIoT需求完成了功耗、速度、通用性、安全、定制化等多方優(yōu)化。 譚章熹透露道，睿思芯科已有確實(shí)的落地場景和重量級客戶，并已進(jìn)入大客戶主流產(chǎn)品的流水線，后續(xù)會逐漸公布更多進(jìn)展。迄今睿思芯科已完成A輪融資，投資方有北極光創(chuàng)投、翼樸資本、創(chuàng)新工場、百度風(fēng)投等。03.生態(tài)與人才缺口待填補(bǔ)

這兩年，因?yàn)榕c本土化自主可控的需求相契合，RISC-V在全球范圍內(nèi)越來越火。 例如在2020年7月，5位國科大本科生帶“芯”畢業(yè)的新聞走紅網(wǎng)絡(luò)。基于RISC-V架構(gòu)，他們經(jīng)歷4個(gè)月的高強(qiáng)度開發(fā)，成功設(shè)計(jì)一款能跑Linux操作系統(tǒng)的SoC芯片。 除了被用于教學(xué)，RISC-V也被更多企業(yè)青睞。據(jù)RISC-V International（RISC-V國際協(xié)會）CEO Calista Redmond公布信息，其成員數(shù)已達(dá)1000個(gè)，包括222個(gè)組織，其中不乏國內(nèi)外知名科技巨頭，覆蓋到云端、移動、高性能計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等多類產(chǎn)業(yè)。

從2018年起，國內(nèi)有大量RISC-V企業(yè)相繼出現(xiàn)，有的用不同架構(gòu)做混合開發(fā)，有的專注于專用芯片，也有的致力于RISC-V處理器IP設(shè)計(jì)。阿里巴巴平頭哥的玄鐵910、紫光展銳的春藤芯片、華米的“黃山1號”AI芯片均采用RISC-V架構(gòu)。 國際市場分析機(jī)構(gòu)Semico Research預(yù)測，2025年全球市場的RISC-V CPU核心數(shù)將達(dá)到624億顆，而中國將擁有全球最大的市場空間；另一家市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Tractica預(yù)測，RISC-V的IP和軟件工具市場將在2025年達(dá)到10.7億美元。

盡管RISC-V生態(tài)正迅速擴(kuò)張，但截至目前，它與Arm的生態(tài)差距依然明顯。 考慮其他地區(qū)的芯片設(shè)計(jì)者，可能會對RISC-V基金會地處美國有所顧慮。2020年3月，RISC-V基金會將法律實(shí)體從美國遷至瑞士，更名為RISC-V International，極盡所能地保護(hù)RISC-V在全球開源許可下得以不受外界環(huán)境的影響。

“在五到十年內(nèi)，RISC-V可能是世界上最重要的指令集?！背錾?947年的Patterson教授已年逾古稀，他仍然活躍于推動RISC-V的生態(tài)建設(shè)。 在譚章熹眼中，Patterson教授像家里的親人一樣，很愿意在學(xué)生身上花時(shí)間。從進(jìn)入U(xiǎn)C伯克利至今，他們都保持親密的溝通與合作，如今打電話的頻次甚至比在校期間還要勤。 對于Patterson教授來說，RISC-V就像是一個(gè)嬰兒。

他喜歡用“飛虎隊(duì)”作比喻，希望RISC-V能像當(dāng)年美籍援華雇傭軍“飛虎隊(duì)”支援中國空軍那樣，幫助中國CPU產(chǎn)業(yè)飛高飛遠(yuǎn)。 2019年11月，他牽頭在深圳創(chuàng)立RIOS Lab（RISC-V國際開源實(shí)驗(yàn)室）并任實(shí)驗(yàn)室主任，譚章熹任聯(lián)合主任，依托清華-伯克利深圳研究院開展工作，包括睿思芯科在內(nèi)的許多公司都是RIOS Lab的成員。RIOS Lab未來五年的任務(wù)既有發(fā)展RISC-V的軟硬件生態(tài)，也包括培養(yǎng)更多的半導(dǎo)體高級人才，而人才正是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的另一大痛點(diǎn)。

從歷史發(fā)展來看，芯片開發(fā)設(shè)計(jì)受到底層技術(shù)的限制，因微架構(gòu)研發(fā)的技術(shù)含量極高，行業(yè)中擁有芯片研發(fā)能力的研究團(tuán)隊(duì)和企業(yè)并不多。 譚章熹談到，目前中國沒有嚴(yán)格意義上的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)專業(yè)，教材、培訓(xùn)均未成體系，在做處理器設(shè)計(jì)、軟硬件一體、端到端設(shè)計(jì)微架構(gòu)方面，尚未儲備足夠的人才。

國內(nèi)產(chǎn)業(yè)需求和人才供給存在絕對的不平衡，而解決這個(gè)事情，是一件長遠(yuǎn)的目標(biāo)，包括如何構(gòu)建整個(gè)生態(tài)，不僅產(chǎn)品要發(fā)展，人才也要發(fā)展。 他希望RISC-V開源生態(tài)能在短期3-5年內(nèi)完成特定領(lǐng)域的布局，長期則希望在5-10年內(nèi)建立起與英特爾的生態(tài)系統(tǒng)。04.結(jié)語：定制芯片或?qū)⒉辉偈巧贁?shù)人的游戲

過去數(shù)十年，x86始終在臺式機(jī)及服務(wù)器市場獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷，Arm則在移動終端處理器市場無出其右，剛走過十周年的RISC-V也正奔赴在產(chǎn)品落地、生態(tài)擴(kuò)張的道路上。 但RISC-V的商業(yè)化前路依然布滿荊棘，物聯(lián)網(wǎng)賽道橫亙著生態(tài)更健壯的Arm，如何構(gòu)建一個(gè)可持續(xù)的生態(tài)是擺在RISC-V面前的一道核心考題。

由于RISC-V早期產(chǎn)生和發(fā)展都在國外，因此國際協(xié)作至為關(guān)鍵，要讓RISC-V持續(xù)良性健康地向前發(fā)展，顯然還需更多生態(tài)伙伴的參與和配合。 計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的變局還在持續(xù)上演，RISC-V究竟能發(fā)揮出怎樣的產(chǎn)業(yè)價(jià)值，還有待時(shí)間評估。 而隨著RISC-V逐漸降低定制化芯片設(shè)計(jì)的門檻，未來造芯也許將不再是少數(shù)人的游戲。

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原文標(biāo)題：師從圖靈獎(jiǎng)得主，自研高端RISC-V芯片，對話睿思芯科創(chuàng)始人

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