关于RISC-V技术发展调研报告(2)

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二、国内外研究水平现状2.1国外RSIC-V发展2.1.1 2015年成立SiFive公司

SIFIVE公司是RISC-V指令集的行业先驱。2015年，伯克利研究团队又往前推进了一步，成立了SiFive初创公司，加速RISC-V的商业化进程。SiFive公司的定位和基于Linux开源社区的RedHat公司、基于Spark开源社区的Databricks公司相似，为用户提供高性能的处理器IP核以及集成了外围部件IP的SoC芯片。
SIFIVE目前的产品类似于浏览器领域的开源产品chromium，区别在于chromuim相对开放，而SIFIVE在商业用途还是需要相关专利授权才可使用。目前已推出32位E2（低端）、E3（中端）、E7（高端）系列，和64位S2、S5、S7系列, 64位Linux兼容版U2,U7处理器。并着手于简化芯片设计领域的技术鸿沟，提供云端的模块化设计和验证程序。
SIFIVE目前也是RISC-V领域产品系列最全，技术相对领先的公司。其它芯片设计公司与其有合作和技术参考。2018年SIFIVE推出了全球第一款运行 Linux的HIFIVE开发板，核心芯片为 1.5GHz U540 SoC，采用台积电 28nm HPC 工艺制造的64位处理器，配备 8GB DDR4(ECC)、一个千兆以太网(GbE)端口、一个 microSD 插槽、FMC连接器。

2.1.2 RISC-V在印度的发展

从国家政策层面对于RISC-V进行支持，我国并非第一家。2017年，印度政府表示将大力资助基于RISC-V的处理器项目，使RISC-V成为了印度的事实国家指令集。
2011年印度实施处理器战略计划，在全国范围资助2-3个研制处理器的项目。印度理工学院马德拉斯分校的两位教授在该计划支持下启动了SHAKTI处理器项目，研制与IBM PowerPC兼容的处理器，为获得合法授权，SHAKTI项目组与IBM开展了合作谈判，但未能达成一致。此时RISC-V在2013年流片成功，于是SHAKTI项目组放弃PowerPC，开始使用RISC-V，项目目标也临时调整为研制6款基于RISC-V指令集的开源处理器核。这个临时的调整不仅未受到指责，反而得到了印度政府更大力度的支持。另外，2016年1月，曾长期开展超级计算机研究的先进计算发展中心获得印度电子信息技术部4500万美元的资助，目标是研制一款基于RISC-V指令集的2GHz四核处理器。另外，在印度政府支持的另一个关于神经形态加速器项目中，也将RISC-V作为计算主核心。随着印度政府资助的处理器相关项目都开始向RISC-V靠拢，RISC-V成为了印度的事实国家指令集。
印度理工学院（IIT）Madras 为其开源Shakti处理器发布了SDK。Shakti基于开源RISC-V指令集架构，由印度电子和信息技术部资助。根据IIT的说法，开发板也将很快发布。IIT Madras的RISE集团于2016年开始致力于Shakti项目，并计划针对不同的市场发布六个系列的处理器。该集团表示，他们的处理器在面积、性能和功耗方面具有竞争力。Shakti处理器首批就规划了多达6个不同系列，各自针对不同的市场，号称在核心面积、性能、功耗方面相比当前商用处理器都很有竞争力。目前在研，低端产品有成品，中高端还在开发设计阶段。
E系列：3级顺序流水线，针对IoT物联网设备、机器人平台、电机控制等嵌入式领域。
C系列：32位5级顺序流水线，微控制器档次，核心频率200MHz-1GHz，适合中等负载，功耗极低，并可选支持内存保护。
I系列：64位乱序流水线，核心频率1.5-2.5GHz，支持多线程，面向移动、存储、网络应用，也是主打嵌入式。
M系列：面阿宁主流消费级市场，最多八核心。
S系列：针对工作站和服务器，I系列的增强版，也支持多线程。
H系列：用于高性能计算，单线程性能突出，可选四级缓存，支持Gen-Z Fabric互连总线、存储级内存。

2.1.3 RISC-V在美国的发展

美国国防部高级研究计划局（DARPA）资助了 RISC-V 基金会，同时于2017

年启动了一项总值 15 亿美金的 ERI 计划，项目周期 5 年，以支持芯片技术的发展，重塑芯片开发制造流程，其中 POSH 子项目就是提供开源设计和验证框架，

包括技术、方法、标准，从而实现具有成本效益的超复杂片上系统设计。DARPA

希望可降低复杂片上系统设计障碍的新工具能够打开一个特定应用设计创新的

新时代。

2.1.4 RISC-V在欧洲的发展

欧洲委员会于 2018 年启动了 EPI（European Processor Initiative）计

划，拟开发面向欧洲市场的自主可控低功耗微处理器，其中重点关注 Exascale

级超算处理器，预计投资 1.2 亿欧元经费用于支持用户开发的超算处理器，而

RISC-V 和 ARM 都将作为此次计划的备选指令集。

2.1.5 RISC-V在以色列的发展

2017 年以色列创新局（The Israel Innovation Authority）新成立名为

GenPro 工作组旨在开发基于 RISC-V 的快速、高效且独立处理平台，工作组主

要由来自学术界和工业界人士组成，计划为个体企业提供一整套软硬件解决方

案，同时进一步发展前沿软硬件技术。

2.2 国内开发RISC-V的背景2.2.1 寻找可以代替ARM的架构

目前，软银方面宣布，将以最高400亿美元的价格将其所持的全部ARM股权出售给美国公司英伟达（NVIDIA），此事引发行业热议。公开资料显示，ARM是全球最大的半导体IP供应商，2019年，全球超过95%的智能手机和平板电脑都采用ARM架构。在当前复杂的贸易环境，以及美国为首的西方国家屡次以“国家安全”为由排挤、制裁中国科技企业的大背景下，一旦英伟达成功收购ARM，美国便几乎掌握了全部的半导体核心技术，这或将重构全球半导体格局，对中国科技业而言，并非是一个好消息。

2.2.2 芯片设计门槛过高

芯片领域的创新门槛之高、投入之大业内公认。设计与制造一款芯片涉及多个环节，包括 EDA 开发环境搭建、外围 IP 模块选型、芯片前端逻辑设计、后端物理设计、流片与封装测试等，每个环节都需要巨额的资金与大量的人力投入。以28nm工艺研制一款 SoC 芯片为例，比较完整的 EDA 工具版权费便超过500万元，购买内存控制器、PCIe 控制器等外围 IP 费用往往高达 500～1000 万元，流片费用由芯片面积大小而定，但往往也会达到 1000 万，封装相对便宜，大约需要 50 万左右。简单估算，研制这款芯片所需要的资金投入便已经超过2000 万元。另一方面，芯片的研发往往需要数十位工程师，花上一年的时间来设计与验证，仅工资开销就需要上千万元。但是，芯片设计与验证时哪怕出现一个很小的错误，都有可能导致芯片最终无法工作。

芯片领域的高门槛客观上严重阻碍了创新，中国科学院计算技术研究所的调研数据表明，毕业生论文发布比例显示，中美之间差距并不大，但是作者的工作去向却有很大差距，学生毕业后85%在美国就业，仅有4%在中国。芯片设计的门槛过高，导致人才储备不足，因此，如何能够降低芯片设计门槛，让学生也能流片，成为了亟待解决的问题，基于RISC-V的开源性，也促进了RISC-V的发展。