RISC-V汽車(chē)電子新機(jī)遇

最近汽車(chē)行業(yè)內(nèi)電子巨頭們?博世、英飛凌、Nordic Semiconductor、NXP?和 高通. 攜手共同投資一家公司，提供支持基于 RISC-V 的兼容產(chǎn)品、參考架構(gòu)并幫助建立行業(yè)廣泛使用的解決方案。新公司首先的應(yīng)用重點(diǎn)將是汽車(chē)，但最終將擴(kuò)展到移動(dòng)和物聯(lián)網(wǎng)。?

另一方面，芯片研究機(jī)構(gòu)Semico Research Corp 的數(shù)據(jù)顯示，到 2025 年，RISC-V 內(nèi)核的出貨量將達(dá)到 800 億個(gè)，到 2025 年將占據(jù) CPU 內(nèi)核的 14%。Semico 預(yù)測(cè)，從 2020 年到 2027 年，采用 RISC-V 內(nèi)核的 SoC 出貨量總體年增長(zhǎng)率為 74% ，汽車(chē)領(lǐng)域每年增長(zhǎng)70%。Counterpoint Research 表示，到 2025 年，RISC-V 將滲透到汽車(chē)市場(chǎng)的 10%。

通過(guò)這些新聞和數(shù)據(jù)，可以看到新的技術(shù)RISC-V將會(huì)深刻影響汽車(chē)電子產(chǎn)業(yè)。RISC-V 研究和開(kāi)發(fā)始于 2015 年，主要在學(xué)術(shù)和初創(chuàng)企業(yè)層面，但現(xiàn)在正在迅速成熟。RISC-V 被認(rèn)為是一種開(kāi)放技術(shù)，就像 Linux 一樣?；A(chǔ)架構(gòu)可以免費(fèi)獲得許可，然后可以由任何公司進(jìn)行修改以滿(mǎn)足他們的需求。他可以替代目前被使用廣泛使用的 x86 架構(gòu)（只能以制造形式購(gòu)買(mǎi)），和ARM 架構(gòu)（主要是許可設(shè)計(jì)）。因此，RISC-V有潛力滲透到ARM主導(dǎo)的汽車(chē)行業(yè)，加速汽車(chē)電子發(fā)展。

所以本文將圍繞RISC-V進(jìn)行以下方面進(jìn)行分享：

什么是RISC-V？

RISC-V有什么優(yōu)點(diǎn)？

為什么RISC-V崛起？

RISC-V能在汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)生什么應(yīng)用？

RISC-V在國(guó)內(nèi)的發(fā)展？

希望能給大家?guī)?lái)一些關(guān)于RISC-V的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)知識(shí)。

什么是RISC-V

RISC-V是一種處理器架構(gòu)，發(fā)音為“Risk- Five”，或者可以理解芯片IP或者內(nèi)核架構(gòu)，熟悉芯片的朋友都聽(tīng)過(guò)x86 和 ARM的架構(gòu)，例如《詳解特斯拉最新域控電腦硬件》特斯拉娛樂(lè)系統(tǒng)主芯片采用的AMD Ryzen就是使用x86 架構(gòu)，然后目前國(guó)內(nèi)汽車(chē)座艙使用的8155其CPU都采用ARM架構(gòu)，另外智駕里面的CPU的IP基本來(lái)自Arm。而RISC-V也和他們一樣是一種芯片處理器架構(gòu)。

其中指令集架構(gòu)（Instruction?Set?Architecture,縮寫(xiě)ISA）是芯片處理器架構(gòu)的抽象模型，它定義了寄存器模型和機(jī)器代碼指令等內(nèi)容。通俗一點(diǎn)講，這些指令集可讓軟件與 CPU 對(duì)話(huà)并告訴它要做什么。

RISC-V前面的RISC(Reduced Instruction Set Computer)是一個(gè)廣泛的術(shù)語(yǔ)，用于談?wù)摼?jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)，該術(shù)語(yǔ)涵蓋了各種具有更簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)和功能的 CPU 架構(gòu),當(dāng)前火熱的高通芯片的CPU中采用的ARM，Mobileye的Q系列芯片，Infineon 用的非常多的Tricore系列MCU都是采用RISC設(shè)計(jì)。

RISC-V中V故名思意是羅馬字5的意思，?他是加州大學(xué)伯克利分校的Krste Asanovi?在加州大學(xué)進(jìn)行的一系列基于 RISC 的合作研究項(xiàng)目的同名第五代項(xiàng)目，所以叫RISC-V，當(dāng)時(shí)的主要目的就是開(kāi)發(fā)并發(fā)布一個(gè)開(kāi)源芯片系統(tǒng)，幫助學(xué)術(shù)和工業(yè)。

RISC-V的重要發(fā)展里程有如下三個(gè)里程碑：

2010 年，在加州大學(xué)伯克利分校構(gòu)思啟動(dòng)，是一個(gè)用于開(kāi)發(fā)芯片處理器的免費(fèi)、非專(zhuān)有平臺(tái)。RISC的發(fā)源也是在伯克利，但RISC不是開(kāi)源的。

2015年，RISC-V基金會(huì)成立，旨在建立一個(gè)基于RISC-V ISA的開(kāi)放、協(xié)作的軟硬件創(chuàng)新者社區(qū)。該基金會(huì)是一家由其成員控制的非營(yíng)利公司，負(fù)責(zé)指導(dǎo)開(kāi)發(fā)以推動(dòng) RISC-V ISA 的初步采用。

2020年3月，RISC-V基金會(huì)遷往瑞士，解決了受地緣政治干擾的風(fēng)險(xiǎn)。

所以作為芯片計(jì)算指令集架構(gòu)，RISC-V是開(kāi)源的，這意味著 RISC-V 是免許可和免版稅的。RISC-V允許用戶(hù)免費(fèi)使用新指令擴(kuò)展ISA并創(chuàng)新RISC-V處理器的微架構(gòu)，當(dāng)前主流的Arm架構(gòu)，要求用戶(hù)支付版稅。這使得RISC-V迅速受到眾多廠(chǎng)商的歡迎。

從復(fù)雜度來(lái)看，Arm被認(rèn)為比RISC-V更復(fù)雜。另一個(gè)原因是，與筆記本電腦、臺(tái)式機(jī)和服務(wù)器相比，ARM 對(duì)移動(dòng)手機(jī)的優(yōu)化更為過(guò)度。RISC-V 并未針對(duì)某一特定實(shí)現(xiàn)進(jìn)行過(guò)度優(yōu)化。它適用于從微控制器到超級(jí)計(jì)算機(jī)的所有計(jì)算系統(tǒng)。

x86、ARM 和 RISC-V 微處理器之間的差異多種多樣。這些差異推動(dòng)了一般應(yīng)用的適用性。AMD 和 Intel 的 x86 處理器在計(jì)算機(jī)和服務(wù)器領(lǐng)域占據(jù)主導(dǎo)地位。在平板電腦和智能手機(jī)上，蘋(píng)果和高通的 ARM 處理器占據(jù)主導(dǎo)地位。ARM 處理器在嵌入式應(yīng)用方面也表現(xiàn)強(qiáng)勁，但隨著 RISC-V 越來(lái)越多地用于嵌入式系統(tǒng)、汽車(chē)系統(tǒng)、存儲(chǔ)、人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，這種優(yōu)勢(shì)正在受到挑戰(zhàn)。

RISC-V有什么優(yōu)點(diǎn)

從歷史上看，芯片一直由專(zhuān)有處理器架構(gòu)主導(dǎo)，例如臺(tái)式機(jī)的電腦時(shí)代講究通用性能的X86 架構(gòu)指令集，他屬于復(fù)雜指令集CISC (Complex Instruction Set Computers)是英特爾芯片帝國(guó)一手構(gòu)建強(qiáng)大生態(tài)和通用的芯片指令，但總體來(lái)講高性能，生態(tài)好但是如果對(duì)于專(zhuān)用芯片來(lái)講是運(yùn)行更慢。

到了移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代，以Arm為代表講究能耗與性能均衡的架構(gòu)指令集。他屬于精簡(jiǎn)指令集RISC(Reduced Instruction Set Computer)更加專(zhuān)用和講究能耗。

所以芯片架構(gòu)的跟隨時(shí)代的發(fā)展，基于原有設(shè)計(jì)初衷的芯片架構(gòu)，在新時(shí)代的發(fā)展時(shí)，極大的影響設(shè)計(jì)自由度。

但 RISC-V 是簡(jiǎn)化ISA是自下而上構(gòu)建的，可以處理最新的計(jì)算工作負(fù)載。而RISC-V與擁有數(shù)十年歷史且背負(fù)著遺留的指令的專(zhuān)有架構(gòu)（X86和Arm）有很大不同。

RISC-V I它的創(chuàng)建考慮了靈活性、可擴(kuò)展性和可伸縮性。通過(guò)將組織從單一供應(yīng)商的產(chǎn)品路線(xiàn)圖中解放出來(lái)，RISC-V 使定制芯片變得更加容易獲得。

RISC-V 提供的簡(jiǎn)單性、安全性和軟件靈活性。在所有區(qū)域架構(gòu)中使用單個(gè) ISA 可以提高代碼可移植性，并可以大大降低成本和財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)。此外，RISC-V生態(tài)開(kāi)發(fā)的矢量擴(kuò)展還為汽車(chē)制造商帶來(lái)了增強(qiáng)的人工智能等ML和數(shù)字信號(hào)處理DSP功能。

目前基于RISC-V的全球強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)，確保支持工具和解決方案有多種選擇。在沒(méi)有專(zhuān)有鎖定的情況下，汽車(chē)制造商可以從多個(gè)供應(yīng)商獲得許可，并可以更靈活地根據(jù)需要設(shè)計(jì)自己的 IP，同時(shí)保持 ISA 兼容性。

RISC-V 之所以受到歡迎，是因?yàn)樵摷軜?gòu)為處理器提供了簡(jiǎn)化的指令來(lái)完成各種任務(wù)。它還使設(shè)計(jì)人員能夠創(chuàng)建數(shù)千個(gè)潛在的定制處理器，從而加快上市時(shí)間。處理器IP的通用性還節(jié)省了軟件開(kāi)發(fā)時(shí)間。RISC-V 的其他優(yōu)勢(shì)包括：

其開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)性質(zhì)，允許整個(gè)行業(yè)的協(xié)作和創(chuàng)新。

通用 ISA，有助于簡(jiǎn)化軟件開(kāi)發(fā)，因?yàn)樗刑幚砥鞫伎赡苁褂孟嗤募軜?gòu)。設(shè)計(jì)人員可以使用相同的基礎(chǔ) ISA，從簡(jiǎn)單的嵌入式設(shè)備到最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)，根據(jù)市場(chǎng)需求定制設(shè)備。與之前的 ISA 相比，RISC-V ISA 具有獨(dú)特的功能，并且可以根據(jù)需求進(jìn)行定制。

提供更小、節(jié)能和模塊化的選項(xiàng)。

安全功能，可通過(guò)開(kāi)源參考設(shè)計(jì)、軟件組合分析工具和安全擴(kuò)展來(lái)獲得。此外，其開(kāi)源性質(zhì)意味著整個(gè) RISC-V 架構(gòu)可以在公共領(lǐng)域受到密切審查，消除后門(mén)和隱藏通道。

為什么RISC-V崛起

如上文講到RISC-V的優(yōu)點(diǎn)，RISC-V 開(kāi)源不需要開(kāi)發(fā)許可、使用費(fèi)或其他費(fèi)用。此外，RISC-V 內(nèi)核可以根據(jù)不同的需求進(jìn)行定制。

所以任何 CPU，無(wú)論是否定制，現(xiàn)在都可以輕松制造。

而當(dāng)前主流的ARM 需要 IP 核許可批準(zhǔn)，費(fèi)用為100萬(wàn)美元到1000萬(wàn)美元之間。此外，如果您想更改設(shè)計(jì)中的任何內(nèi)容，您將需要付費(fèi)。另外每生產(chǎn)一塊芯片，ARM都要收取1-2%芯片價(jià)格的費(fèi)用。

ARM的母公司軟銀在2016年以243 億英鎊收購(gòu)了ARM，現(xiàn)在軟銀對(duì)于A(yíng)RM當(dāng)前的商業(yè)模式不滿(mǎn)意，所以他一直在尋找套現(xiàn)的方法。英國(guó)《金融時(shí)報(bào)》報(bào)道ARM可能在其IPO之后，改變收費(fèi)方式，未來(lái)可能根據(jù)設(shè)備價(jià)格比例向終端收費(fèi)，例如向用了Arm架構(gòu)的手機(jī)制造商收取智能手機(jī)總價(jià)的一定比例，而不是按銷(xiāo)售的每個(gè)芯片組的一定比例收取費(fèi)用。

所以基于A(yíng)rm芯片IP的開(kāi)發(fā)從成本價(jià)格和可控性管理都有非常大的隱患。

ARM是專(zhuān)有的實(shí)體公司，它還面臨著被政府禁止出口的風(fēng)險(xiǎn)，如果美國(guó)試圖阻止 ARM 知識(shí)產(chǎn)權(quán)向中國(guó)出售，那么可想而知供應(yīng)鏈中斷風(fēng)險(xiǎn)巨大。而RISC-V基金會(huì)于2020年遷往瑞士，一年后更名為“ RISC-V國(guó)際”，表明其不會(huì)受到美國(guó)政治影響。

所以使用RISC-V可以規(guī)避地緣政治風(fēng)險(xiǎn)，可以看到ARM最大市場(chǎng)中國(guó)的科技公司紛紛圍繞RISC-V團(tuán)結(jié)起來(lái)。

當(dāng)然，芯片行業(yè)都明白，芯片最大的問(wèn)題是生態(tài)鏈的構(gòu)建，他需要硬件、操作系統(tǒng)、編譯器、開(kāi)發(fā)者工具、應(yīng)用程序生態(tài)系統(tǒng)以及制造移動(dòng)設(shè)備所需的一切協(xié)同合作共生。大家使用X86和Arm一大原因擁有非常好的芯片生態(tài)。

這是 RISC-V 必須迎頭趕上的最重要領(lǐng)域，但它正在取得進(jìn)展，可以看到國(guó)內(nèi)國(guó)外基于RISC-V?生態(tài)構(gòu)建正在蓬勃發(fā)展。

RISC-V能在汽車(chē)行業(yè)產(chǎn)生什么應(yīng)用

芯片在原本機(jī)電時(shí)代的汽車(chē)就異常重要，分布式的ECU架構(gòu)對(duì)于芯片渴求度較高，但比較原始低性能。隨著智能汽車(chē)時(shí)代的到來(lái)性能相對(duì)較高，功能集中的芯片以及AI類(lèi)高性能芯片渴求更高了。

芯片廣泛用于各種汽車(chē)系統(tǒng)，例如包括 ASIL-D 安全等級(jí)MCU和安全芯片、人工智能 (AI) 加速器、基于氮化鎵 (GaN) 功率半導(dǎo)體的車(chē)輛 (EV) 電池充電器，甚至高壓IGBT,碳化硅等等。

其中用量非常大和廣泛的MCU（或更普遍的低端處理器），他的指令集架構(gòu)IP 空間非常分散，主要有ARM M 系列、MIPS M 系列、ANDES、Cortus、ARC、Codasip 等等。

之前文章《汽車(chē)芯片半導(dǎo)體 - 101》中分享過(guò)汽車(chē)芯片巨頭Infineon，他的芯片MCU橫跨汽車(chē)所有機(jī)電零部件，但他芯片所用的IP基本就是兩種，一個(gè)是ARM的IP,另外一個(gè)是其自己開(kāi)發(fā)的Tricore,而Tricore 也是基于RISC指令開(kāi)發(fā)。

所以基于RISC-V架構(gòu)的指令集架構(gòu)的MCU，也是目前大家暗暗發(fā)力的地方，例如文章開(kāi)始講到的芯片五家巨頭合作的公司，國(guó)內(nèi)眾多的MCU芯片公司，智能座艙，智駕高性能芯片方面，同樣根據(jù)目前RISC-V領(lǐng)先IP商用提供商的說(shuō)法“RISC-V性能沒(méi)有天花板和應(yīng)用限制“，所以RISC-V的應(yīng)用可以在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)無(wú)處不在，從車(chē)端的MCU到智能AI SoC再到云端的高性能芯片。

由于汽車(chē)芯片對(duì)于效率，減少延遲；安全可靠；多樣性等方面有著特殊的要求。目前現(xiàn)有基于X86和Arm等IP的芯片，雖然生態(tài)豐富，但是它更多針對(duì)PC時(shí)代和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代過(guò)度優(yōu)化。所以給汽車(chē)等物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代新芯片需求留有空間，但RISC-V 滲透汽車(chē)行業(yè)的潛力取決于幾個(gè)因素，包括：

性能和能效：RISC-V 處理器需要展示具有競(jìng)爭(zhēng)力的性能和能效，才能在汽車(chē)應(yīng)用中獲得采用。

安全性和可靠性：汽車(chē)行業(yè)非常重視安全性和可靠性。RISC-V 實(shí)施需要滿(mǎn)足行業(yè)嚴(yán)格的安全標(biāo)準(zhǔn)，例如 ISO 26262，才能考慮用于關(guān)鍵應(yīng)用。

生態(tài)系統(tǒng)和支持：強(qiáng)大且成熟的生態(tài)系統(tǒng)（包括工具、軟件和支持）的可用性可以顯著影響 RISC-V 在汽車(chē)領(lǐng)域的采用。

行業(yè)接受度：汽車(chē)制造商和供應(yīng)商在采用新技術(shù)方面可能比較保守。說(shuō)服他們從 ARM 轉(zhuǎn)向 RISC-V 可能需要徹底的測(cè)試、驗(yàn)證和長(zhǎng)期支持的保證。

成本和許可：RISC-V 的開(kāi)源特性在許可成本方面具有優(yōu)勢(shì)，但整體系統(tǒng)成本（包括開(kāi)發(fā)、集成和支持）應(yīng)該具有競(jìng)爭(zhēng)力。

RISC-V在國(guó)內(nèi)的發(fā)展

RISC-V和Lunix一樣是開(kāi)源的,特別是地緣政治的時(shí)代，這完全不會(huì)卡脖子的事情。另外開(kāi)源意味著開(kāi)發(fā)入門(mén)的門(mén)檻更小，沒(méi)有動(dòng)輒上千萬(wàn)的授權(quán)費(fèi)，最后就是RISC-V屬于較新的架構(gòu)，可以給專(zhuān)有芯片提供了靈活性和定制能力。

以上三點(diǎn)RISC-V的優(yōu)點(diǎn)特別符合中國(guó)快速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)節(jié)奏，所以RISC-V在中國(guó)從學(xué)術(shù)到產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，特別是這兩年，基于RISC-V的產(chǎn)業(yè)會(huì)議成了芯片類(lèi)會(huì)議的大主題，基于RISC-V芯片上市層出不窮。

在國(guó)際RISC-V協(xié)會(huì)，22家最高級(jí)別的Premier Members會(huì)員當(dāng)中，中國(guó)大陸廠(chǎng)商的數(shù)量達(dá)到了14家。3000多名會(huì)員中，超過(guò)50%為中國(guó)大陸的公司。

學(xué)術(shù)方面，早在2018年中國(guó)院士倪光南等人就推動(dòng)成立了RISC－V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，國(guó)內(nèi)清華伯克利深圳學(xué)院，中科院等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)積極培育。

產(chǎn)業(yè)方面，2018年左右阿里的平頭哥就已開(kāi)發(fā)出RISC－V架構(gòu)的玄鐵系列芯片，主攻物聯(lián)網(wǎng)芯片，據(jù)悉三年多時(shí)間玄鐵系列芯片出貨量就已達(dá)到30億顆，2019年7月，平頭哥發(fā)布當(dāng)時(shí)業(yè)界性能最強(qiáng)的RISC－V處理器玄鐵910。玄鐵910打破了RISC－V性能的天花板，用于計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。2021年底華為就推出了RISC－V架構(gòu)的電視芯片。有中國(guó)的加入RISC－V架構(gòu)芯片的出貨量已突破百億顆，比ARM當(dāng)年實(shí)現(xiàn)百億芯片出貨量快了5年時(shí)間。

汽車(chē)方面，基于RISC-V架構(gòu)的MCU是目前火熱的方向，國(guó)內(nèi)已經(jīng)推出基于RISC-V架構(gòu)MCU的廠(chǎng)商有芯科集成、愛(ài)普特、凌思微、啟英泰倫、先楫半導(dǎo)體、中移芯昇、飛利信、睿思芯科、時(shí)擎科技、中科物棲、泰凌微電子等公司，他們都是RISC-V通過(guò)MCU進(jìn)入汽車(chē)市場(chǎng)的潛力股。

所以RISC-V在中國(guó)芯片已經(jīng)成了確定的方向，不但汽車(chē)方面，其他各類(lèi)巨頭以及創(chuàng)業(yè)公司積極推進(jìn)有關(guān)產(chǎn)品。

最后

RISC-V，在汽車(chē)變革時(shí)代給了全球汽車(chē)電子新的機(jī)遇，畢竟原有的芯片架構(gòu)x86和Arm更多的是針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，而物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代特別是汽車(chē)此類(lèi)高價(jià)值，講究性能，能耗，安全可靠的應(yīng)用場(chǎng)景給了RISC-V新技術(shù)施展拳腳的天地，而中國(guó)廣闊，快速發(fā)展的市場(chǎng)更是RISC-V技術(shù)的熱土。

中國(guó)智能汽車(chē)時(shí)代，芯片方面的Chiplet《中國(guó)智能汽車(chē)芯片的新希望 - Chiplet》、RISC-V，又給了中國(guó)汽車(chē)電子芯片在制造硬件和軟件方面增添了新機(jī)遇。

*未經(jīng)準(zhǔn)許嚴(yán)禁轉(zhuǎn)載和摘錄-獲取參考資料方式：

1.RISC-V : An opportunity for BoschAutomotive Electronics product range -Bosch

2.PSoC & Traveo microcontroller for automotive solution infineon

3.ISC-V_Everywhere - RISC-V international

4.The RISC-VRevolution at BSC

5.Introduction toRISC-V Functional Safetyspecial interest group

6.Going beyond RISC-V GeneralPurpose Solutions

7.Towards a RISC-V Open Platform forNext-generation Automotive ECUs

8.SiFive Automotive, AI & Use CaseRISC-V Days Tokyo 2022 Autumn

       原文標(biāo)題 : RISC-V 汽車(chē)電子新機(jī)遇