異構(gòu)IoT時(shí)代全新架構(gòu)

1、西南證券發(fā)展研究中心陳杭、曹輝2019年9月3日國(guó)內(nèi)外廠商介紹RISC-V架構(gòu)介紹RISC-V簡(jiǎn)介CPU主流架構(gòu)：x86、ARM、RISC-VRICS-V的設(shè)計(jì)理念及優(yōu)勢(shì)RISC-V的歷史沿革與市場(chǎng)應(yīng)用RISC-V目前存在的缺點(diǎn)和競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手國(guó)內(nèi)芯片自主可控的機(jī)會(huì)RISC-V是一種指令集RISC-V，一般被念做：risk five。V，即羅馬數(shù)字5。該指令集是RISC系列指令集的第五代產(chǎn)品。RISC-V是一種基于“精簡(jiǎn)指令集（RISC）”原則的開源指令集架構(gòu)。指令集：存儲(chǔ)在CPU內(nèi)部，引導(dǎo)CPU進(jìn)行運(yùn)算，并幫助CPU更高效運(yùn)行，介于軟件和底層硬件之間的一套程序指令合集。P

2、C電腦里的CPU（中央處理器）券整理數(shù)據(jù)來源：鮮棗課堂，西南證CPU指令集西南電子兩大CPU指令集：CISC與RISC數(shù)據(jù)來源：西南證券誕生于1978年誕生于1985年x86ARMCPU（中央處理器），也被稱為微處理器，相當(dāng)于電子產(chǎn)品的大腦。在通信領(lǐng)域當(dāng)中，幾乎所有的重要信息都要由這個(gè) “大腦”所掌控，CPU芯片和操作系統(tǒng)是網(wǎng)信領(lǐng)域最基礎(chǔ)的核心技術(shù)。CPU主要有兩大指令集：復(fù)雜指令集（Complex Intruction Set Computer，CISC）架構(gòu)x86精簡(jiǎn)指令集（Reduced Intruction Set Computer，RISC）架構(gòu)ARM、MIPS和RISC-VCPU的

3、架構(gòu)一直以來是x86與ARM的天下，而自2010年RISC-V誕生以后 ，隱約在CPU架構(gòu)呈現(xiàn)出三足鼎立的趨勢(shì)。CPU主流架構(gòu)第五代誕生于2010年西南電子CPU主流架構(gòu)：x86、ARM、RISC-VX86：傳統(tǒng)PC市場(chǎng)的主流，善于處理大數(shù)據(jù)，IP掌握在英特爾和AMD手中ARM：移動(dòng)（手機(jī)）市場(chǎng)，處理快數(shù)據(jù)為主，目前也使用在便攜筆記本中，IP大部分掌握在ARM公司。RISC-V：當(dāng)需要同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)傳輸速度與傳輸量時(shí)，這兩類主流架構(gòu)的勝任能力有限。RISC-V表現(xiàn)出了較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。數(shù)據(jù)來源：西部數(shù)據(jù)，西南證券整理多樣數(shù)據(jù)種類與連接RISC-VRISC-V的發(fā)展歷程1981年，在David Patt

4、erson的帶領(lǐng)下，加州大學(xué)伯克利分校的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)起草了RISC-1，是今天RISC架構(gòu)的基礎(chǔ)。 隨后在1983年發(fā)布了RISC-II原型芯片，1984年和1988年發(fā)布了RISC-III和RISC-IV。RISC的設(shè)計(jì)理念也催生了一系列新架構(gòu)，如MIPS、服務(wù)器的王者IBM PowerPC以及現(xiàn)在統(tǒng)治嵌入式市場(chǎng)的ARM。2010年，加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并推出了一套基于BSD協(xié)議許可的免費(fèi)開放的指令集架構(gòu)RISC-V，其原型芯片也于2013年1月成功流片。數(shù)據(jù)來源：智東西， 西南證券整理 RISC發(fā)展歷程RISC-V設(shè)計(jì)理念大道至簡(jiǎn)，符合CPU處理需求發(fā)展RISC-V最大的特性就

5、在于“精簡(jiǎn)”。雖然與ARM同屬于精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，但因RISC-V是近年來才推出，沒有背負(fù)向后 兼容的歷史包袱，架構(gòu)短小精悍。相比于x86和ARM動(dòng)輒幾百數(shù)千頁，RISC-V的規(guī)范文檔僅有145頁，且“特權(quán)架構(gòu)文 檔”的篇幅也僅為91頁。以數(shù)據(jù)為中心的架構(gòu)數(shù)據(jù)來源：西部數(shù)據(jù)，西南證券整理RISC-V的5大優(yōu)勢(shì)數(shù)據(jù)來源：UCB Aspire Lab，西南證券整理簡(jiǎn)潔穩(wěn)定模塊 化Clean- slate 設(shè)計(jì)可擴(kuò) 展性/ 專業(yè) 化RISC-V的優(yōu)勢(shì)模塊化與指令數(shù)目少1、模塊化：RISC-V將不同的部分以模塊化的方式組織在一起，并試圖通過一套統(tǒng)一的架構(gòu)來滿足各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景 ，這種模塊化是x86與A

6、RM架構(gòu)所不具備的。2、指令數(shù)目少：受益于短小精悍的架構(gòu)以及模塊化的特性，RISC-V架構(gòu)的指令數(shù)目非常的簡(jiǎn)潔?；镜腞ISC-V指令數(shù) 目?jī)H有40多條，加上其他的模塊化擴(kuò)展指令也總共只有幾十條指令。RISC-V的模塊化指令集整理各指令集架構(gòu)的代碼密度比較（數(shù)據(jù)越小越好）C46數(shù)據(jù)來源：UCB Aspire Lab，西南證券基本指令指令數(shù)描述RV32I4732位地址空間與整數(shù)指令，支持32個(gè)通用整數(shù)寄存器RV32E47RV32I的子集，僅支持16個(gè)通用整數(shù)寄存器RV64I5964位地址空間與整數(shù)指令及一部分32位的整數(shù)指令RV128I71128位地址空間與整數(shù)指令及一部分32位的整數(shù)指令基本指

7、令指令數(shù)描述M8整數(shù)乘法與除法指令A(yù)11存儲(chǔ)器原子（Atomic）操作指令和Load-Reserved/Store-Conditional 指令F26單精度（32比特）浮點(diǎn)指令D26雙精度（64比特）浮點(diǎn)指令，必須支持F擴(kuò)展指令壓縮指令，指令長(zhǎng)度為16位100%140%136%101% 173%126%126%100%50%0%150%RV32CRV32x86ARMv7-A Thumb-2 MIPS32 MIPS16e100%141%131%129% 169%RV64CRV64x86-64ARMv8MIPS64數(shù)據(jù)來源：手把手教你設(shè)計(jì)CPURISC-V處理器篇，西南證券整理32位200%64位

8、200%150%100%50%0%RISC-V的優(yōu)勢(shì)開源，徹底免費(fèi)開放3、RISC-V全面開源，且具有全套開源免費(fèi)的編譯器、開發(fā)工具和軟件開發(fā)環(huán)境（IDE），其開源的特性允許任何用戶自 由修改、擴(kuò)展，從而能滿足量身定制的需求，大大降低指令集修改的門檻。同類產(chǎn)品中，ARM需要支付高昂的IP費(fèi)用才可使用，甚至需支付“預(yù)付款”才可看到細(xì)節(jié)。三類架構(gòu)對(duì)比數(shù)據(jù)來源： 手把手教你設(shè)計(jì)CPURISC-V處理器篇 ，西南證券整理x86PC處理器服務(wù)器市場(chǎng)僅通過芯片 銷售ARM手機(jī)/便攜式 筆記本處理 器移動(dòng)（手機(jī)）市場(chǎng)需要IP授權(quán)RISC-V靈活模塊化開源免費(fèi)， 可商用特性x86或ARM架構(gòu)RISC-V架構(gòu)篇

9、幅數(shù)千頁少于三百頁模塊化不支持支持模塊化可配置的指令子集可擴(kuò)展性不支持支持可擴(kuò)展定值指令指令數(shù)目指令數(shù)繁多，不同的 架構(gòu)分支彼此不兼容一套指令集支持所有架構(gòu)?；局噶罴瘍H40余條指令， 加上其他常用模塊子集指令，總指令數(shù)也僅幾十條。易實(shí)現(xiàn)性硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜度高硬件設(shè)計(jì)與編譯器實(shí)現(xiàn)非常簡(jiǎn)單RISC基金會(huì)已有200余個(gè)機(jī)構(gòu)參與2015年，RISC-V 基金會(huì)正式成立，吸引了包括英偉達(dá)、NXP、三星、Microsemi在內(nèi)等企業(yè)的加入。迄今為止，該基 金會(huì)已吸引了全球28個(gè)國(guó)家327多家會(huì)員加入。 RISC-V基金會(huì)負(fù)責(zé)維護(hù)RSIC-V指令集標(biāo)準(zhǔn)手冊(cè)與架構(gòu)文檔，每年 RISC-V基金會(huì)都會(huì)舉辦各種專題

10、討論會(huì)和全球活動(dòng)。2015Q3-2019Q1 RISC-V基金會(huì)成員數(shù)量數(shù)據(jù)來源：All About Circuits，西會(huì)員等級(jí)南證券整理RISC-V基金會(huì)內(nèi)部已有較為完善的生態(tài)圈證券整理數(shù)據(jù)來源：UCB Aspire Lab，西南物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代已至，RISC-V大有可為因?yàn)閤86適合處理大量數(shù)據(jù)，在傳統(tǒng)PC與服務(wù)器領(lǐng)域處于霸主地位，在手機(jī)帶來的科技革命趨勢(shì)下，需要快速處理數(shù)據(jù)，ARM架構(gòu)在手機(jī)處理器IP領(lǐng)域一統(tǒng)江湖。在半導(dǎo)體的歷史上，X86、ARM作為主流架構(gòu)一直都占有著很大的市場(chǎng)。隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來臨，而RISC-V作為新興 架構(gòu)，以其精簡(jiǎn)的體量，或許在未來的IoT領(lǐng)域中能取得絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。不

11、同架構(gòu)與數(shù)據(jù)、應(yīng)用擴(kuò)展方式數(shù)據(jù)來源：西部數(shù)據(jù)，西南證券整理X86傳統(tǒng)PC&服務(wù)器ARM移動(dòng)（嵌入式）市場(chǎng)RISC-VRISC-VRISC-V的應(yīng)用之一：IoT的“碎片化”需求，群雄逐鹿數(shù)據(jù)來源：紅帽開源文化，西南證券整理因?yàn)镮oT領(lǐng)域?qū)I芯片即要求高計(jì)算能力，又需要低延遲。所以，IoT芯片設(shè)計(jì)速度要快、成本要低、能量身定制。同時(shí)嵌入式市場(chǎng)具備少量多樣的特點(diǎn)，在各細(xì)分應(yīng)用場(chǎng)景并未形成真正壁壘，架構(gòu)的選擇五花八門。因此，這是RISC-V絕佳的突破口。RISC-V的開源能降低成本，也能讓用戶自由修改，可定制化，RISC-V生態(tài)與敏捷設(shè)計(jì)同源。目前，國(guó)內(nèi)外已有多家芯片企業(yè)投入大量資金研發(fā)RISC-V

12、在IoT領(lǐng)域的應(yīng)用。IoT領(lǐng)域結(jié)構(gòu)網(wǎng)關(guān)設(shè)備云平臺(tái)硬件Hardware軟件Software要求：高計(jì)算能力 &低延遲芯片：設(shè)計(jì)速度快 成本低量身定制RISC-V的應(yīng)用之一：IoT的安全問題未來的物聯(lián)網(wǎng)大概會(huì)有300億個(gè)設(shè)備被鏈接起來，那么物聯(lián)網(wǎng)安全并不是奢侈品，而是必需品。而RISC-V的開源特性允許 廣泛的受眾檢查其體系結(jié)構(gòu)，并在它們成為大范圍的安全事件之前糾正它們。 RISC-V可以通過提供“修復(fù)”核心而無 需實(shí)際更改核心的機(jī)會(huì)來影響我們現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)犯罪流行。全球物聯(lián)網(wǎng)鏈接的設(shè)備數(shù)量預(yù)測(cè)南證券整理數(shù)據(jù)來源：Strategy Analytics，西RISC-V的應(yīng)用之二：手機(jī)市場(chǎng)數(shù)據(jù)來源：IPn

13、est，西南證券整理根據(jù)SiFive首席執(zhí)行官Naveed Sherwani的預(yù)測(cè)，兩年之后RISC-V就會(huì)進(jìn)軍手機(jī)市場(chǎng)，與高通、蘋果、三星、聯(lián)發(fā)科等 ARM公司搶智能手機(jī)處理器市場(chǎng)，同時(shí)有可能威脅低功耗筆記本處理器。目前ARM公司的營(yíng)收數(shù)據(jù)略有下滑，2017與2018年，ARM的設(shè)計(jì)IP市占率分別下滑1.6%及1.5%。因此，ARM也作 出了相應(yīng)的改善策略。2019年7月，Arm 推出新的授權(quán)模式“Flexible Access”：對(duì)于中低階芯片的授權(quán)，未來客戶不 再需要繳納“預(yù)付款”才能看到設(shè)計(jì)細(xì)節(jié).2016年ARM IP營(yíng)收市占率2017年ARM IP營(yíng)收市占率2018年ARM IP營(yíng)收

14、市占率RISC-V的應(yīng)用之三：服務(wù)器市場(chǎng)雖然目前RISC-V的高性能市場(chǎng)一片空白，但RISC-V本身用來設(shè)計(jì)高性能芯片是沒有問題的，學(xué)術(shù)界已經(jīng)有基于RISC-V 架構(gòu)的511核處理器（Celerity）。只是基于RISC-V的低門檻特點(diǎn)，進(jìn)入的企業(yè)體量較為小巧，沒有足夠的資金做長(zhǎng)期 布局與研發(fā)，高性能等需要較長(zhǎng)研發(fā)時(shí)間的領(lǐng)域尚無人嘗試。根據(jù)SiFive首席執(zhí)行官Naveed Sherwani的預(yù)測(cè)，5年后RISC-V指令的處理器就有可能進(jìn)軍服務(wù)器市場(chǎng)，AMD、英特爾這樣的x86處理器公司也許將要擔(dān)心?；赗ISC-V架構(gòu)的511核處理器（Celerity）券整理數(shù)據(jù)來源：半導(dǎo)體行業(yè)觀察，西南證

15、1801601401201008060402001009080706050403020100%核心邊緣 端點(diǎn)RISC-V的應(yīng)用之四：存儲(chǔ)市場(chǎng)硬盤本身并不需要像SSD那樣龐大的計(jì)算資源，但是由于新的磁記錄技術(shù)，更復(fù)雜的功能（例如，基于NAND Flash的 緩存，健康管理，QoS），它們的處理要求也在增長(zhǎng)增強(qiáng)等。這對(duì)存儲(chǔ)器中控制芯片的計(jì)算能力要求變高了。2017年，根據(jù)IDC和希捷的數(shù)據(jù)，2016年全球產(chǎn)生了16.1個(gè)ZB（ZetaBytes）數(shù)據(jù)，到2025年全球數(shù)據(jù)球體將增長(zhǎng)一個(gè) 數(shù)量級(jí)到163個(gè)ZB。并且需要實(shí)時(shí)處理和低延遲的數(shù)據(jù)量正在增長(zhǎng)。雖然數(shù)據(jù)可以就近傳輸?shù)礁浇姆?wù)器匯總進(jìn)行處理，

16、這需要更為強(qiáng)大的服務(wù)器，但服務(wù)器本身對(duì)處理快數(shù)據(jù)的效率不高，因此硬盤不僅存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，還需要處理它。理數(shù)據(jù)來源：Anand Tech，西南證券整 存儲(chǔ)器中創(chuàng)建數(shù)據(jù)的位置 全球數(shù)據(jù)空間的年規(guī)模創(chuàng) 造 的 數(shù) 據(jù)/ZetaBytes2018年基于RISC-V的軟件工具和IP全球營(yíng)收5000萬美元，2025年將達(dá)到20倍目前RISC-V被認(rèn)為最適合應(yīng)用在IoT市場(chǎng)。因?yàn)镮oT市場(chǎng)的情況更為靈活，是一個(gè)“碎片化”的市場(chǎng)，客戶需求相對(duì)多樣 化，目前尚無任一架構(gòu)統(tǒng)一市場(chǎng)，而RISC-V具有低功耗、低成本、靈活可擴(kuò)展及安全可靠的特性。雖然RICS-V本身是開源免費(fèi)的，但是用戶對(duì)RICS-V的架構(gòu)進(jìn)行使用和修改后

17、可以進(jìn)行銷售。根據(jù)Tractica的預(yù)測(cè)，基于 RISC-V的IP和軟件工具的全球收入將在2025年增加到11億美元，高于2018年的5200萬美元?；赗ISC-V的軟件工具和IP全球營(yíng)收預(yù)測(cè)（億美元）1210864202018數(shù)據(jù)來源：Tractica，西南證券整理201920242025202020212022北美洲歐洲亞太地區(qū)拉丁美洲2023中東&非洲RISC-V目前尚缺少生態(tài)系統(tǒng)CPU 架構(gòu)的影響力主要是依賴他生長(zhǎng)的一整套生態(tài)系統(tǒng)，比如基于x86的Windows，基于ARM的Android。RISC-V 現(xiàn)在最缺的是生態(tài)系統(tǒng)，特別是IoT碎片化的性質(zhì)，沒有一個(gè)統(tǒng)一的軟件棧生態(tài)。RIS

18、C-V基金會(huì)其實(shí)對(duì)此并不做任何定義，生態(tài)系統(tǒng)的搭建交予使用者來自行發(fā)揮。并且生態(tài)系統(tǒng)并非一蹴而就，根據(jù) RISC-V基金會(huì)亞太區(qū)副秘書長(zhǎng)郭雄飛所言，唯有RISC-V MCU大規(guī)模量產(chǎn)，開發(fā)者真正隨手可得，相應(yīng)的軟件生態(tài)才 能大規(guī)模爆發(fā)。三大架構(gòu)與生態(tài)系統(tǒng)證券整理數(shù)據(jù)來源：All About Circuits，西南MIPS或成RISC-V在AI芯片賽道上的最強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)者ARM、MIPS和RISC-V皆屬于精簡(jiǎn)指令集（RISC）架構(gòu)。在智能手機(jī)時(shí)代，由于MIPS選擇消費(fèi)電子時(shí)，Arm選擇了手機(jī)市場(chǎng)，即使ARM與MIPS的誕生時(shí)間相差些許，但更晚出現(xiàn) 的Arm成為了智能手機(jī)時(shí)代的標(biāo)簽。MIPS和RISC

19、-V兩者的架構(gòu)也相差不大。因此，在2018年12月MIPS宣布開源之后，MIPS可能成為RISC-V在AI時(shí)代 強(qiáng)有力的競(jìng)爭(zhēng)者。并且基于MIPS指令集的芯片已經(jīng)有100億顆的出貨，這意味著MIPS處理器在機(jī)頂盒、錄音筆、智能 手表等市場(chǎng)已經(jīng)非常成熟。未來，政策、生態(tài)、軟件等方面的因素是兩個(gè)指令集在AI時(shí)代競(jìng)賽的重要考量。MIPS架構(gòu)與MIPS公司的發(fā)展歷程1984年John Hennessy教 授 創(chuàng) 立 MIPS Computer Systems Inc.。1981年美國(guó)斯坦福大學(xué)的John授發(fā)布了 片。Hennessy教 第一款MIPS芯數(shù)據(jù)來源：西部數(shù)據(jù)，西南證券整理1989年MIPS

20、Computer Systems Inc.上 市，專注于工作站2018年6月人工智能芯片初創(chuàng)企 業(yè)Wave Computing 收購(gòu)MIPS。2018年12月Wave Computing宣 布MIPS架構(gòu)即 將開源。1991年MIPS公司發(fā)布 了世界上第一款 64位處理器 R4000。1992年Silicon Graphics Inc.（SGI）并購(gòu) 了 MIPS Computer Systems Inc.，成立MIPS技術(shù)公司（MTI）。1998年從SGI中分拆后，MIPS Technologies Inc.再次上 市，其戰(zhàn)略發(fā)生變化，重 點(diǎn)放在嵌入式系統(tǒng)。MIPS“無內(nèi)部互鎖流水級(jí)的微處理

21、器”（Microprocessor without interlocked piped stages）RISC-V是國(guó)內(nèi)芯片自主可控一次彎道超車的機(jī)會(huì)目前所有的通用x86架構(gòu)處理器技術(shù)都掌握在英特爾和AMD公司手中，ARM則也受到美國(guó)政策的限制。同時(shí)信息安全也 是近幾年來一直在強(qiáng)調(diào)的話題。在政府、海關(guān)、金融、鐵路、民航、醫(yī)療、軍警等重要部門，保障其通信安全尤為重要。但RISC-V的開源特性，使得國(guó)內(nèi)企業(yè)可以繼續(xù)使用。同時(shí)因?yàn)槠淠K化的設(shè)計(jì)，可以直接應(yīng)用模塊，使用門檻不高。并 且對(duì)于新時(shí)代IoT等趨勢(shì)的驅(qū)動(dòng)下，RISC-V對(duì)比其余架構(gòu)存在較大的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)企業(yè)提前布局，或可成為該行業(yè)巨頭之 一。自

22、2018年開始，在國(guó)內(nèi)的半導(dǎo)體技術(shù)圈里，已經(jīng)掀起了一場(chǎng)關(guān)于RISCV的討論熱潮。國(guó)內(nèi)RISC-V AI及IoT芯片產(chǎn)業(yè)鏈部分重量級(jí)玩家券整理華數(shù)據(jù)來源：芯潮，西南證公司成立時(shí)間RISC-V相關(guān)產(chǎn)品阿里平頭哥（杭州中天微和阿里達(dá)摩院合并）2018年支持物聯(lián)網(wǎng)安全功能的RISC-V處理器CK902臺(tái)灣晶心科技2005年業(yè)界第一款包含RISC-V的64位IP核NX25北京君正2005年正在開展基于RISC-V架構(gòu)的CPU研發(fā)美高森美1995年RV32IM RISC-V內(nèi)核米科技2014年首款RISC-V架構(gòu)的可穿戴設(shè)備黃山1號(hào)中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟構(gòu)建RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系數(shù)據(jù)來源：CRVIC，

23、西南證券整理9月20日上午，中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(China RISC-V Industry Consortium，CRVIC)成立大會(huì)在張江的上海集成電路 行業(yè)協(xié)會(huì)會(huì)議室成功召開。吸引芯原控股、芯來科技、上海賽昉科技、杭州中天微、北京君正、兆易創(chuàng)新、紫光展銳等多 家單位加入，芯原控股有限公司擔(dān)任聯(lián)盟首任理事長(zhǎng)單位。設(shè)立聯(lián)盟為搭建產(chǎn)業(yè)交流平臺(tái)，推動(dòng)RISC-V 廣泛應(yīng)用；推動(dòng)RISC-V 人才培養(yǎng)，建立高校培養(yǎng)計(jì)劃；推動(dòng)會(huì)員協(xié)同發(fā)展，建立長(zhǎng)效合作機(jī)制；承接RISC-V 全球基金會(huì)活動(dòng)，深化國(guó)際合作交流。中國(guó)RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟宗旨搭建產(chǎn)業(yè)交流平臺(tái)，推動(dòng)RISC-V 廣泛應(yīng)用產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系推動(dòng)

24、RISC-V 人才培養(yǎng)，建立高校培養(yǎng)計(jì)劃IP核芯片軟件整機(jī)系統(tǒng)推動(dòng)會(huì)員協(xié)同發(fā)展，建立長(zhǎng)效合作機(jī)制承接RISC-V 全球基金會(huì)活動(dòng)，深化國(guó)際合作交流總結(jié)：RISC-V在IoT等新興領(lǐng)域擁有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)擁有在IoT等新興領(lǐng)域深耕的客觀條件，或能突破x86和ARM在CPU架構(gòu)方面的壟斷地位。精簡(jiǎn)架構(gòu)簡(jiǎn)潔 模塊化指令集數(shù)目少無需向后兼容安全安全系數(shù)高 穩(wěn)定開源免費(fèi)使用用戶能自由修改 可定制化下游市場(chǎng)完美符合新興市場(chǎng) IoT生態(tài)尚未統(tǒng)一軟件棧生態(tài)RISC-V架構(gòu)介紹國(guó)內(nèi)外廠商介紹SiFive西部數(shù)據(jù)兆易創(chuàng)新華米科技阿里平頭哥SiFive：創(chuàng)始人即RISC-V開發(fā)者SiFIve位于舊金山，是最早的RIS

25、C-V公司，創(chuàng)立與2007年，其創(chuàng)始人即發(fā)明并開發(fā)RISC-V的UCB團(tuán)隊(duì)。從2015年開 始，該公司發(fā)布了許多基于RISC-V的處理器內(nèi)核，主要針對(duì)從發(fā)燒友到主要制造商的各個(gè)級(jí)別的開發(fā)。2017年，該公司發(fā)布了U54-MC Coreplex，這是第一款支持Linux，Unix和FreeBSD的基于RISC-V的芯片。2019年，該公司通過推出用于嵌入式架構(gòu)的64位微控制器S2 Core IP系列擴(kuò)展了其產(chǎn)品組合。SiFive表示，其S2系列的目標(biāo)是處理越來越多的連接設(shè)備的處理需求，處理實(shí)時(shí)工作負(fù)載，并在不同程度上利用人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)。創(chuàng)企SiFive整理數(shù)據(jù)來源：SiFive，芯潮，西南證

26、券同一個(gè)團(tuán)隊(duì)創(chuàng)立于 2007年D 輪 ： 6540萬美元（2019年6月）首家基于RISC-V 指令集架構(gòu)的定 制半導(dǎo)體供應(yīng)商SiFive：受到多家ARM客戶的投資數(shù)據(jù)來源：SiFIve，西南證券整理該創(chuàng)業(yè)公司稱其目前擁有超過100個(gè)RISC-V處理器許可證，并表示其中包括高通和SK海力士在內(nèi)的十大半導(dǎo)體公司中有 六家是其客戶。Sifive設(shè)計(jì)的芯片已被用于商業(yè)發(fā)行的產(chǎn)品中，包括中國(guó)可穿戴設(shè)備公司Huami生產(chǎn)的智能手表和韓國(guó) 初創(chuàng)企業(yè)Fadu生產(chǎn)的存儲(chǔ)設(shè)備。高通作為ARM最大的客戶之一，也參與投資了SiFive。這預(yù)示著，高通未來將開發(fā)基于RISC-V架構(gòu)的處理器，擺脫對(duì)于Arm的完全依賴。

27、SiFive投資者SiFive：芯片設(shè)計(jì)軟件化結(jié)合RISC-V整理數(shù)據(jù)來源：電子工程專輯，西南證券主要產(chǎn)品 和服務(wù)云端設(shè)計(jì)：Core Designer與Chip Designer，可讓客戶在云 端根據(jù)自己的個(gè)性化需要配置芯片；SoC模板：針對(duì)低功耗消費(fèi)電子和工業(yè)IoT應(yīng)用，只需要1-3個(gè) 月時(shí)間，以較低的成本即可得到定制化的專用芯片。DesignShare：構(gòu)建RISC-V生態(tài)，匯聚多家供應(yīng)商的IP和設(shè) 計(jì)工具。SiFive被認(rèn)為是IP供應(yīng)商，但其實(shí)是通過芯片設(shè)計(jì)軟件化與RISC-V的結(jié)合，創(chuàng)造出無限可能的IP Core，目前SiFive已推 出數(shù)款產(chǎn)品，產(chǎn)品線可分為E Core、S Core

28、、U Core三大區(qū)塊，E Core為32位嵌入式處理器IP，主要應(yīng)用于MCU、邊 緣運(yùn)算、AI與IoT。SiFive也將持續(xù)推出全新的產(chǎn)品，并擴(kuò)大其應(yīng)用，著力于教育、研究合作與商用解決方案等3個(gè)方向，對(duì)于商用解決方案，從目前發(fā)展來看，RISC-V的發(fā)展將會(huì)與IoT息息相關(guān)，而IoT的垂直應(yīng)用也將對(duì)系統(tǒng)研發(fā)帶來嚴(yán)苛挑戰(zhàn)。SiFive主要產(chǎn)品與服務(wù)RISC-V內(nèi)核IP：從低功耗到高性能的標(biāo)準(zhǔn)RISC-V內(nèi)核IPE/S/U Core系列，直接對(duì)標(biāo)Arm的各系列處理器內(nèi)核SiFive模式：云端29：西部數(shù)據(jù)，西南證券整理數(shù)據(jù)來源西部數(shù)據(jù)：存儲(chǔ)為其業(yè)務(wù)業(yè)務(wù)重心西部數(shù)據(jù)成立于1970年，是家美國(guó)公司，是

29、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)業(yè)的排頭兵、硬盤業(yè)的領(lǐng)頭羊，為全球5大洲客戶提供存儲(chǔ)產(chǎn)品。西部數(shù)據(jù)提供廣泛的技術(shù)和系列產(chǎn)品，包括面向數(shù)據(jù)中心環(huán)境的存儲(chǔ)系統(tǒng)、存儲(chǔ)平臺(tái)和數(shù)據(jù)中心硬盤；在移動(dòng)性、終端與 計(jì)算環(huán)境中提供應(yīng)用于車載、互聯(lián)家庭、工業(yè)與IOT、智能手機(jī)和平板電腦、監(jiān)控的嵌入式移動(dòng)閃存卡，以及應(yīng)用于計(jì)算、企業(yè)、游戲、NAS和監(jiān)控設(shè)備的內(nèi)置硬盤。西部數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)示意圖30數(shù)據(jù)來源：西部數(shù)據(jù)，西南證券整理西部數(shù)據(jù)：將在存儲(chǔ)產(chǎn)品中使用RISC-V西部數(shù)據(jù)在2018年11月宣布，未來旗下硬盤處理器和控制器都逐漸轉(zhuǎn)移至成RISC-V架構(gòu)，為了開發(fā)RISC-V生態(tài)系統(tǒng)，Western Digital已經(jīng)在從事RISC-V項(xiàng)目的各家

30、公司中進(jìn)行合作和投資。目前西部數(shù)據(jù)的產(chǎn)品每年消耗大約10億個(gè)計(jì)算核心，而且消費(fèi)量正在上升。鑒于目前SSD / HDD的發(fā)展趨勢(shì)，未來將會(huì)消耗更多的內(nèi)核，因此計(jì)劃采用更為高效的架構(gòu)來設(shè)計(jì)存儲(chǔ)器中的控制芯片。一旦轉(zhuǎn)型完成，預(yù)計(jì)每年將有20億個(gè)基于 RISC-V架構(gòu)的內(nèi)核出貨。西部數(shù)據(jù)構(gòu)建的以數(shù)據(jù)為中心的計(jì)算機(jī)架構(gòu)DOR/NEWeDRAMAPSCMControllerSCMR/NEW等級(jí)規(guī)模100G EthernetPooled SCMServer NodesPooled FlashJBODServer NodesServer Nodes單片機(jī)外圍總線的廉價(jià)CPUSRAM/ eDRAMCPU/CSD

31、ORDRAM/MRAMSCMControllerSCMPCI-eSSD CNTLRTMNAND兆易創(chuàng)新：致力于存儲(chǔ)器、控制器及周邊產(chǎn)品研發(fā)的Fabless公司兆易創(chuàng)新于2005年創(chuàng)立于北京，是一家以中國(guó)為總部的全球化芯片設(shè)計(jì)公司。公司致力于各類存儲(chǔ)器、控制器及周邊產(chǎn) 品的設(shè)計(jì)研發(fā)，是國(guó)內(nèi)規(guī)模較大的非易失性存儲(chǔ)器(NVM)制造商之一。目前產(chǎn)品規(guī)劃布局極為出色，不斷拓展新市場(chǎng)。 2007-2011，NOR技術(shù)不斷成熟，營(yíng)收突破3億；2014年MCU業(yè)務(wù)營(yíng) 收增加，公司營(yíng)收達(dá)到9.5億；至2017年到達(dá)20億元營(yíng)收； 2018年布局DRAM、進(jìn)入人機(jī)交互領(lǐng)域 。公司主營(yíng)產(chǎn)品不斷更新數(shù)據(jù)來源：兆易創(chuàng)新

32、，西南證券整理兆易創(chuàng)新：MCU產(chǎn)品是電子產(chǎn)品的“大腦”MCU即微控制器，又稱單片機(jī)。即將CPU、存儲(chǔ)器（RAM和ROM）、多種I/O接口等集成在一片芯片上，形成的芯 片級(jí)計(jì)算機(jī)。作為電子產(chǎn)品的“大腦”，MCU負(fù)責(zé)電子產(chǎn)品中數(shù)據(jù)的處理和運(yùn)算，因其高性能、低功耗、可編程、 靈活性等優(yōu)點(diǎn)，在網(wǎng)絡(luò)通信、計(jì)算機(jī)、汽車電子、工業(yè)控制等領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。MCU按照用途可分為通用型和專用型，通用型是指其硬件及指令不是按照某種特定用途而設(shè)計(jì)。而按其操作的數(shù)據(jù) 位數(shù)，MCU可分為1位、4位、8位、16位、32位甚至64位。32不同位數(shù)MCU的用途子商情，西南證券整理數(shù)據(jù)來源：國(guó)際電位數(shù)MCU用途4位計(jì)算

33、器、車用儀表、車用防盜裝置、呼叫器、無線電話、CD播放器、LCD驅(qū)動(dòng)控制器、 兒童玩具、磅秤、充電器、胎壓計(jì)、溫濕度計(jì)、遙控器等8位電表、馬達(dá)控制器、電動(dòng)玩具機(jī)、呼叫器、傳真機(jī)、電話錄音機(jī)、鍵盤、USB16位移動(dòng)電話、數(shù)字相機(jī)、攝錄放影機(jī)32位智能家居、物聯(lián)網(wǎng)、電機(jī)及變頻控制、安防監(jiān)控、指紋辨識(shí)、觸控按鍵、Modem、GPS、STB、工作站、ISDN電話、激光打印機(jī)、彩色傳真機(jī)等64位高階工作站、多媒體互動(dòng)系統(tǒng)、高級(jí)電視游樂器、高級(jí)終端機(jī)等兆易創(chuàng)新：發(fā)布第一款基于RISC-V的通用MCU芯片數(shù)據(jù)來源：兆易創(chuàng)新，西南證券整理封裝類型2019年8月22日，兆易創(chuàng)新正式發(fā)布了全球首個(gè)基于RISC-V

34、開源架構(gòu)內(nèi)核的32位通用MCU產(chǎn)品-GD32VF103系列。 兆易創(chuàng)新是首次將RISC-V引入通用微控制器領(lǐng)域，并提供了從芯片到程序代碼庫、開發(fā)套件、設(shè)計(jì)方案等完整工具鏈支 持并持續(xù)打造RISC-V開發(fā)生態(tài)。GD32VF103 RISC-V主流組合GD32VF103 RISC-V大黃蜂核心主流線性最高 CPU頻率 108MHz，16K-128K閃存，8K-32KSRAM2.6-3.6V電源；5V I/O；所有支持USB OTG和CAN 2.0B40 至+85 工業(yè)級(jí)工作溫度系列pin to pin兼容和靈活S/W兼容兆易創(chuàng)新：搭建了RISC-V與ARM之間的橋梁本次發(fā)布的GD32VF103系列

35、，仍是采用與原先推出的基于ARM內(nèi)核的GD32F103相同的110nm的工藝設(shè)計(jì)，為了兩者兼 容，并搭建了RISC-V與ARM之間的橋梁，利用原有的GD32系列（ARM）與GD32V系列（RISC-V），早前的Arm用 戶可以實(shí)現(xiàn)快速切換，增強(qiáng)了代碼的復(fù)用性，將原有基于ARM架構(gòu)的芯片可完美轉(zhuǎn)換。GD32有完整的兼容性數(shù)據(jù)來源：兆易創(chuàng)新，西南證券整理產(chǎn)品型號(hào)兼容封裝和引腳兼容軟件開發(fā)兼容在RISC-V和Arm微控制器之間搭建快速通道并切換自如兆易創(chuàng)新：打造RISC-V開發(fā)生態(tài)目前，RISC-V的針對(duì)某些功能的專用芯片已有一定的出貨量，但對(duì)于整體的普及推廣包括覆蓋面仍不夠。兆易創(chuàng)新此舉一方面可推

36、動(dòng)RISC-V的發(fā)展，另一方面也可靈活切入專用市場(chǎng)，雙管齊下。該款MCU將可被應(yīng)用在工業(yè)控 制、消費(fèi)性電子、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、邊緣運(yùn)算及人工智慧等市場(chǎng)，是兆易創(chuàng)新進(jìn)軍市場(chǎng)的新利器。未來，兆易創(chuàng)新持續(xù)打造RISC-V開發(fā)生態(tài)，也將進(jìn)一步滿足市場(chǎng)對(duì)于開放性架構(gòu)的差異化需求并有利于發(fā)揮成本優(yōu)勢(shì)，其中包括基本的IDE（集成開發(fā)環(huán)境）、調(diào)試下載工具、嵌入式操作系統(tǒng)，以及上至云端解決方案。兆易創(chuàng)新的RISC-V生態(tài)開發(fā)數(shù)據(jù)來源：兆易創(chuàng)新，西南證券整理集成開發(fā)環(huán)境（IDE）程序代碼庫GD32V LibraryNuclei StudioHuawei IoT StudioSEGGER Embedded Stud

37、io調(diào)試下載工具GD-Link SEGGER J-Link V10嵌入式操作系統(tǒng)C/OS IIFreeRTOS RT-ThreadHuawei LiteOS云連接Huawei Cloud兆易創(chuàng)新：通用RISC-V的芯片，實(shí)現(xiàn)“百貨商店”戰(zhàn)略該枚MCU芯片也是實(shí)現(xiàn)兆易創(chuàng)新“百貨商店”戰(zhàn)略的第一步，兆易創(chuàng)新的MCU產(chǎn)品，加上Arm架構(gòu)的，入門型到高性 能增強(qiáng)型是全范圍覆蓋的。GD32現(xiàn)有的Cortex-M產(chǎn)品系列就有22款。將原有的存儲(chǔ)、MCU、傳感器的業(yè)務(wù)線形成之后，圍繞GD32 MCU，兆易創(chuàng)新的產(chǎn)品豐富度還要進(jìn)一步提升。未來的 MCU產(chǎn)品會(huì)有三種形態(tài)：純邏輯的，加入了存儲(chǔ)的eNVM，加入了無

38、線連接的eRF。GD32 MCU“百貨公司”規(guī)劃Wafer/KGD offeringsWi-Fi Bluetooth NB-IoTeFlash eMRAM eRRAM110nm,55nm, 40nm 5.5V,3V,1.8Vect數(shù)據(jù)來源：兆易創(chuàng)新，西南證券整理NOR NAND DRAM SRAMPressure Gas Fingerprint LightingOp.Amplifier AD/DAConverter Power ManagementeRFeNVMLogic存儲(chǔ)器傳感器模擬SIPofferings華米科技：從代工廠起家，逐步研發(fā)擁有核心芯片技術(shù)數(shù)據(jù)來源：華米科技，西南證券整理華米科技創(chuàng)立于2013年，是一家在智能穿戴技術(shù)領(lǐng)域有著豐富生物特征識(shí)別經(jīng)驗(yàn)和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的公司，擁有全球用戶 海量的生物識(shí)別和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)庫。原先僅僅是小米手環(huán)的代工廠，但公司堅(jiān)持“云（健康云服務(wù)）+端（可穿戴終端）+芯（芯片）”的布局，通過不懈的研 究積累，實(shí)現(xiàn)了底層技術(shù)（芯片設(shè)計(jì)）的積淀，并且是繼華為之后國(guó)內(nèi)第二家可獨(dú)立研發(fā)7nm芯片的公司。2018年2月 8日，華米科技在美國(guó)紐約證券交易所（NYSE）正式上市，成為首家在美上市的中國(guó)智能可穿戴硬件企業(yè)。華米科技“云+端+芯”布局19H1華米科技營(yíng)收、凈利潤(rùn)及智能手表出貨量云健康云服務(wù)端可穿戴設(shè)備芯芯片華米科技：可穿戴設(shè)備芯片，可