受生成式 AI 驅(qū)動(dòng), RISC-V 芯片市場(chǎng)快速發(fā)展。預(yù)計(jì)到2030年,RISC-V SoC出貨量將達(dá)到1618.1億顆,營(yíng)收將達(dá)到927億美元。其中,用于AI加速器的RISC-V SoC出貨量將達(dá)到41億顆,營(yíng)收將達(dá)到422億美元。
2017年前后,RISC-V在中國(guó)萌芽,一些RISC-V的先行者便開始摸索前行。匆匆數(shù)年過去,質(zhì)疑不再,掌聲潮起,RISC-V已然成為業(yè)界追逐的焦點(diǎn)。當(dāng)人們興奮地暢想著Arm無法攻克的高峰將要插上RISC-V的大旗,RISC-V早已在MCU領(lǐng)域證明了自己的價(jià)值,在這一過程中,沁恒微電子是其中的親歷者和主要推動(dòng)者。從2017年到2025年,沁恒在RISC-V上8年深耕、5年商用,走出了一條不同于一眾Arm MCU的差異化之路。
隨著RISC-V架構(gòu)在數(shù)據(jù)中心和邊緣計(jì)算領(lǐng)域的快速滲透,其虛擬化支持能力成為關(guān)鍵技術(shù)瓶頸。平頭哥C910處理器作為首款支持RISC-V虛擬化擴(kuò)展(H-extension)的高性能核心,通過KVM實(shí)現(xiàn)半虛擬化加速后,虛擬機(jī)性能較純軟件模擬提升達(dá)12倍,I/O延遲降低至5μs以內(nèi)。本文深入解析這一技術(shù)突破的實(shí)現(xiàn)路徑。
在RISC-V架構(gòu)蓬勃發(fā)展的背景下,平頭哥半導(dǎo)體推出的C910高性能處理器(12nm工藝,3.0GHz主頻)成為國(guó)產(chǎn)芯片的重要突破。本文通過C910平臺(tái)啟動(dòng)流程解析、關(guān)鍵內(nèi)核補(bǔ)丁開發(fā)、主線提交實(shí)戰(zhàn),完整呈現(xiàn)從芯片適配到社區(qū)貢獻(xiàn)的全鏈路技術(shù)細(xì)節(jié),助力國(guó)產(chǎn)RISC-V生態(tài)建設(shè)。
全球半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)向開源架構(gòu)加速遷移,RISC-V憑借其開放、模塊化與可定制化的特性,正成為數(shù)字信號(hào)處理(DSP)領(lǐng)域的重要技術(shù)載體。然而,開源DSP核的設(shè)計(jì)不僅需要突破硬件架構(gòu)的創(chuàng)新瓶頸,更需在指令集擴(kuò)展、生態(tài)兼容性及產(chǎn)業(yè)協(xié)同等方面構(gòu)建系統(tǒng)性解決方案。這場(chǎng)技術(shù)變革既蘊(yùn)含著打破傳統(tǒng)架構(gòu)壟斷的歷史機(jī)遇,也面臨著生態(tài)碎片化、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性等現(xiàn)實(shí)挑戰(zhàn)。
編譯器不僅是連接硬件與軟件的橋梁,還直接影響MCU的性能優(yōu)化與功能安全。面對(duì)汽車行業(yè)對(duì)高可靠性、低功耗和高算力的需求,編譯器需在確保ASIL-D等嚴(yán)格標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí),最大化發(fā)揮RISC-V芯片的潛力。
操作系統(tǒng)與芯片,同為智能汽車的技術(shù)底座?;仡櫰嚥僮飨到y(tǒng)的發(fā)展歷程,1995年德國(guó)汽車工業(yè)協(xié)會(huì)發(fā)布的OCK標(biāo)準(zhǔn)被視為起點(diǎn),涵蓋操作系統(tǒng)、通信和裝載管理三大功能模塊。三十年后的今天,OCK的許多核心內(nèi)容依然在AUTOSAR OS中得以延續(xù),展現(xiàn)了其強(qiáng)大的生命力。
當(dāng)前開發(fā)者在RISC-V汽車應(yīng)用開發(fā)中面臨多重挑戰(zhàn),從架構(gòu)多樣性到快速交付的緊迫需求。IAR通過平臺(tái)化、認(rèn)證工具、優(yōu)化流程和低代碼開發(fā)等策略,為開發(fā)者提供了高效解決方案。其架構(gòu)無關(guān)的工具鏈、先進(jìn)的調(diào)試能力以及認(rèn)證工具鏈幫助行業(yè)應(yīng)對(duì)復(fù)雜性,滿足功能安全和快速交付的要求。隨著汽車行業(yè)向智能化加速邁進(jìn),IAR的實(shí)踐為RISC-V在下一代汽車中的應(yīng)用提供了有力支持。
2024年,車用安全攻擊造成的全球經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)250億美元,其中芯片攻擊導(dǎo)致的安全成本最為突出,達(dá)到200億美元,遠(yuǎn)超其他類別損失的總和。這一數(shù)據(jù)凸顯了車用芯片在數(shù)據(jù)防護(hù)與隔離方面的核心地位。隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的深入,車用芯片的安全性已成為不可回避的議題,各國(guó)相關(guān)法規(guī)的陸續(xù)出臺(tái)進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了這一需求。車用系統(tǒng)不僅需要滿足預(yù)測(cè)性、可靠性和偵查恢復(fù)能力的要求,還需確保處理器與車輛輔助系統(tǒng)之間的協(xié)同工作能夠達(dá)到高安全標(biāo)準(zhǔn)。
ARM的TrustZone和x86的SGX等技術(shù)已在TEE實(shí)現(xiàn)中占據(jù)主導(dǎo),但均存在局限。ARM TrustZone依賴專有硬件擴(kuò)展,增加了設(shè)計(jì)復(fù)雜性和成本,且靈活性有限;x86 SGX則因指令集封閉和高功耗,難以適應(yīng)資源受限的嵌入式場(chǎng)景。相比之下,RISC-V作為開源指令集架構(gòu),憑借其模塊化設(shè)計(jì)和高可定制性,為TEE提供了更靈活、低成本的實(shí)現(xiàn)路徑,支持多樣化的安全需求。
隨著設(shè)備聯(lián)網(wǎng)程度的加深,黑客攻擊的廣度和深度都在增加,安全問題已成為不可忽視的挑戰(zhàn)。與此同時(shí),傳統(tǒng)封閉指令集架構(gòu)(ISA)在安全定制化方面存在局限,而RISC-V的開放性和可擴(kuò)展性為開發(fā)者提供了靈活的解決方案,使其能夠在指令和模塊層面實(shí)現(xiàn)安全隔離和控制。
人形機(jī)器人近年來在公眾視野中的快速崛起,例如宇樹機(jī)器人登上春晚舞臺(tái),北京亦莊的機(jī)器人馬拉松比賽等等。這些事件不僅展示了人形機(jī)器人技術(shù)的成熟度,也反映了社會(huì)對(duì)這一領(lǐng)域的廣泛關(guān)注。而機(jī)器人產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展得益于多方面的技術(shù)進(jìn)步,尤其是主控芯片的性能提升。
根據(jù)Semico Research的預(yù)測(cè),到2025年RISC-V芯片出貨量將達(dá)到624億顆,覆蓋計(jì)算、消費(fèi)電子和工業(yè)等領(lǐng)域。而在這其中,RISC-V MCU是整個(gè)RISC-V生態(tài)的基本盤,以高質(zhì)量、應(yīng)用驅(qū)動(dòng)的解決方案為依托,RISC-V MCU廠商正在在這一增長(zhǎng)浪潮中占據(jù)重要位置,持續(xù)夯實(shí)RISC-V的生態(tài)基礎(chǔ)。
在工業(yè)控制領(lǐng)域,數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)的性能直接決定了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制能力和可靠性。德州儀器(TI)的C2000系列芯片憑借其卓越的采樣、控制和功率管理能力,長(zhǎng)期以來在全球工業(yè)控制市場(chǎng)占據(jù)絕對(duì)領(lǐng)導(dǎo)地位,廣泛應(yīng)用于能源、電源、工業(yè)自動(dòng)化、汽車和軌道交通等高可靠性場(chǎng)景。然而,隨著近年來地緣政治變化和供應(yīng)鏈安全的日益重視,中國(guó)芯片行業(yè)加速推動(dòng)國(guó)產(chǎn)替代,力求打破對(duì)國(guó)外核心技術(shù)的依賴。在這一背景下,格見半導(dǎo)體以RISC-V架構(gòu)為依托,推出了針對(duì)C2000系列的深度定制DSP國(guó)產(chǎn)替代方案,展現(xiàn)了其在高端實(shí)時(shí)控制領(lǐng)域的創(chuàng)新實(shí)力。
當(dāng)前實(shí)時(shí)核市場(chǎng)主要由國(guó)外廠商主導(dǎo),且多采用閉源指令集架構(gòu),這為基于開源RISC-V的國(guó)產(chǎn)實(shí)時(shí)核提供了重要機(jī)遇。RISC-V的開放性不僅降低了開發(fā)門檻,還為本土企業(yè)打破技術(shù)壁壘、實(shí)現(xiàn)自主創(chuàng)新提供了可能性。
“蒼鷹可以在森林中以64km/h的速度在林間快速穿梭,狩獵松鼠和兔子。但在蒼鷹啟動(dòng)那一刻起,林間很多山雀已經(jīng)提前敏銳的發(fā)現(xiàn)了危機(jī),并且發(fā)出一種特定的聲音,迅速發(fā)出警報(bào),這個(gè)時(shí)候蒼鷹面對(duì)的不再是松鼠個(gè)體,而是整個(gè)林間生態(tài)環(huán)境?!?/p>
RISC-V生態(tài)的快速發(fā)展源于業(yè)界對(duì)這一開放指令集體系結(jié)構(gòu)的共同信念,然而其發(fā)展并非一帆風(fēng)順。企業(yè)在推廣RISC-V時(shí)面臨諸多現(xiàn)實(shí)問題,包括來自客戶客戶的質(zhì)疑、與Arm的差異化價(jià)值、軟件移植的難度等等。但這些挑戰(zhàn)正在逐步得以解決。
7月17日,第五屆RISC-V中國(guó)峰會(huì)在上海召開。作為開源指令集架構(gòu)的創(chuàng)新典范,RISC-V正重構(gòu)全球芯片產(chǎn)業(yè)格局。峰會(huì)上,達(dá)摩院玄鐵提出構(gòu)建以RISC-V為核心的高性能應(yīng)用基座,通過DSA擴(kuò)展、全棧優(yōu)化和軟硬件協(xié)同設(shè)計(jì),為“端-邊-云”全場(chǎng)景算力需求提供了全新解決方案。
英偉達(dá)與RISC-V的淵源由來已久。2017年首屆RISC-V工作坊由上海交通大學(xué)與英偉達(dá)聯(lián)合主辦,這次工作坊也是全球第六屆RISC-V研討會(huì),主題聚焦于在微控制器(MCU)中嵌入RISC-V。當(dāng)時(shí)尚未有RISC-V產(chǎn)品發(fā)布,但英偉達(dá)已看到其潛力。八年后,英偉達(dá)在集成MCU產(chǎn)品中已出貨超過10億顆RISC-V芯片,取得了顯著成功。
面對(duì)計(jì)算密集型任務(wù)和并行處理挑戰(zhàn),RISC-V在服務(wù)器、AI加速器中初露鋒芒,但與x86、ARM相比,軟件生態(tài)和優(yōu)化仍需提升。未來,憑借開源特性與產(chǎn)業(yè)支持,RISC-V在HPC領(lǐng)域的高度值得期待。