物联网时代,RISC-V大有可为

谷波聊财经 2025-03-12 03:18:00

5G标志着万物互联时代的开启,在物联网时代,场景需求碎片化(成本敏感)、差异化,低成本、定制化的RISC-V架构在物联网时代优势尽显。

RISC-V指令集架构是第五代精简指令集,核心设计思路是精简的技术风格和开放的商业模式,相较于X86和ARM指令集架构,RISC-V在设计过程中充分考虑了小型、快速、低功耗的需求,运行效率大幅提升,在成本和灵活性上的优势更为明显。

国内多家厂商布局RISC-V,丰富全球生态建设。在其生态建设上,中国处于第一梯队。在技术和应用上的贡献度越来越高,这也意味着中国在RISC-V全球生态建设中正起到关键核心作用。

RISC-V产业趋势和生态构建相关厂商:海思、平头哥、芯来、赛昉、芯原股份(芯片设计服务和IP授权服务的龙头)、兆易创新、全志科技、乐鑫科技、国芯科技、中科蓝讯、晶晨股份、瑞芯微、汇顶科技等

事件:

X86和ARM作为当前最成功的两大指令集,一个主宰了服务器和PC市场,另一个则统治了移动通讯市场。全新的RISC-V指令集很难在短期内挑战现有竞争格局,而全新的物联网市场为RISC-V的发展提供了难得的历史机遇。据预测,RISC-V芯片未来在消费级PC、自动驾驶、网络通讯、工业控制、智能设备以及高性能服务器等领域的市场占有率将超过25%,成为全球半导体产业不可忽视的中坚力量。

2025年2月27日,以“共建生态·共享未来”为主题的2025中国RISC-V生态大会,于北京中关村国际创新中心成功召开。本次大会由中国开放指令生态(RISC-V)联盟、中国电子工业标准化技术协会RISC-V工作委员会、北京开源芯片研究院共同主办,中关村科学城管理委员会、中国电子信息产业发展研究院、北京电子学会共同协办,汇聚了来自中外的产学研界各方代表,共同聚焦RISC-V开源指令集技术,深入探讨其发展趋势与产业机遇,旨在汇聚全球智慧,展示RISC-V生态发展成果。

中国工程院院士倪光南:开源RISC-V将引领全球芯片产业变革。RISC-V生态已经在多个关键领域取得突破,尤其是在AI+、物联网、高性能计算、智能终端等方向,同时RISC-V的开源精神正在吸引全球开发者共同参与,让更多的企业和个人能够发挥作用,共同推动RISC-V技术和生态的成熟和普及。在RISC-V国际标准化组织(RVI)的带领下,各国成员单位已提出超过500项正式标准提案,涵盖高性能计算、AI计算、DSP、向量扩展等等多个领域。

阿里达摩院玄铁团队为推动全球RISC-V生态发展做出了卓越的贡献。从早期的C910高性能核,到C920以及更先进的RISC-VIP,玄铁团队的努力让更多开发者能够在高性能RISC-V处理器上进行创新,推动整个生态的进步。尤其是在AI和高性能计算领域,玄铁团队推动了超过30%RISC-V高性能IP的落地应用,加速了RISC-V在各个高端领域的渗透。这种务实的投入和创新,正是RISC-V生态健康发展的重要驱动力。

1.中国已成为RISC-V生态建设的重要力量。RISC-V作为一套开源开放、自由免费架构,是实现自主可控的一次弯道超车机会,有助于掌握核心技术主动权,实现国产化替代。

十四五规划纲要明确指出:国家要大力推动芯片技术的自主可控,提升产业链的安全性和稳定性。鼓励、引导芯片技术国产化,芯片等高端技术突破,鼓励骨干企业技术攻关补齐物联网芯片技术短板。2023年,国务院国资委与工信部联合印发《关于加强2023年度重点产品、工艺“一条龙”应用示范推进工作的通知》明确包含“基于RISC-V内核的物联网通信芯片/模组”。

我国各级政府也积极推动RISC-V架构芯片产业的发展和规模落地。据Omdia市场调研显示,2023年在芯片领域RISC-VIP核出货量达到130亿颗,其中近一半来自中国。2030年中国RISC-V芯片市场规模将会达到250亿美元,年复合增长率达到47.9%。

目前,业界正积极推动芯片自主可控“国产化”进程。RISC-V是一套开源开放、自由免费架构,可灵活应用于通信芯片、模组等关键技术领域的自主研发和创新,有助于突破长期在处理器芯片领域的知识产权限制,对于实现国家信息化建设、提升国家安全能力等方面都具有重要意义。

2.RISC-V的设计简单,易于扩展和自定义,可以在各种应用场景和市场中使用。RISC-V是基于RISC精简指令集架构开发的一个开放式指令集架构,由加州大学伯克利分校的计算机科学教授克里斯蒂安·阿萨诺维奇团队开发。RISC-V是开源的,任何人都可以使用它来开发处理器芯片和其他硬件,无需支付任何许可或使用费用。

如果处理器是房子,指令集架构就是造房子的图纸。指令集:存储在CPU内部,引导CPU进行运算,并帮助CPU更高效运行,介于软件和底层硬件之间的一套程序指令合集。指令集架构是计算机中处理器的指令集和处理器的内部结构,即处理器是如何执行指令的。指令集架构包括指令的种类、指令的格式、指令的操作数、指令的执行方式等。指令集架构包括处理器的寄存器、指令流水线、内存管理单元等。

不同的指令集架构有不同的指令集和内部结构设计,因此处理器的计算能力和性能也会有所不同。CPU主要有两大指令集:复杂指令集(CISC)架构——x86精简指令集(RISC)架构——ARM、MIPS和RISC-V。

常见的指令集架构包括ARM、x86、MIPS、PowerPC、RISC-V等。指令集架构的选择对计算机系统的性能、功耗、软件兼容性、应用场景等都有很大的影响。

RISC-V开源开放,自由免费,开发门槛低,架构简单易移植。RISC-V是基于精简指令集计算RISC原理建立的开放指令集架构,具有完全开源、架构简单、功耗更低、操作系统易移植、模块化设计等特点。RISC-V基础指令集只有40余条,加上其他的模块化扩展指令总共不到100条,开发门槛非常低。ARM有200多条指令,X86架构有超1500条指令,两者指令数目多、冗余严重,文档数量庞大,导致在此两种架构的应用开发门槛较高。

RISC-V指令集最大可以扩展到128位,ARM的v8-A架构最高只能扩展到64位指令集,通常RISC-V使用32位指令也支持压缩的16位指令

RISC-V注重于执行效率和耗能优化,具有更好的可扩展性和灵活性,更好的适用于嵌入式和移动设备,能够支持更多的应用和场景。

RISC-V采用BSD开源协议,无知识产权费,无需授权就可以进行二次开发,ARM需要授权并且是闭源开发。

RISC-V的模块化设计允许用户根据实际需求自由选择和组合不同的模块,高效兼容多样化的应用场景。

截至2022年底,RISCVInternational在70个国家/地区拥有超过3180名会员,市场上有超过100亿个RISC-V核心,全球有数万名工程师致力于RISC-V计划。

目前在全球范围内,众多芯片科技巨头纷纷加入到RISC-V支持者阵营中,以摆脱ARM、X86架构的垄断,包括高通、谷歌、英伟达、英特尔、三星、西部数据、台湾晶心、联发科、华为、阿里、杭州中天等。在处理器领域,越来越多的RISC-V处理器被推出,包括SiFive的U8和U7系列、Nvidia的Grace处理器、华为的Kunpeng处理器等、平头哥的玄铁系列。RISC-V正在迈向高性能应用。RISC-V不仅成功推出PC、数据中心等高性能产品,且已瞄准AI、车规、高端服务器、多媒体、无线连接、车载通信等更多新的空间,并在部分领域站稳脚跟。未来随着软件生态等短板逐渐补齐,RISC-V将真正成为x86、ARM之后处理器架构的第三极。

RISC-V开源生态和联盟RISC-V国际基金会:成立于2015年,总部位于瑞士的全球非营利组织,负责维护标准的RISC-V指令集手册与架构文档,并推动RISC-V架构的产业发展。RISC-V国际基金会会员已达4400多家,会员遍布全球70多个国家,中美企业参与度更高,包括阿里巴巴、华为、中兴、腾讯、高通等知名企业,其中中国企业占比总会员数近一半。

RISC-V国际基金会采用开源BSD授权模式,任何企业、高校和个人都可以自由使用开源RISC-V相关技术。

中国RISC-V产业联盟:成立于2018年9月,依托上海集成电路产业优势,目前会员单位近200家,会员包括RISC-VIP、芯片、软件、系统、应用与院校及科研院所。

中国开放指令生态联盟:成立于2018年11月,依托中国科学院计算技术研究所,通过产、学、研、用深度融合,推动协同创新攻关,促进RISC-V相关技术和产品应用推广,探索体制机制创新,推进RISC-V生态在国内的快速发展。

RISC-V蜂窝通信产业链情况国内众多芯片厂商都开始布局RISC-V,目前有超过300家公司正在基于RISC-V架构进行开发,已完整研发出了基于RISC-V架构的各种芯片,包括用于低功耗IoT、高性能计算、AI智能、服务器、CPU等RISC-V芯片。

国内RISC-V蜂窝通信芯模的规模商用目前处于起步阶段,RISC-V蜂窝通信产业链涉及RISC-VIP、芯片、模组、底层技术研究等环节,具体如下图所示:

RSIC-V架构从核心根技术层面实现自主掌控,为云网融合通信模组提供安全内核,全面保障数据安全。基于RSIC-V架构的模块化和精简化设计,云网融合通信模组为长尾化的物联网终端提供了灵活定制、低功耗和高兼容性的优势能力,充分赋能千行百业的物联网终端实现低成本的智能化升级。

云网融合通信模组系统架构如下图所示:

新一代云网融合通信模组的规模商用刚刚起步,行业对其技术特性和应用场景还在逐步探索中。云网融合通信模组应用各垂直细分领域:智能表计、共享经济、移动支付、安防监控、智能穿戴、公网对讲、定位追踪等规模场景。未来随着5G物联网和AI应用的快速发展,还将与AI算力、量子安全等战新业务能力融合满足视频智能监控、工业视觉检测、物联网AI智能应用、低空经济等应用场景。

基于核心技术自主掌控的基本路线,RISC-V架构有望以国产替代突破底层技术困境。产业链上下游企业将积极响应国家关于芯片技术国产化替代的战略,引导物联网通信芯片国产化倾斜政策,提高RISC-V架构芯片占比,以应对国际竞争。

RISC-V利于低功耗场景。RISC-V指令数量精简干练,有利于达到更高的性能和更低的功耗。在智能手表领域,RISC-V甚至可以使用最基础的RV32I指令集来实现最大限度降低芯片功耗和面积,基本上就等同于使用RISC-V架构芯片的产品将拥有更长的续航能力。RISC-V是基于BSD协议许可的免费、且开源架构,指令集架构的开放就代表允许任何实体自由使用、修改和定制,使得设计者和开发者能够拥有更大的自由度,并避免深度捆绑带来的局限性。

国内多家厂商布局RISC-V,丰富全球生态建设。在其生态建设上,中国处于第一梯队。在技术和应用上的贡献度越来越高,这也意味着中国在RISC-V全球生态建设中正起到关键核心作用。

RISC-V产业趋势和生态构建相关厂商:海思、平头哥、芯来、赛昉、芯原股份(芯片设计服务和IP授权服务的龙头)、兆易创新、全志科技、乐鑫科技、国芯科技、中科蓝讯、晶晨股份、瑞芯微、汇顶科技等

参考资料:

20250212-招商证券-半导体行业月度深度跟踪DeepSeek推动国内AI生态发展,算力芯片适配端侧创新等加速

本报告由研究助理协助资料整理,由投资顾问撰写。投资顾问:王德慧(登记编号:A0740621120003)

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