RISC-V指令集架构介绍和主要处理器IP厂商汇总

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）RISC-V起源于2010年，当时加州大学伯克利分校的一个研究团队为了不使用复杂的ARM、MIPS、SPARC和X86等现有架构，设计了一套全新的指令集。虽然四人小队只用了三个月就完成了RISC-V指令集的开发，但今天这个指令集已经释放出巨大的能量，即将和x86和ARM架构并立，形成处理器主流架构的“三足鼎立”之势。
 
当前，RISC-V International会员阵容中星光闪耀，阿里、谷歌、华为、英伟达、高通等国际顶级大厂都在其中，就连英特尔也已经于2022年2月8日正式加入。并且，RISC-V International的首席执行官Calista Redmond在今年的Embedded World表示，“估计市场上已经有100亿个RISC-V核。”
 
因此，RISC-V今天的爆发之势除了架构本身的优势之外，处理器IP厂商也是起到了至关重要的作用，我们来系统地看一下。

RISC-V架构简介

RISC-V第一版指令集发布于2011 年 5 月，设计非常简单，只包含了不到 50 条指令，但已经可以用于实现一个具备定点运算和特权模式等基本功能的处理器。
 
开源是RISC-V最大的特点，而RISC-V最重要的特点则是模块化。传统指令集是在历史设计的基础上进行再创新，随着时间的推移，创新的阻力会越来越大，而RISC-V选择了扩展的方式，将指令集分为了为几个标准的子集。RISC-V指令集的扩展包括I 扩展、M 扩展、F 扩展/D 扩展、A 扩展、G 扩展、C 扩展和V 扩展。其中，I 扩展便是整数扩展（RV32I），为基础的32位整数指令集，RV32I是固定的，永远不会改变，所有实现都必须支持，就连RV64I这个基础的64位整数指令集也是包含RV32I的指令的，RV64I是RV32I的超集。
 

RISC-V处理器IP供应商汇总

就像ARM公司使用ARM架构设计了Arm Cortex-A、Arm Cortex-M、Arm Mali等不同核心一样，如果要把RISC-V打造成为最终的处理器，或者应用到其他类型的产品中作为软核或者硬核，也需要将RISC-V架构打磨成为核心。目前，在这个环节上，已经有几家公司颇具规模，其中SiFive已经成为行业“独角兽”。
 
SiFive是最早的RISC-V公司，创立于2015年，该公司的创始人便是RISC-V指令集的开发者。2022年3月16日，SiFive宣布获得Coatue Management领投的1.75亿美元F轮融资，公司估值超过25亿美元，成为RISC-V芯片阵营首个“独角兽”。
 
目前，SiFive核心产品SiFive Core IP产品组合包括三个基于RISC-V ISA 的不同处理器系列，分别是SiFive Essential、SiFive Performance和SiFive Intelligence。其中，SiFive Essential系列主要实现对Arm Cortex-M内核的替代，可以自由地从标准的预定义内核开始，或者使用 SiFive Core Designer 来构建独具个性的处理器配置；SiFive Performance系列则是主打高性能，最新的SiFive Performance P650在单位面积性能方面优于Arm Cortex-A77；SiFive Intelligence系列则利用软件优先的处理器设计方法来满足未来将机器学习技术部署到具有高性能矢量计算能力的边缘的需求。
 
作为目前头部的RISC-V核心供应商，SiFive拥有最全的RISC-V核心供应，并获得了国际领先芯片大厂的认可，虽然英特尔收购SiFive最终没有成行，但足见该公司对SiFive的重视。半导体产业的特点便是寡头拿到行业主要的份额蛋糕， RISC-V的开源属性可能造就几家行业龙头，现在看来定有SiFive的一个位置。
 
赛昉科技于2018 年成立，前身是SiFive的中国公司，该公司拥有四大核心系列：E系列、S系列、U系列和昉•天枢系列。其中，昉•天枢是一款超高性能的 RISC-V CPU IP，采用 12 级流水线，具备乱序执行设计，支持最丰富的标准 RISC-V RV64GCBVHN 指令集，支持最新的 B (位操作)，V (Vector) 以及 H (Hypervisor)扩展，支持缓存一致性的1-4个多核配置，支持虚拟化，适用于广泛的高性能计算应用场景，包括边缘/云数据中心、通信/网络、人工智能/机器学习。
 
赛昉科技在国内的直接竞争对手便是芯来科技和晶心科技。
 
芯来科技成立于2018年，是国内首批基于RISC-V开放指令集架构打造应用生态，并率先实现产业化落地的企业。该公司已经初步搭建了完备的RISC-V CPU IP产品线，拥有N系列、NX系列和UX系列三大产品系列，覆盖从MCU、边缘计算到数据中心的广泛场景。
 
晶心科技成立于2005年，全力投入创新架构高效能/低功耗的32/64位嵌入式处理器及相对应系统芯片发展平台的设计与发展。晶心科技同样拥有较为完整的RISC-V CPU IP产品组合。
 
三家公司的主要特点都是扎根中国、放眼世界，并且除了提供全面的核心组合，工具链也都是三家公司的亮点。当然，这里面晶心科技是老牌的处理器内核企业，拥有一定的客户积累和市场经验，处理器搭建是复杂的工程，晶心科技可能会给客户提供额外的帮助。
 
除了这几家已经初具规模的企业，目前硅谷和国内也出现了一批新的初创企业投身到RISC-V内核的供应上，而这些公司的一个显著特点是大部分都关注RISC-V在高性能运算方面的应用，比如国内的睿思芯科。而国内外也有一些学术机构在研发自己的RISC-V内核，这可能就是RISC-V开源的魅力所在。
 
当然，在RISC-V核心方面，还有一个类型的厂商，那就是本身有芯片产品，而反过来研发RISC-V内核，或者研发RISC-V内核用于其核心产品中，这样的公司包括国内的平头哥、中科昊芯，以及国外的西部数据、Microchip等。这些公司因为拥有芯片产品，更能了解市场需要什么，进而发挥RISC-V的开源优势，开发针对性的核心产品，他们选择RISC-V很重要的原因是RISC-V架构具有更高的灵活度。

后记

能够看出，目前比较纯粹的RISC-V核心供应商，除了不断推出更丰富的内核系列以外，优化工具链也是发展重心，这些企业都是布局大的产业生态，全面推动RISC-V向前发展。对于这些公司而言，可能正如晶心科技CEO总经理林志明所言，随着开发案例的大幅提升，各公司的核心出货量会在未来两年显著增长，为各公司营收带来巨大的增量空间。
 
而RISC-V开源和模块化的特性也催生出平头哥这样的综合类型芯片公司，再加上中科院计算技术研究所等学术单位也在拥有自己的RISC-V核心，RISC-V彻底打破了x86和ARM架构封闭的生态模式，主流处理器架构必将上演“芯片三国”。