芯片指令集架構（IP）是溝通軟硬件運算之間的橋梁，是處理器的靈魂。

根據市調機構 Markets and Markets 日前的預估，截至 2020 年為止，全球半導體 IP 市場規模將達 56.3 億美元，而 2014 至 2020 年全球半導體 IP 市場的年復合成長率達 12.6% 的情況下，全球半導體 IP 市場未來仍有很大的成長空間。

RISC-V架構為何能異軍突起挑戰ARM？

曾幾何時，指令集架構百花齊放、各具優勢，但是隨著商業競爭的發展，商用半導體IP的數量越來越少。目前最主流的IP包括ARM、Intel的X86架構。

其中ARM在中國有100多位合作伙伴，2017年基于ARM生產的芯片產品有170億顆，有業內人士預測在物聯網時代，基于ARM架構芯片將達到萬億級別。

盡管市場普及度最高，不過ARM作為一款商用IP，仍然存在不少問題。傳統的ARM的IP售價是很貴的。并且每個版本的發布時間也是很長，同時也讓創新門檻變高，只有大公司才能買到IP，很難快速響應邊緣化的計算需求。

由于不滿ARM等處理器架構的復雜性和相關知識產權的限制，在現代計算機架構先驅John Hennessy與David Patterson的推動下，伯克利大學決定發明一種全新的指令集架構，可以被任何學術機構或商業組織自由使用。

RISC-V最初為非營利組織RISC-V基金會所制定的開源指令集架構(ISA)。由于RISC-V具備精簡、模塊化及可擴充等優點，除了在學術機構被廣泛作為教育研究教材，近期在各種重要應用領域迅速興起。

2016年，RiSC-V成立了基金會，初創企業包括Google、西部數據、***晶心、聯發科、杭州中天、華為等。目前RISC-V基金會成員已超過200, 包含國際知名的系統公司、半導體公司、 硅智財公司、軟硬件發展工具公司及柏克利、MIT等名校。如阿里巴巴、華米、樂心，還有一些系統整合的公司都加入進來。

傳統的ARM指令集是不允許做擴展，但是RISC-V是方便做可擴展的。另外RISC-由于是后發的架構，在技術上非常精簡且容易實現。這些特點吸引了很多大公司為其站臺。RISC-V基金會每年會進行兩到三場RISC-V的研討會，每一次都會有大公司和知名大學來主辦主場。

其中西部數據公開宣傳將替換其所有產品的處理器為RISC-V，Nvidia表示將用RISC-V來做GPU內部控制內核。三星尋求用RISC-V來做微控制器內核；CEVA尋求用RISC-V來做MCU控制內核。Micron則宣布用RISC-V來做存儲器芯片內控制器核。

目前已經商用量產的RISC-V芯片，包括美國的Sifive，采用Linux處理器核，另一款是Greenwaves IoT應用處理器，這是歐洲公司推出的非常低功耗的IoT處理器，也是采用RISC-V的處理器。

相對國外公司來說，國內大型的芯片公司采用RISC-V架構的還比較少。在中美貿易戰的大背景下，國產芯片開始追求自主可控的芯片指令集架構。國外的指令集架構本質上是一種授權付費的，很難實現國產自主。如果國家自己定義一套指令集架構沒有太大意義，因為處理器架構必須是全球范圍的一個通用架構，必須獲得生態支持。

目前國產芯片中，飛騰——國防科大、展訊、華為、華芯通主要采用ARM V7/V8-A架構，北大眾志、兆芯、海光主要采用X86架構，龍芯、君正采用MIPS架構、中晟宏芯采用IBM Power8架構、申威則采用DEC的Alpha 21164架構。據了解，目前華為海思也在低調的研發RISC-V架構的芯片，只是沒有對外公布進度。

RISC-V架構的初衷是開源免費的，可以被任何學術機構和商業組織使用。但是不可避免的，由于大企業的進入，RISC-V與ARM的競爭愈演愈烈。如果要比較兩種架構的話，ARM可能有10000個客戶，而RISC-V可能只有幾百個客戶，在生態上當然是ARM更強大，相對應的ARM還會提供各種開發工具包和編譯器。跟RISC-V相比，事實上還有不少非主流的開源IP,比如Power PC、MIPS等。筆者認為，這兩種架構各具優勢。在數據中心這一塊，X86仍占據優勢，手機、平板等對生態要求較高的單一性市場領域，ARM的壟斷優勢將長期存在；而在新興的領域，如IoT、AI、邊緣計算等，RISC-V則具有爆發潛力。

在IoT領域，什么樣的RISC-V芯片更具優勢？

這是因為類似于語音、無人駕駛、無人商店、智能金融、機器人等物聯網應用都非常碎片化。在破碎的生態中要快速定義出差異化的產品，采用開源的芯片指令集架構更加靈活快速。此外，雖然短時間還比不上ARM，RISC-V是全世界通用的標準指令集，生態長期向好。因為全球的大學都在以RISC-V授課，隨著5年、10年的維度來看，對RISC-V的掌握情況會成為基本技能。尤其它的架構是免費開放，降低了創新門檻，有技術能力的個人和公司能夠使用這個架構來開發一些有意思的應用。由于具備低成本的優勢，也降低了創新的代價。因此越來越多的新創公司越來越多使用RISC-V內核，希望進入技術創新領域。

以物聯網和可穿戴領域應用廣泛的MCU為例，越來越多的芯片廠商開始采用RISC-V架構推行32位MCU，比如國產的蜂鳥MCU就是由芯來科技研發。芯來科技作為RISC-V開源處理器內核蜂鳥E203創建者，為開源社區做出了巨大貢獻。

商用高質量的RISC-V處理器和學術研究用的RISC-V處理器是不同的，這一點很好理解，因為要開發相關的工具和針對客戶應用進行定制都需要花費大量的資源和人力物力。免費的午餐往往只能填飽肚子。雖然RISC-V是免費的，但是涉及到流片、設計、制造都需要很高的成本，對IC設計公司也有很高的要求。

芯來科技創始人胡振波認為，高品質的RISC-V必須具備五大要素：

1.專業、優質和及時的本地化服務；

2.一流的設計，成熟和穩健的設計方法，良好的代碼可讀性，以及充分的驗證以保證質量。

3.出色的PPA（Power Performance Area）參數和良好的可擴展性，為客戶的產品帶來出色競爭力和差異性；

4.優異的代碼密度（Code Density），為客戶的芯片節省寶貴的片上SRAM、Flash或ROM；

5.一流的圖形化集成開發環境（IDE，Integrated Development Environment），通過完善的功能以及優秀的體驗提升用戶的生產效率，這對于面向AIoT領域的芯片產品極為重要。

胡振波表示，芯來科技和晶心科技合作開發的AndesCore? N22處理器內核IP完全滿足上述五要素。具2階流水線的N22是晶心V5系列產品中最小的RISC-V內核，但卻提供了令人印象深刻的3.93 CoreMark/MHz性能。如果采用臺積電28納米工藝，在最差的情況下，其性能也能達到750MHz以上。

N22與其它RISC-V架構相比，有何優勢？

聯發科蔡明介為何多年前戰略投資晶心？

晶心科技于2005年創立于***新竹科學園區，最開始是開發32/64位處理器核心，此前曾開發出自有的CPU平臺架構。在進入RISC-V領域之前，晶心科技已經累計了非常多的CPU設計經驗。晶心目前的自主研發之V3 CPU家族包括N7、N8、N9、N10、N13、N15、S8、E8、D15和N15系列皆已成熟到位，滿足客戶各種應用面的全方位需求。

2018年，晶心科技除了持續支持V3架構外，于RISC-V架構系列，晶心推出32/64位、適合以Linux為基礎的應用架構之嵌入式微處理器A25/AX25，其應用包括更高階高價的產品，例如無人機、智能無線通信、網通、圖像處理等應用。

晶心科技與半導體設計公司聯發科技關系匪淺。據了解，目前MTK持有14.9%的晶心科技股份，由聯發科創始人蔡明介擔任董事長。目前，國內的前 15 大 IC 設計公司之中，已經有 8 家成為晶心科技的客戶。韓國市場方面，則是前 10 大 IC 設計公司中有 3 家已經成為旗下客戶。在日本與美國方面，晶心科技則積極開發電信公司、家電廠商、以及網通設備公司旗下的 IC 設計廠成為其重要的客戶。

晶心科技IP的芯片出貨量，從2016年的4.3億、2017年的5.9億顆，到2018年的10億顆，年成長率分別為37%及69%，成長幅度驚人。至 2018年底，內嵌晶心處理器核心之SoC芯片之累積數量已超過35億顆（包括RISC-V），2018年有16項簽約針對RISC-V來簽約。覆蓋了多樣化且廣泛的應用，例如人工智能和機器學習（ML）、音頻、藍牙、電玩游戲、GPS、物聯網、微控制器（MCU）、傳感器融合（sensor fusion）、固態存儲盤（SSD）控制器、觸控屏和TDDI控制器、USB 3.0儲存設備、語音識別、Wi-Fi和無線充電器等。

聯發科的物聯網芯片MT7681就采用了晶心的AndesCore

投資晶心科技可以說是聯發科技的一個戰略意義的布局，盡管目前MTK的商用芯片仍然以ARM架構為主，MTK也采用了不少晶心科技開發的V3核來開發物聯網產品，但據說其內部也已經成立BU專門進行RISC-V的相關研發。

如何解讀晶心AndeStar? V5 ？

AndeStar? V5處理器家族

3月21日，作為RISC-V聯盟的元老級成員，晶心科技在深圳舉辦了RISC-V CON的技術研討會。除了繼續推廣RISC-V最新的技術趨勢及市場動態，也介紹晶心AndeStar? V5高效能處理器核心25系列的新產品及最新小面積的22系列。四款產品都具備動態分支預測、指令和數據快取、高速存取的區域性內存、防止軟性錯誤(soft error)的第一級快取內存錯誤檢查和糾正(ECC)、以及能大幅簡化Domain-Specific Acceleration (DSA)設計的自定義指令集擴充Andes Custom Extension? (ACE)。除了皆支持User/Machine 模式以外，A25/AX25更多了Supervisor模式以及內存管理單元(MMU)，以運行Linux作業系統及其應用。在浮點運算方面，N25F/NX25F支持IEEE754兼容的單精度或單/雙精度。針對機器學習等應用，晶心更將浮點運算的支持擴大至半精度，讓載入/儲存16位半精度數據時自動進行單精度/半精度的數據轉換。上述的浮點運算功能在A25/AX25 均為可選配的功能項目之一。

晶心所有處理器都是具備可讀(human-readable) 、 適用于設計自動化工具的Verilog RTL碼，且提供工程師選擇最終配置的彈性。

此外，25系列也是第一個具有DSP功能的RISC-V核

簡單來說AndeStar? V5就是在RISC-V開源基礎上進行進一步優化的定制化架構，由于增加了ACE功能，使得工程師更容易在V5架構處理器上增加定制化指令。據了解，目前V5架構的處理器已經可以采用28nm工藝制程，最高運算能力達到1.2GHz。

晶心Andes V3與RISC-V、ARM、MIPS、PPC、SPARC等不同指令集架構的對比

用晶心科技執行副總及技術長蘇泓萌博士的話，AndeStar? V5的定位是RISC-V最佳的擴展。如果跟ARM架構來對比，性能可以做到A53的80%。其目標市場包括：一、AndesCore? A25/AX25，適合以Linux為基礎的應用，例如無人機、智能無線通信、網通、圖像處理、先進駕駛輔助系統(ADAS)、儲存、數據中心以及機器/深度學習等等；二、AndesCore? N25F/NX25F，適合浮點密集型的多元應用，例如聲音處里、先進馬達控制器、衛星導航、高精度傳感器融合以及高階智能電表等等。

晶心科技總經理林志明和晶心科技執行副總及技術長蘇泓萌博士

盡管晶心科技在前年的Q4才推出了RISC-V的核心，但是晶心科技總經理林志明預計很快地晶心科技客戶們采用RISC-V架構的SOC出貨能夠達到10億顆。目前已經有25家Design win，有6~7家是做學術的的design win。

在物聯網應用中，往往需要多種IP進行組合來滿足復雜的創新應用。晶心是RISC-V開源軟件的主要貢獻者，從GCC及LLVM編譯器、函式庫、除錯器到U-Boot、Linux kernel和其主要組件等等都有晶心的貢獻。除此之外，晶心對于RISC-V架構的擴充也扮演關鍵角色，同時擔任ISA P-extension (Packed DSP) Task Group的主席以及Fast Interrupt Task Group的共同主席。晶心也與合作伙伴將持續攜手推動生態圈加速成長，致力于推廣RISC-V至主流應用。比如晶心科技就與Imagination Technologies合作，將N22和Imagination的Ensigma 系列支持 Wi-Fi、藍牙、IEEE 802.15.4 和GNSS的低功耗IP整合在一起，以為物聯網（IoT）市場提供完全集成的、立即可用的解決方案。

除此之外，晶心科技還與京微齊力和高云半導體合作，將RISC-V架構的SOC搭配FPGA，結合晶心科技以Eclipse為基礎的 RISC-V開發環境，可望助工程師加快開發進程。