研究报告哪四个部分-研究报告分为四部分是哪四部分
来自临港新片区管委会高科处，前沿产业招商中心产业研究报告，部分内容分享。
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今天由来给大家汇报，这段时间针对RISC-V产业的研究报告。
就在今年年初，RISC-V，被《麻省理工学院技术评论》选为十大突破性技术之一。
RISC-V一词，大家应该不陌生了，前段时间8月28号，芯原主办的第三届滴水湖论坛，其主题就是打造RISC-V专利互不诉讼联盟。作为有希望与X86跟ARM“三分天下”的后来者，RISC-V到底是个什么东西呢？
我们先来看一下RISC-V相对专业的解释。
RISC-V，是一种精简指令集架构，向上承载整个软件生态，向下规范处理器芯片的设计，是计算机系统中硬件和软件之间交互的标准。什么意思呢？
首先，CPU不是万能的，他不能理解用户的复杂要求，仅能执行它的硬件架构所能支持的指令。CPU可以包含很多个不同的模块，每一个模块都可以是具有不同功能的微架构，每一个微架构的运行都对应一条二进制的指令。因此，要指挥计算机CPU工作，需要在了解微架构的基础上，整合一套它所能理解的指令的集合，计算机指令集中的每一条指令，都需要有相对应的集成电路硬件微架构来实现。也就是说，要想完成计算机的任何指令，都需要在CPU中有配套的硬件电路来实现。这就是计算机指令集架构。RISC-V则是一种精简形式的指令集架构。
简单来说，我们知道，软件需要基于操作系统才能运行，当我们在操作软件来实现某一个功能时，就需要操作系统通过指令集，将这一功能需求转化为一系列计算机CPU所能识别的指令，再传达给底层的硬件电路，然后才能真正的运行起来。操作系统就是建立在指令集之上的，指令集规范了计算机系统中硬件和软件之间的交互。
我相信，听到这里，可能很多人还是一脸懵圈的。
不要着急，我想通过一个简单的例子，能帮助大家把指令集架构的概念捋顺。
比如说，我想通过浏览器软件，下载一部电影，计算机是没有办法直接执行下载电影这一功能的。软件会首先将下载电影这一诉求提交给它的直属领导操作系统，操作系统会将下载电影这一诉求分解为一系列的命令，比如要输入电影名称信息的命令，网络检索的命令、存储以及播放的命令等等。然而这些命令计算机仍然无法直接执行，还需要编译器，根据复杂的算法，再将每一条命令拆分为CPU可以理解并执行的逻辑运算指令。最后，通过指令集，再将每一条指令映射为CPU所能直接运行的一串二进制代码，这样CPU才真正的执行了刚才那条下载电影的要求。
有一点非常关键，计算机是具有硬件决定权的底层优势结构，上层软件的每条指令都要传达至底层硬件才能运行，而上层软件无法感知底层硬件的运行状态。
这存在一个非常关键的问题，如果底层硬件不能自主可控，仅通过操作系统或者软件的开发，对于别有用心的CPU设计者而言，上层是没有任何秘密的。
CPU运行的本质就是与或非三种逻辑运算的复杂组合，通过剖片等逆向工程，想要了解一个芯片是否存在后门，其难度相当于将他从零设计出来。研发上的剖片，更多的意义在于参考其整体芯片布局，或功能实现形式。
这里，我们再次明确一点，RISC-V是指令集架构，它既包括了指令集，又包括每个指令所对应的微架构。这就是开源RISC-V的本质魅力所在，基于RISC-V，理论上就可以实现完全自主可控的指令集架构！
要进一步讲清楚RISC-V，我们不妨暂退一步，将视角拉远。我们现在已经了解了指令集架构是什么，根据实现形式，指令集架构又可以分为复杂指令集与精简指令集两大类，其中独霸PC市场的windows操作系统所使用的X86架构就是基于复杂指令集来实现的。
苹果的IOS系统，既可以用在PC又可以用在移动端，则是基于精简指令集ARM来实现的，ARM这个单词中间的字母“R”，其实指的就是RISC。同样基于ARM架构的还有安卓、鸿蒙等等，总的来说RAM架构在移动设备领域有显著优势。
RISC-V就是独立于ARM的另一种精简指令集架构，由于开源、模块化及可扩展等优势，使得RISC-V在汽车、IoT、AI芯片领域有着广阔的应用前景
当然，指令集架构远远不止，X86、ARM与RISC-V这三种。
纵观计算机系统的发展史，曾出现过很多
指令集，如贝克的 Alpha 架构、 Sandy Bridge 架构、 MIPS 架构、 Power 架构等等，我就不一一介绍了。不过随着技术的演进，成为别人的垫脚石，并被收进博物馆成为绝大多数架构的最终归宿。
那么相对于其它指令集架构，RISC-V的优势是什么呢？那么多的指令集架构，我们怎么就认定了RISC-V会大有可为呢？
我们不妨来对比一下，X86、ARM与RISC-V这三种指令集架构。
首先市场出货量方面，在PC市场，设备出货量在2亿台左右，移动终端出货量大致提升10倍，规模在20亿台左右。而RISC-V适用的智能物联领域，其设备的出货量则远超百亿台。
再看根技术，每一个市场领域的根技术也是不一样的，PC领域的根技术是 x86 架构，它是一个封闭的指令架构，同时搭载在硬件之上的 Windows 是一个封闭的操作系统。移动终端市场，苹果的IOS虽然是基于半开放指令架构ARM建立的，但是IOS本身是封闭的，虽然Android 是半开放的操作系统，也要收取高昂的授权费用。而如今的智能物联领域，则需要一种更为开放的指令架构以及操作系统。
通过三种架构的量化对比，我们可以发现，智能物联应用的多样化与 RISC-V 的优点高度吻合。RISC-V 的开放性、设计的简洁性以及功耗的优势，都非常符合智能物联的应用场景。得益于可定制、可扩展的特质，RISC-V 架构更容易面向智能物联细分领域应用，去设计出具有针对性和竞争力的微架构，从而更适配特定场景的应用需求。
截止今年7月：全球，RISC-V架构芯片累计出货量已突破180亿颗，其中中国公司的出货量占据了约50%的份额，预计2025年RISC-V架构芯片有望突破800亿颗。
我们再回过头来看看，X86和ARM都有些什么问题。
首先，说说X86，x86架构是全封闭的指令架构，至今独霸PC市场长达三十年之久，全世界仅有英特尔、AMD两家公司享有永久授权。也就是说，全世界只有英特尔与AMD有权限设计X86架构计算机的CPU。当然也有一个例外，就是当年国产X86 PC CPU，兆芯，兆芯有两成股份来自于VIA，因此得到了X86的授权，当时它的CPU性能基本可以比肩6代i3，但是随着VIA的X86授权过期，兆芯也会失去X86的授权。所以，目前，除了英特尔和AMD其它公司是没有任何可能使用X86架构的。
接下来是ARM。在移动芯片架构领域，ARM处于绝对垄断地位，与X86不同，ARM架构的商业体系非常完善，ARM公司本身不制造芯片，只负责ARM的架构设计。然后将这些设计出来的架构以IP的形式技术授权出去，收取“授权费”。像高通的骁龙芯片、联发的科天玑芯片、海思的麒麟芯片，走的是ARM的技术许可协议。Arm目前合作的芯片制造公司大约有1000家，但每年赚取的授权费用就高达数十亿美元！海思的麒麟芯片仅是获取了ARMv8版本的永久授权，而高通、苹果则早就用上了ARMv9，如果一直不能获得最新的架构授权，即使解决了工艺问题，能够用上最先进的工艺制程，麒麟芯片可能永远打不过晓龙与苹果。
此外，ARM，是一个“半开放”的指令集架构，用ARM架构的厂商，只能根据自身需求，调整芯片的频率和功耗，不得改变芯片原有的设计。所以这也就是为什么。咱们只看到手机厂商们都在做「驯龙高手」，却从没见过哪家可以成为屠龙者，就是因为ARM，不准它们改。ARM的这项策略一定程度上很适合商业推广，对第三方公司的技术要求也有所降低，开发的周期也会大大缩短，只需要根据自己的需求，照着ARM提供的CPU和GPU架构找芯片代工厂下单、流片、生产即可。
但是。根据ARM的最新经营策略，基于ARM架构CPU的SoC，将不再允许加入外部的GPU、NPU等芯片。以后想用ARM架构CPU，就不能组装自家或别家的GPU等部件了，只能用ARM推出的整套套片。这就相当于，下馆子吃饭不准自带酒水，只能买餐馆的酒水一样。因此，对于当前移动领域的芯片设计公司而言，只有两条路。要么，委曲求全，接受ARM的捆绑销售，用ARM的全家桶套餐芯片，而且中国公司还要做好随时有可能被断供的准备。要么，就另辟蹊径，转战RISC-V架构。
反观RISC-V，在设计之初，就是一个为开源而生的完全开源的架构，用户可以根据自己的需求自由定制、设计架构，还能配置不同的指令子集。这也就意味着，厂商们想要芯片实现什么功能，只需要自己设计、自己“拼装”就好。理论上可以用于设计任何CPU。
综上所述，这就是众多大牌厂商转战RISC-V架构的原因。大力发展RISC-V产业，其实就是要为国产芯片建立一套自主可控的底层架构。
现在，我相信大家对RSIC-V，以及为什么要发展RSIC-V已经有了一个比较清晰的认识。接下来我将结合RSIC-V产业发展历程，对RSIC-V产业的特点进行深入分析
RISC-V是第五代精简指令集，精简指令集在20世纪八十年被提出，不到十年的时间便迭代了四次，之后便一直没有更新，直到22年之后的2010年，第五代精简指令集RISC-V被提出。
2015年，RISC-V 基金会成立，旨在聚合全球创新力量共同构建软硬件社区，打造RISC-V生态系统，并推动未来指令集体系进一步演进。目前基金会有超过327 名成员。
2018年，上海市经信委将从事RISC-V 相关设计和开发的公司作为扶持对象。这也是国内第一个和 RISC-V 相关的扶持政策。此后，国内中国RISC-V 产业联盟、中国开放指令生态联盟、RISC-V专利联盟、中国电子工业标准化技术协会 RISC-V 工作委员会等等众多机构纷纷成立。
RISC-V之所以能在短时间内快速发展，主要得益于它开源模块化及后发优势这两个方面。
首先，开源意味着自由（便宜）、安全（不怕留后门）及可控（不怕卡脖子），再加上RISC-V的模块化设计，使得用户可以灵活的选择不同的模块进行组合，从而通过一套芯片架构满足不同应用场景。这种模块化设计正是X86和ARM架构所不具备的，模块化使得RISC-V更加简洁和轻量化，意味着低功耗、小体积，因此非常适用于移动设备。
其次，后发优势，与X86和ARM这两大成熟架构相比，RISC-V架构具备显著的后发优势。计算机架构经过多年演进，更趋于成熟，许多问题已被研究透彻，作为后来者的RISC-V架构可以自然而然的加以规避。同时，没有向后兼容的历史包袱。此外，简洁的架构方案还可有效减少电路设计中的错误发生，毕竟CPU流片成本是极高的。行业的发展总是机遇与挑战并存。
正是也因为这些优点，在一定程度上，也是RISC-V架构发展的挑战。为什么我会这么说呢？开源所带来的自由，让所有厂商都可以使用还可以自行增加、修改指令集，那么大家做出来的芯片，是五花八门。从而导致整个行业日益碎片化，无法形成强有力的凝聚力。对于芯片而言，生态是非常重要的，X86的霸道来自于，windows生态。ARM的嚣张气焰，因为有安卓、苹果生态，并把软、硬件厂商都绑定在一起。但RISC-V生态，因为起步晚的后发劣势，又是开源、免费、灵活，大家随便修改，会导致生态无法协同统一。同时因为各个大厂，都自己搞自己的，同样会在开发工具、软件、人才、知识产权上，很难法协同统一，形成一个共同的、统一的生态。
前些天，有幸全程听完了芯原主办的第三届滴水湖RISC-V论坛，论坛最后的圆桌会议上第一个问题就是围绕RISC-V应用领域展开的。线上线下，经两万名专业观众的投票，结果显示，前六个RISC-V最有望成为主流处理器架构的领域依次为：微控制器、车载控制类芯片、无线连接芯片、边缘计算芯片、网络通信芯片、数据中心服务器芯片。
极简、模块化以及可定制扩展作为RISC-V的三大特征，通过这些指令子集的组合扩展，理论上可以构建适用于任何场景的微处理器（ MCU ）。
微处理器是一个比较宽泛的概念，任何芯片都可被称为微处理器。除MCU之外，汽车领域应当是RISC-V最被看好的应用场景，这里我们不妨以汽车领域为例，进一步探讨RISC-V在车规芯片领域的优势。
短期来看，RISC-V可在车规领域，实现控制芯片、通信芯片、安全芯片的架构替代。
相对于ARM垄断移动端市场，x86垄断PC市场，汽车MCU市场的内核架构则比较多元。目前国外的车规级MCU大厂的内核架构基本都是基于私有架构（比如英飞凌、瑞萨等）或者是Arm架构（比如恩智浦、Microchip），但是这些老牌厂商经过多年的发展，已经建立起来自己强大的生态体系。这也意味着国产厂商如果想要沿着他们原有的路线来追赶，必然会比较吃力。但是，随着全新开源的RISC-V架构的兴起，则给了更具自主可控特性的国产汽车MCU芯片厂商一个新的切入点。
虽然Arm架构和厂家自研架构目前占据车载娱乐、车身、底盘等应用的绝大部分份额。但是RISC-V兼具开源和通用优势，近几年已经成为主流厂商布局的重点方向。比如瑞萨电子也开辟了全新的RISC-V MCU产品线。另外，国内MCU厂商很多之前都还是在做8位MCU和16位MCU。但是随着汽车智能化的发展趋势，对MCU的规格要求进一步提升。32位MCU广泛应用于仪表板控制、车身控制、多媒体信息系统、引擎控制，以及新兴的智能性和实时性的安全系统及动力系统、 ADAS 等领域。数据显示，在2021年汽车MCU市场，32位MCU占比已经达到了70%，预计到2026年市占率将达到75%。所以从这个市场来看，对于32位的RISC-V MCU来说是很好的一个机会，将有着数十亿美元的替代空间。
中长期来看，RISC-V有望成为车规计算芯片的新选择
在车端应用方面，RISC-V结合矢量计算单元可有效提升芯片计算效率，有望在智驾和智舱计算芯片领域实现规模化应用。智驾芯片上，Mobileye推出的EyeQ Ultra芯片搭载12个RISC-V内核，可支持L4级别自动驾驶需求。智舱芯片上，SiFive P870A、中科院计算所第二代“香山”、赛昉科技昉·天枢-90等产品有望代替ARM A系列成为座舱芯片IP核。在云端应用方面，基于RISC-V芯片的算力中心，相较于英伟达等主流人工智能计算硬件拥有更高能耗比，可有效提升云端存储、计算效率，帮助降低汽车云化、车载物联网、自动驾驶开发、车路协同等领域运营成本。
近年来，国内新兴的车规级MCU厂商很多都不约而同的选择了RISC-V架构来做自己的车规级MCU，比如云途半导体、武汉二进制、国芯科技以及芯科集成。
国内外IP供应商已先后推出十余个系列车规级IP，覆盖通用、高性能MCU与安全芯片IP领域，已能基本满足目前车规级控制芯片需求。在此基础上，芯片厂商正研发应用于车身、动力、底盘等领域的高性能RISC-V芯片，瑞萨量产动力控制芯片RH850/U2B；东风集团与中信科集团共同成立二进制半导体发布的伏羲2360，可应用于发动机、变速箱、三电控制、ADAS、整车控制等领域；泰凌微TLSR9系列应用于汽车通信产品；方寸微电子TIH64Vx690可用于安全MPU。但整体上，汽车领域RISC-V芯片应用尚处于早期，仅有少量产品用在了座椅、车窗控制等功能安全较低领域，尚未实现大规模上车。
总的来看，在汽车芯片领域，领先企业已成功研发车规级RISC-V芯片产品，但应用尚处于前期。考虑到我国RISC-V芯片上车同样要面临产业生态不完善、发展碎片化等问题，为推动我国RISC-V汽车芯片发展，应从关键内核研发、推动成果上车、完善产业生态、开展国际合作、培养产业人才等方向加速推进。
虽然RISC-V有很多优势，但是客观上讲，现阶段RISC-V一定程度上是被过度追捧的，首先，当前，它并不具备与X86或ARM在PC或移动终端领域进行竞争的能力。
其次，RISC-V不同联盟体系内的竞争应用领域和知识产权分散，难以形成权威性的龙头组织，一个联盟很容易被另一个联盟突然替代，企业站队错误将带来毁灭性的后果，类似于Symbian系统。这也使得很多企业在做出关键抉择时，变得非常谨慎，很多企业都是抱着不求一夜暴富，但求稳扎稳打的心态。
还有就是，之前提及的后发劣势，后发劣势不仅是要重建生态，还要面对无法绕开X86与ARM中的许多经典微架构的限制，来自X86与ARM的联合绞杀，必然会成为RISC-V发展的重大阻碍。
最后，对于国内RISC-V产业而言，还存在一个重大风险，那就是缺乏话语权。中国企业在RISC-V基金会的话语权不够，大厦建立在别人的地基上。在RISC-V基金会的高级会员中，中国企业占据80%。但是，全球RISC-V软件生态计划“RISE”项目中，中国大陆芯片公司仅有平头哥一家。中国企业难以实质性影响RISC-V的技术演进。RISC-V毕竟是美国人搞的东西，虽然目前RISC-V基金会表示并不会受美国出口管制，但未来究竟会怎么样？谁也无法保证RISC-V不会受到国际政治波及，所以保持与国际组织积极接轨的同时，成立中国人自己主导的RISC-V产业联盟势在必行。
最后，对今天的汇报做一个小结。
凭借其开放性、简洁高效的设计和可扩展性，历经13年的发展，RISC-V架构在MCU领域已经有所积累，车规芯片、无线通信芯片、边沿计算芯片、AI芯片等领域也初具规模。
未来，随着生态建设的加强和技术成熟度的提高，RISC-V有望在各个领域实现广泛的市场应用，甚至包括PC和移动端领域，承载起国产芯片架构全链生态、自主可控的行业使命！
