前言

指令集架構(Instruction Set Architecture，縮寫為ISA），是一組指令的集合，指令是指處理器進行操作的最小單元（譬如加減乘除操作或者讀／寫存儲器數據）。指令集架構，有時簡稱為“架構”或者稱為“處理器架構”有了指令集架構，便可以使用不同的處理器硬件實現方案來設計不同性能的處理器。處理器的具體硬件實現方案稱為微架構（Micro architecture）。雖然不同的微架構實現可能造成性能與成本的差異，但是，軟件無須做任何修改便可以完全運行在任何一款遵循同一指令集架構實現的處理器上。因此，指令集架構可以理解為一個抽象層。該抽象層構成處理器底層硬件與運行于其上的軟件之間的橋梁與接口，也是現在計算機處理器中重要的一個抽象層。

01主流芯片架構

目前市場上主流的芯片架構有 X86、ARM、RISC-V和MIPS四種，每一種架構都有自己的優勢和主要應用場景。

X86是微處理器執行的計算機語言指令集，指一個Intel通用計算機系列的標準編號縮寫，也標識一套通用的計算機指令集合。1978年6月8日，Intel 發布了新款16位微處理器 8086，也同時開創了一個新時代：X86架構誕生了。X86指令集是美國Intel公司為其第一塊16位CPU（i8086）專門開發的，美國IBM公司1981年推出的世界第一臺PC機中的CPU–i8088（i8086簡化版）使用的也是X86指令。

ARM架構是一個32位精簡指令集處理器架構，其廣泛地使用在許多嵌入式系統設計。由于節能的特點，ARM處理器可以在很多消費性電子產品上看到，從可攜式裝置到電腦外設甚至在導彈的彈載計算機等軍用設施中都有它的存在。

RISC-V 架構是基于精簡指令集計算（RISC）原理建立的開放指令集架構（ISA），RISC-V是在指令集不斷發展和成熟的基礎上建立的全新指令。RISC-V 指令集完全開源，可以自由地用于任何目的，允許任何容人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件，并不需要ARM、MIPS那樣需要經過授權，受到各種使用的限制。設計簡單，易于移植Unix系統，模塊化設計，完整工具鏈，同時有大量的開源實現和流片案例，得到很多芯片公司的認可。

RISC-V 架構的起步相對較晚，但發展很快。它可以根據具體場景選擇適合指令集的指令集架構。基于RISC-V 指令集架構可以設計服務器CPU，家用電器CPU，工控CPU和用在比指頭小的傳感器中的CPU。

02AIOT時代的RISC-V

在物聯網概念被頻繁提及的今天，大家仍然對智能物聯網的認知很低，容易理解為它是一種算力比較低的設備。互聯網實現了信息的交互和互通，移動互聯網實現了人與人之間的信息交互與互通，智能物聯網實現的是物和物之間的信息化互聯。車作為物的一種，車聯網和智能機器人網也隸屬于智能物聯網的范疇。

互聯網時代是 x86 架構，它是一個封閉的指令架構，同時搭載在硬件之上的 Windows 是一個封閉的操作系統。到了移動互聯網時代，ARM 就演變成了半開放的指令架構，而它的主流操作系統 Android 就是純開放的操作系統。如今的智能物聯網時代，需要一種更為開放的指令架構以及操作系統。

AIoT 時代應用的多樣化與 RISC-V 的優點是高度吻合的。RISC-V 的開放性、設計的簡潔性以及功耗的優勢，都非常符合 AIoT 時代的場景。得益于可定制、可擴展的特質，RISC-V 架構更容易面向 AIoT 細分領域應用去設計出具有針對性和競爭力的核，從而更適配特定場景的應用需求。這正是它跟 ARM 完全不一樣的地方。ARM 提供的是標準處理器，為了最大化商業價值，其在設計處理器核時主要面向各種通用領域，不限定具體的場景，而 RISC-V 的可定制化恰恰是它面向 AIoT 時代重要的優勢。

03RISC-V在汽車中的應用

汽車芯片的控制類芯片主要包括MCU和AI芯片，AI芯片通常要求較高的處理性能，邊緣應用則需要低功耗、小尺寸的MCU，而RISC-V剛好是一種適合通用MCU和特定領域專用加速器的ISA。

MCU作為嵌入式系統和運動控制器的核心，提供應用控制層，執行總線通信協議，并提供用戶接口。然而，MCU 芯片的發展需要 IP 授權，中國在獨立可控的MCU開發之路上嘗試多年，但在架構方面仍然受制于人，要知道ARM授權費用高昂，Arm的License Fee能占到芯片售價的2%-15%，按照50%毛利率來算，能占芯片成本的4%-30%。RISC-V的出現燃起了國產MCU的新希望。

采用RISC-V指令集設計的MCU可讓芯片廠商/開發者快速完成低門檻、低成本的芯片設計，并可針對特定應用場景進行定制化指令設計，具有很強的靈活性，另外RISC-V也被認為是長產品壽命的良好平臺，可以說RISC-V與MCU是完美結合。

在智能汽車領域， AI 芯片的應用發展已有些時日。“算力越高，車越智能”已成為眾多車企都在喊的口號。

汽車在人機交互、視覺處理、智能決策等眾多情境下，需要處理大量圖片、視頻等非結構化數據，對車載算力提出了更高的要求，這時或許會有人拿RISC-V與X86作比較，RISC-V確實精簡，不過也可能有人提出疑問：它沒有X86穩定的高性能計算能力，面對智能汽車的需求，如何獨當一面？

以自動駕駛為例：如今的自動駕駛還主要集中在L2級別，各家企業和新車拼算力，拼的不是當前的“自動駕駛輔助”水平，而是未來幾年的“自動駕駛輔助”水平。使用高算力的芯片，相當于在車里預埋了一種能力，以后可以不斷的解鎖這種能力。一個高性能的芯片，不是現在的剛需，它是未來的一種剛需。要知道，向高性能發展也是RISC-V發展的必然趨勢，巧就巧在，RISC-V與智能汽車同屬新賽道，AI芯片與智能汽車也在互相推動。

今年年初，英特爾在CES 2022上推出了專為自動駕駛打造的Eye Q Ultra系統集成芯片，但要注意的是，Mobileye EyeQ Ultra 不包含任何x86內核，而是具有12個RISC-V 內核、Arm GPU和DSP。

04DDR市場格局與國產進展

目前為止，RISC-V 架構的軟件生態還不成熟，如何展望它的未來發展？

首先，我們要對 RISC-V 的發展有包容心和戰略耐心。x86 架構和 ARM 架構軟件生態的完善度也不是一次生成的。x86 架構是上世紀 70 年代末 80 年代初開始發展的，到現在已經有 40 多年的歷史。ARM 架構是上世紀的 80 年代末 90 年代初開始發展的，到現在也有 30 多年的歷史。打個比喻，如果說 x86 和 ARM 宛如一個成熟的中年人以及青年人，那么 RISC-V 架構還是個小朋友，從它以基金會的形式運營到現在只有 7 年的時間，但是它成長的加速度遠超 x86 和 ARM。

現在，RISC-V 除了不支持 Windows、安卓、 iOS 外， Linux 的軟件組件基本上是完善的。因此，對于 RISC-V 的長期發展，我們也應該抱有樂觀主義。拿ARM來說，它在上世紀 80 年代末推出時也只是一個三級流水線的 DPU，其能力是遠遠不如當時的 x86。但這并不乏妨礙 ARM 一點一點地發展起來。而 RISC-V 在經營模式上比 ARM 架構更先進、更開放，所以它在加速度上已經體現出了優勢。

德勤曾經預測，目前RISC-V架構在近10年內還難以撼動ARM和x86架構的地位，但是預計到2025年，基于RISC-V技術的芯片銷量在汽車領域的可服務市場（SAM）有望達到29億個。

總 結

ARM架構和X86架構分別在移動終端、PC和服務器市場壟斷多年，在這些領域RISC-V滲透進去還需時日。但是在AIoT、新能源汽車、異構計算等新興領域，RISC-V和其他架構站在同一起跑線，反而具備一些巨頭們不具備的新起跑優勢。

審核編輯：湯梓紅