文章來源｜遠川科技評論

作者｜何律衡

TOB，依舊是一級市場的大熱門。

2019年7月，阿裏巴巴旗下半導體(ti) 公司平頭哥正式發布玄鐵910，打出“業(ye) 內(nei) 最強RISC-V處理器之一”的口號，號稱性能比肩Arm v8架構Cortex A7X係列。

圍觀群眾(zhong) 一麵沸騰叫好，一麵互相打聽：RISC-V是啥？

CPU本質是一塊集中了不同功能電路的芯片，要使用這些功能電路，CPU需要調用對應的指令——也就是由0、1組成的二進製數。而用來規定指令格式的東(dong) 西就叫做指令集架構（一般簡稱為(wei) 架構），不同的架構反映了設計者對同一功能的不同實現思路，RISC-V就是全球前三大指令集架構。

不過這個(ge) “全球前三大”可謂水分十足。另外兩(liang) 大指令集中，由英特爾主導的x86架構應用於(yu) 絕大部分PC和服務器；英國公司Arm的Arm架構則用於(yu) 全球99%以上的智能手機。

相比之下，RISC-V雖然排名上緊隨其後，但實際的份額還不到前兩(liang) 者的零頭。

而這三種架構，又分別代表了三種經營模式：

x86架構由英特爾和AMD牢牢掌握話語權，其他芯片公司想用也用不了；

Arm架構雖然由Arm公司所有，但授權開放，需要花錢購買(mai) ；

RISC-V最特殊，不屬於(yu) 任何機構或國家，開源免費，想用就用，運營成本全靠基金會(hui) 的兄弟們(men) 幫襯。

在這個(ge) 語境下，RISC-V之於(yu) 2019年的中國公司的意義(yi) 就不難理解。

當時，國內(nei) 半導體(ti) 產(chan) 業(ye) 初嚐製裁大棒，RISC-V基金會(hui) 恰好又將總部從(cong) 美國遷至中立國瑞士，原因是“擔心可能出現的地緣政治破壞”，其免費開源的特點，意味著沒有人可以以“國家安全”為(wei) 托詞，限製他人使用RISC-V。

RISC-V成立之初，基金會(hui) 的中方成員隻有阿裏巴巴、華為(wei) 和中科院計算所，到了2022年中，基金會(hui) 19個(ge) 高級會(hui) 員裏，中國大陸芯片企業(ye) 占據12個(ge) 席位。

春風亦如邊鼓，催促著RISC-V備胎轉正。然而四年過去，RISC-V似乎依然沒走出備胎的困境。

合格的備胎

三大指令集中，x86為(wei) 複雜指令集架構（CISC），Arm和RISC-V為(wei) 精簡指令集架構（RISC）。兩(liang) 者的區別顧名思義(yi) ：

CISC盡可能將任務一次性做完，高效但費腦（性能高、功耗大），RISC則是將任務拆解，分次做完，雖然對個(ge) 人能力要求不高（性能低、功耗小），代價(jia) 是效率更低。

1985年，英國公司艾康電腦開發出Arm架構，恰逢蘋果自研芯片，雙方一拍即合，Arm公司由此誕生。沒想到熬了快20年，直到憑借iphoness的A係列芯片橫空出世，Arm架構才在移動處理器市場熬出了頭。

RISC-V的發展更為(wei) 曲折。RISC架構最由圖靈獎得主、當前穀歌TPU團隊負責人David Patterson在1971年發明，隨後經曆了RISC-I到RISC-IV四代，卻始終未能得到重視。

David Patterson（左），1981年

2010年，加州大學伯克利分校Krste Asanović教授決(jue) 定開發一個(ge) 開放原始代碼的電腦係統，x86不在考慮範圍內(nei) ，Arm費用太高，於(yu) 是便找來David Patterson，RISC-V由此誕生。

“開源”、“可修改”，幾乎可以概括RISC-V本質上與(yu) Arm的區別：

如果以武俠(xia) 小說中的“功法”來比喻芯片架構，Arm是武林秘籍，外人可以花錢看，但不能隨便改；RISC-V可能隻是某個(ge) 武林高手的練功心得，可供各路好漢不斷修訂。

可修改的好處在過去一直很難體(ti) 現，但隨著軟件定義(yi) 產(chan) 品的時代到來，根據軟件定製芯片的需求越發旺盛，尤其是物聯網和汽車領域，芯片架構的靈活性，可以幫助終端廠商平衡性能和成本。

不過更現實的意義(yi) 是，由於(yu) RISC-V開源免費，也不掛靠在任何機構下，從(cong) 根本上杜絕了“卡脖子”的可能性。2015年，伯克利團隊宣布成立RISC-V基金會(hui) ，把中立的宗旨擺在了台麵上。RISC-V由此成為(wei) 了擔憂“架構霸權”的開發者的隱藏備胎。

2019年前後，美國製裁大棒襲來，RISC-V的“備胎”地位迅速凸顯。除了前文的平頭哥，小米供應鏈的華米科技、華為(wei) 海思等公司，都有基於(yu) RISC-V架構的芯片產(chan) 品，一時間，RISC-V在中國風頭無兩(liang) 。

而且，打著RISC-V“備胎”主意的，並不隻是中國芯片公司。

Arm不是“活菩薩”

2022年8月，Arm一紙訴訟把大客戶高通告上法庭，導火索是高通剛剛收購的Nuvia。後者由蘋果和穀歌的芯片工程師組建，獲得Arm授權後開發了一係列高性能CPU內(nei) 核，被高通相中。

根據高通原本的計劃，這一年年末將推出基於(yu) Nuvia技術的定製CPU內(nei) 核“Oryon”，用於(yu) 更高性能的驍龍SoC平台中，在PC市場對抗蘋果M係列。

但Arm不幹了，聲稱高通采用Nuvia基於(yu) Arm授權（於(yu) 2022年3月停止授權）的技術侵犯自己的利益，要求高通要麽(me) 銷毀芯片，要麽(me) 給予經濟補償(chang) 。

Arm授權協議分為(wei) 兩(liang) 種：第一種是技術許可協議（TLA），客戶購買(mai) Arm的IP，可做部分修改，典型代表就是高通的驍龍係列；

第二種是架構許可協議（ALA），客戶購買(mai) Arm指令集架構，在此基礎上開發IP及處理器內(nei) 核，典型代表是蘋果，矛盾中心的Nuvia也屬此類。

這場糾紛的核心矛盾在於(yu) ：被收購前的Nuvia已經與(yu) Arm簽訂了ALA，並基於(yu) Arm架構開發了IP。高通認為(wei) ，自己與(yu) Arm已經簽訂的TLA，有權力直接使用Nuvia的IP，Arm卻認為(wei) 高通需事先取得自己的同意（再交錢），或者直接再付一筆費用。

這件事情在一定程度上暴露了Arm的脆弱性：雖然貴為(wei) 移動終端的基礎設施，卻沒有對應的“征稅權”。

芯片架構的地位更多來自“生態”：即有多少下遊客戶願意采用這種架構設計芯片。

x86的成功就來自英特爾對兼容性的堅持。上世紀80年代，東(dong) 京大學教授阪村健以日本政府IT顧問的身份，提出了一個(ge) 雄心勃勃的TRON計劃，意在建立一個(ge) 日本版的CPU+操作係統生態。但不同於(yu) 英特爾的兼容路線，阪村健認為(wei) 英特爾為(wei) 了兼容性犧牲了CPU的性能，應該從(cong) 零開始開發架構、搭建生態。

顯然，英特爾的路線笑到了最後。和TRON一樣，IBM的Power架構也選擇了犧牲兼容追求性能的思路，同樣敗給了英特爾。

Intel CEO歐德寧向喬(qiao) 布斯交付矽片，2006年

“生態”的壁壘在於(yu) “雙邊規模效應”：以Arm為(wei) 例，采用Arm架構的芯片越多，圍繞在Arm架構的軟件開發者和用戶也就越多，反過來新的芯片公司和開發者也就更傾(qing) 向於(yu) Arm架構。

舉(ju) 一個(ge) 類似的例子：如果美團的用戶越多，那麽(me) 商戶就更傾(qing) 向於(yu) 入駐美團；而商戶變多後，用戶也就越傾(qing) 向於(yu) 使用美團。但有一個(ge) 關(guan) 鍵前提——美團的配送費和傭(yong) 金維持在合理的區間。

而且，美團的客戶大部分是中小型商家，而Arm的客戶都是有錢有勢的芯片巨頭。

歸根結底，Arm架構更像是芯片公司投票選出來的代表，一旦Arm坐地起價(jia) 或搶生意（他們(men) 已經在這麽(me) 做了），芯片公司就有動力投票選個(ge) 新代表。

與(yu) Arm同樣依賴“生態”的是androids係統和英偉(wei) 達的CUDA，前者是開源的，後者理論上也是免費的，隻是與(yu) 英偉(wei) 達的GPU綁定。這個(ge) 時候，RISC-V免費開源的好處就體(ti) 現出來了。

RISC-V，再次獲選

如今的RISC-V基金會(hui) 可謂群星雲(yun) 集，除了在社區時期就已入局的穀歌、IBM等，現在還有英偉(wei) 達、鎂光、恩智浦、西部數據，加上受Arm“迫害”最嚴(yan) 重的高通，芯片設計公司轉投RISC-V的意願肉眼可見。

RISC-V基金會(hui) 成員；圖片來源：Semiwiki

最近，高通聯手恩智浦、英飛淩等多家汽車芯片巨頭在德國成立公司，目標是推廣RISC-V架構芯片，首個(ge) 目標是汽車芯片，然後業(ye) 務範圍將逐漸擴大到移動和物聯網領域。

另一個(ge) 被認為(wei) 很可能決(jue) 定了RISC-V發展走向的入局者是傳(chuan) 奇人物Jim Keller。

作為(wei) 矽穀一段活著的傳(chuan) 說，Jim Keller在90年代末主持了AMD Athlon係列處理器的研發，憑借一己之力把讓AMD和英特爾平起平坐，一度使得英特爾放棄了4GHz奔騰4的開發計劃。

跳槽到蘋果後（PA半導體(ti) ，2008年被蘋果收購），Jim Keller又打造了A係列處理器的開山之作A4。後來Jim Keller重回AMD，領導開發Zen架構處理器成功逆襲英特爾。

2020年，跳槽積極分子Jim Keller從(cong) 英特爾畢業(ye) ，可能是矽穀大公司能待的都待過了，Jim Keller轉頭加入了一家名不見經傳(chuan) 的加拿大初創企業(ye) Tenstorrent。

這家公司主要生產(chan) 采用RISC-V架構的AI芯片，Jim Keller以CTO的身份入職，三年後轉為(wei) CEO——這是他職業(ye) 生涯第一次擔任CEO。

Jim Keller的入局給RISC-V的備胎轉正之路增添了不少底氣，但另一家公司的前車之鑒告訴我們(men) ，備胎上位沒那麽(me) 簡單。

MIPS的教訓

在RISC-V出現前，Arm的最大對手是MIPS。

MIPS與(yu) Arm、RISC-V溯本同源，均為(wei) 上文提及的RISC架構，也都誕生在PC開始普及的80年代。英國愛康公司著手研發Arm架構同時，斯坦福大學前校長John LeRoy Hennessy與(yu) 他的團隊一起創立了MIPS，雙方均在1985年推出了各自的第一代架構。

當愛康依靠唯一的蘋果訂單惶惶度日時，MIPS已初嚐商業(ye) 化果實，1988年推出的第三款產(chan) 品R3000銷售過億(yi) ，並借由索尼PlayStation打入遊戲機市場。隨後又發布了首款64位處理器R4000，進入服務器和超級計算機市場，成為(wei) x86頭號威脅。

John Hennessy（中）檢查MIPS R2000的布局，1986年

然而，MIPS此後卻一直走下坡路，控製權在二十多年間多次易手。2018年，從(cong) Imagenation手中收購了MIPS的Wave Computing取消授權費用，效仿RISC-V將MIPS架構完全免費開源，也難挽頹勢。最後Wave Computing宣布終止開發，加入RISC-V基金會(hui) 。

MIPS和Arm都有IP授權和架構授權兩(liang) 種授權模式，但雙方的思路差別很大：

Arm傾(qing) 向於(yu) 客戶在不改動架構的情況下、直接采用IP搭建芯片，MIPS則鼓勵客戶做架構創新。

MIPS的理念看似給了開發者最大程度的自由，卻無形中墊高了芯片設計的門檻。

如果把芯片設計比作搭積木，Arm的方案是做好各種各樣的零件讓消費者自行拚裝；MIPS的方案則是直接給消費者各種各樣的木頭，讓他們(men) 自己設計零件，難度可想而知。

此外，架構的確定，相當於(yu) 給硬件、軟件確立了一個(ge) 通用的規則，遵循這個(ge) 規則設計出來的芯片、操作係統、軟件等，可以排列組合，最多做一些接口的改動，便可相互適配。

而MIPS鼓勵架構授權，支持客戶添加、修改指令，實際上便是對通用規則（標準化）一定程度的放棄，造成“碎片化”，也就是產(chan) 業(ye) 鏈各環節各自為(wei) 政，無法“共同富裕”。一個(ge) 架構往往改來改去變成了忒修斯之船，生態就更難建設。

MIPS和RISC-V都屬於(yu) 開源架構，RISC-V還是免費的。雖然開發者準入門檻降低了，但這反而可能導致更嚴(yan) 重的指令集架構碎片化。

因此，RISC-V陣營的支持者們(men) ，也一直試圖在定製化和標準化之間做平衡：

一種思路，是將“無限的自由”轉變為(wei) “有限的自由”：

比如提出指令集修改規範，這種規範需要最大程度地考慮軟件的兼容性，並鼓勵硬件開發者對指令的修改按照這種規範進行，以此解決(jue) 架構開源帶來的軟、硬件不兼容問題。

一個(ge) 典型的例子是阿裏平頭哥玄鐵C908，就通過了RISC-V根據其指令集修改規範設置的兼容性測試，這意味著大部分第三方軟件開發者都不需要擔心軟件不適配的問題。

另一種思路，是完善基礎指令集，使得開發者無需再進行增添修改：

比如RISC-V會(hui) 在開發者社區對實現某一種功能的指令熱情度很高，那麽(me) 基金會(hui) 就會(hui) 考慮將在基礎的指令集架構中增添這種指令的標準版，開發者便不需要各自添補指令了。

目前，在RISC-V基金會(hui) 以及巨頭成員們(men) 的有意引導下，兩(liang) 種思路都已經開始實施，但道阻且長。