千萬(wàn)量級(jí)的PC時(shí)代造就了WinTel聯(lián)盟，10億量級(jí)的Mobile時(shí)代造就了Arm/Android聯(lián)盟。到了千億量級(jí)的AIoT時(shí)代，會(huì)造就什么樣的聯(lián)盟呢?RISC-V+Linux有希望嗎?
IC-IP-ISA時(shí)代變幻，開(kāi)放才是制勝法寶
不同的時(shí)代，其軸心也在轉(zhuǎn)移和下沉。從PC時(shí)代的芯片(CPU)，到智能手機(jī)時(shí)代的IP(微處理器內(nèi)核)，再到接下來(lái)AIoT時(shí)代的ISA(計(jì)算機(jī)指令架構(gòu))，主角在變換，但開(kāi)放是始終不變的主旋律。誰(shuí)以開(kāi)放的心態(tài)擁抱新時(shí)代，誰(shuí)就能夠站在時(shí)代舞臺(tái)的中心而稱(chēng)霸。
上世紀(jì)90年代，微軟的Window’95橫空出世，背后有英特爾的x86系列CPU驅(qū)動(dòng)，橫掃PC市場(chǎng)。連蘋(píng)果都差點(diǎn)被擠破產(chǎn)，多虧喬布斯回歸，主動(dòng)與比爾蓋茨示好合作，憑借創(chuàng)新的iMac和iPod才得以重振雄風(fēng)。IBM兼容機(jī)雖然體現(xiàn)了IBM的開(kāi)放心態(tài)，但卻培養(yǎng)出康柏、宏基、HP和聯(lián)想這些勁敵，最終不得不賣(mài)掉PC業(yè)務(wù)，通過(guò)轉(zhuǎn)型到服務(wù)來(lái)保住行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)地位?，F(xiàn)在回頭看，PC時(shí)代最有價(jià)值的核心不是PC機(jī)，而是OS(軟件)和CPU(硬件)。微軟的霸主地位造就了世界首富自不必說(shuō)，英特爾CPU也幾乎獨(dú)霸市場(chǎng)，讓同樣采用x86架構(gòu)的AMD幾十年來(lái)一直做“underdog”，始終活在英特爾的陰影下。
進(jìn)入移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，智能手機(jī)成了主戰(zhàn)場(chǎng)。雖然iPhone一枝獨(dú)秀，眾多安卓手機(jī)廠(chǎng)商緊緊跟隨其后，但從OS的角度來(lái)看，Android無(wú)疑是最大的贏家。從2009年到2018年，iOS的市場(chǎng)占有率始終保持在15%左右，而Android則從2009年的8%，增長(zhǎng)到現(xiàn)今的85%。單從技術(shù)和用戶(hù)體驗(yàn)來(lái)說(shuō)，Android也許趕不上iOS，但開(kāi)放的模式造就了Android。再看Android的硬件搭檔Arm，一個(gè)不賣(mài)芯片只賣(mài)微處理器內(nèi)核IP的小公司卻最有話(huà)語(yǔ)權(quán)。其制勝法寶是什么?以開(kāi)放的心態(tài)構(gòu)建一個(gè)生態(tài)圈，授權(quán)內(nèi)核IP給芯片廠(chǎng)商，讓他們?nèi)ジ?jìng)爭(zhēng)，為自己開(kāi)拓市場(chǎng)。就像Windows Phone敵不過(guò)Android一樣，英特爾的移動(dòng)CPU也敵不過(guò)Arm。
圖一：在不足10年的時(shí)間內(nèi)，Android平臺(tái)在智能手機(jī)市場(chǎng)的份額從8%增長(zhǎng)到85%。(來(lái)源：Gartner & Statista)
到了人工智能+物聯(lián)網(wǎng)(AIoT)的時(shí)代，哪個(gè)聯(lián)盟會(huì)稱(chēng)霸呢?
UC伯克利“Copy Center”的一顆明珠
在這個(gè)智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備規(guī)模達(dá)到千億量級(jí)的AIoT時(shí)代，筆者認(rèn)為其軸心不是芯片，也不再是IP，而是ISA。在AI、IoT和5G三股技術(shù)力量的聚合驅(qū)動(dòng)下，任何行業(yè)和應(yīng)用場(chǎng)合都會(huì)受到?jīng)_擊，從個(gè)人隨身攜帶的智能設(shè)備，到家用電器和家居，再到工業(yè)設(shè)備和工廠(chǎng)的機(jī)器人，甚至城市交通和安防，都將發(fā)生徹底的變化。任何一家公司都沒(méi)有能力憑借一個(gè)產(chǎn)品，像PC和智能手機(jī)時(shí)代那樣獨(dú)霸市場(chǎng)。然而，不同時(shí)代也不是截然分開(kāi)，而是循序漸進(jìn)的。英特爾到現(xiàn)在仍然是全球最大的芯片公司，而RISC架構(gòu)也已占據(jù)99%的市場(chǎng)。
RISC-V不但是最新版本的RISC架構(gòu)，也吸取了幾十年來(lái)計(jì)算機(jī)發(fā)展過(guò)程中各種架構(gòu)的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)。從質(zhì)量和技術(shù)性能上看，相比其它ISA已經(jīng)有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)了。又加上它的“開(kāi)放”DNA，我們認(rèn)為以RISC-V為核心的生態(tài)圈將成為新時(shí)代的主導(dǎo)者。
在全世界研究型大學(xué)中，學(xué)術(shù)思想最自由開(kāi)放的莫過(guò)于加州大學(xué)伯克利分校(UC-Berkeley)。源自該校的BSD協(xié)議(Berkeley Software Distribution license)，是開(kāi)源軟件社區(qū)使用最廣泛的許可協(xié)議之一。BSD開(kāi)源協(xié)議給予使用者很大自由，基本上可以“為所欲為”，比如你可以修改源代碼，也可以將修改后的代碼作為開(kāi)源或者專(zhuān)有軟件再發(fā)布。限制最嚴(yán)格的專(zhuān)有軟件有著作權(quán)(copyright)保護(hù)，如果可以稱(chēng)為“版權(quán)右派”的話(huà)，另一個(gè)極端是GNU通用公共許可(GPL)，可以稱(chēng)為版權(quán)左派(copyleft)，遵從GPL協(xié)議的軟件也要開(kāi)源才行。相比左派和右派的限制要求，BSD許可最為寬松，被稱(chēng)為是版權(quán)中間派(copycenter)。當(dāng)然，你也可以將之翻譯為“復(fù)印中心”，拿著源代碼想拷貝多少都可以。
同樣出自伯克利的RISC-V自然也遵從BSD協(xié)議，這意味著你基于RISC-V ISA開(kāi)發(fā)的內(nèi)核IP或相關(guān)芯片開(kāi)發(fā)工具既可以免費(fèi)開(kāi)源，也可以專(zhuān)有收費(fèi)。計(jì)算機(jī)科學(xué)大師和RISC之父David Patterson對(duì)RISC-V的貢獻(xiàn)也不容忽視，他還預(yù)言接下來(lái)的10年將是計(jì)算機(jī)架構(gòu)的黃金時(shí)代，而RISC-V作為學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界合作的結(jié)晶，最有希望成為新時(shí)代的主導(dǎo)架構(gòu)，甚至成為未來(lái)50年的基礎(chǔ)計(jì)算機(jī)架構(gòu)。
AIoT的四大要素
人工智能與物聯(lián)網(wǎng)的融合將開(kāi)創(chuàng)一個(gè)新的AIoT時(shí)代，這是繼PC時(shí)代、智能手機(jī)時(shí)代之后的又一個(gè)黃金時(shí)代。據(jù)Gartner預(yù)測(cè)，到2020年將有超過(guò)200億個(gè)IoT設(shè)備聯(lián)網(wǎng)。臺(tái)灣工研院研究報(bào)告也指出，AIoT芯片市場(chǎng)預(yù)計(jì)到2025年將達(dá)390億美元，年復(fù)合成長(zhǎng)率高達(dá)20%。
AIoT的發(fā)展需要四大要素，即AI算法、IoT安全、SoC，以及服務(wù)平臺(tái)。其中系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)是智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的硬件基礎(chǔ)，每一個(gè)IoT設(shè)備都需要使用低功耗的嵌入式CPU芯片，而AI相關(guān)應(yīng)用也需要嵌入式CPU進(jìn)行端點(diǎn)運(yùn)算，才能建構(gòu)完整的AIoT應(yīng)用。而基于RISC-V的微處理器內(nèi)核加上端點(diǎn)運(yùn)算IP，將成為低功耗AIoT應(yīng)用的最佳解決方案。
在最近舉行的Andes RISC-V Con研討會(huì)上，臺(tái)灣晶心科技總經(jīng)理林志明先生向數(shù)百位參加會(huì)議的IC設(shè)計(jì)業(yè)者展示了AIoT的各種應(yīng)用場(chǎng)景，以及RISC-V如何驅(qū)動(dòng)這些未來(lái)場(chǎng)景的實(shí)現(xiàn)。他認(rèn)為，RISC-V開(kāi)放架構(gòu)可以讓IC設(shè)計(jì)業(yè)者依照各自的需要來(lái)增加專(zhuān)用指令集，進(jìn)而針對(duì)消費(fèi)電子、通訊與物聯(lián)網(wǎng)、電腦運(yùn)算與儲(chǔ)存、工業(yè)應(yīng)用與影像監(jiān)控等領(lǐng)域，推出具備端運(yùn)算或AI運(yùn)算能力的嵌入式CPU，以強(qiáng)化相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的效能，也借此為廠(chǎng)商創(chuàng)造利基與商機(jī)。
“軟硬兼施”才能成就霸業(yè)
無(wú)論P(yáng)C還是智能手機(jī)，都需要人機(jī)交互，要有人的參與才能完成特定的功能。而未來(lái)的AIoT應(yīng)用將進(jìn)入一種“無(wú)人”經(jīng)濟(jì)的環(huán)境，從設(shè)備的智能聯(lián)網(wǎng)到無(wú)人機(jī)和無(wú)人駕駛，很多應(yīng)用將不再需要人的參與。要隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)這樣的應(yīng)用，單靠硬件是不行的。RISC-V硬件架構(gòu)還需要操作系統(tǒng)和軟件的配合才行。開(kāi)源的Linux與RISC-V天生是一對(duì)好基友，軟硬結(jié)合必將發(fā)揮出無(wú)限潛能。
身為RISC-V的監(jiān)管機(jī)構(gòu)和推廣者，RISC-V基金會(huì)也認(rèn)識(shí)到了這一點(diǎn)，并于去年11月份宣布與Linux基金會(huì)達(dá)成合作協(xié)議，借助后者積累多年的開(kāi)源生態(tài)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和全球龐大的Linux開(kāi)源社區(qū)，從技術(shù)開(kāi)發(fā)和市場(chǎng)推廣等多方面展開(kāi)合作，以期加速RISC-V在全球的普及，并得到Linux的軟件平臺(tái)支持。
一項(xiàng)由Eclipse基金會(huì)組織的 IoT開(kāi)發(fā)者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是IoT終端設(shè)備還是網(wǎng)關(guān)，開(kāi)發(fā)者首選的IoT操作系統(tǒng)都是Linux。
圖二：Linux是IoT設(shè)備開(kāi)發(fā)者首選的操作系統(tǒng)。(來(lái)源：Eclipse基金會(huì))
Linux也有專(zhuān)門(mén)針對(duì)嵌入式應(yīng)用的版本和項(xiàng)目，Zephyr就是一種小型的開(kāi)源RTOS，RISC-V和Linux基金會(huì)已經(jīng)在這一項(xiàng)目上展開(kāi)合作。同時(shí)，各種針對(duì)或兼容RISC-V架構(gòu)的Linux基礎(chǔ)工具和平臺(tái)也在加緊開(kāi)發(fā)和測(cè)試中，相信會(huì)有更多的開(kāi)源開(kāi)發(fā)者參與進(jìn)來(lái)。軟硬兼施，形成一股強(qiáng)大的開(kāi)源力量。
競(jìng)合與生態(tài)
RISC-V基金會(huì)現(xiàn)已發(fā)展200多個(gè)會(huì)員，除了Google和高通等大公司外，還有不少?lài)@RISC-V生態(tài)而生存的初創(chuàng)公司。而在臺(tái)灣和大陸市場(chǎng)，芯原、晶心和芯來(lái)等都是十分活躍的RISC-V推動(dòng)者。RISC-V基金會(huì)每年在全球多個(gè)城市舉辦RISC-V研討會(huì)和講座外，而位于硅谷的SiFive及臺(tái)灣的晶心可說(shuō)是RISC-V基金會(huì)的左膀右臂。
SiFive公司創(chuàng)始團(tuán)隊(duì)就是RISC-V的“創(chuàng)造者”，在RISC-V標(biāo)準(zhǔn)指令集和多個(gè)擴(kuò)展規(guī)范的制定中都起到了關(guān)鍵作用。除了提供開(kāi)源和商用的內(nèi)核IP外，SiFive還搭建起可快速實(shí)現(xiàn)芯片設(shè)計(jì)到流片的云平臺(tái)，其DesignShare也是聯(lián)合合作伙伴共同構(gòu)建RISC-V生態(tài)的重要項(xiàng)目。
在亞太地區(qū)，特別是臺(tái)灣和大陸市場(chǎng)，晶心(Andes)是RISC-V最熱心的“布道者”，要將這一“自由、開(kāi)放和免費(fèi)”的“ISA福音”分享給個(gè)人、組織、企業(yè)和學(xué)校。晶心不但是RISC-V基金會(huì)的創(chuàng)始會(huì)員，也是大陸的RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟和臺(tái)灣RISC-V聯(lián)盟的發(fā)起會(huì)員，在聯(lián)合業(yè)界同仁共同推廣普及RISC-V方面不遺余力。
晶心科技是一家專(zhuān)注于嵌入式CPU內(nèi)核IP開(kāi)發(fā)的臺(tái)灣上市企業(yè)，14年來(lái)其IP已經(jīng)嵌入到35億顆芯片中，單2018年采用其IP的芯片出貨量就達(dá)到10億顆。基于RISC-V的Andes V5系列處理器內(nèi)核包括：針對(duì)通用或浮點(diǎn)運(yùn)算應(yīng)用的32/64位N25F/NX25F;針對(duì)Linux應(yīng)用的A25/AX25;帶DSP指令擴(kuò)展的32/64位多核A25MP/AX25MP;以及針對(duì)入門(mén)級(jí)MCU應(yīng)用的深度嵌入式處理器內(nèi)核N22。
圖三：晶心與芯來(lái)聯(lián)合開(kāi)發(fā)的N22內(nèi)核是最簡(jiǎn)單、最小型的MCU
基于RISC-V架構(gòu)的AndesCore N22是晶心科技與芯來(lái)科技合作開(kāi)發(fā)的處理器內(nèi)核IP，適用于物聯(lián)網(wǎng)(IoT)和嵌入式低功耗領(lǐng)域，以及對(duì)實(shí)時(shí)性有較高要求的控制領(lǐng)域等。據(jù)晶心科技技術(shù)長(zhǎng)蘇泓萌博士稱(chēng)，N22是晶心AndeSertified項(xiàng)目的首次嘗試，不但結(jié)合了RISC-V初創(chuàng)公司芯來(lái)科技的處理器內(nèi)核開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，而且也將借助晶心的開(kāi)發(fā)工具和銷(xiāo)售服務(wù)網(wǎng)絡(luò)推向全球市場(chǎng)。
圖四：晶心科技CEO林志明和CTO蘇泓萌在今年的Andes RISC-V Con會(huì)上
為了凝聚更多RISC-V相關(guān)開(kāi)發(fā)工具和服務(wù)合作伙伴，共同建設(shè)RISC-V生態(tài)，晶心去年啟動(dòng)了EasyStart項(xiàng)目。該項(xiàng)目目前已經(jīng)發(fā)展15家合作伙伴，都是芯片設(shè)計(jì)工具和服務(wù)的專(zhuān)業(yè)公司，分別來(lái)自臺(tái)灣、大陸、韓國(guó)、日本和歐美等地區(qū)。這些合作伙伴的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)涵蓋90nm到10nm的晶圓工藝，以及SoC設(shè)計(jì)和交鑰匙服務(wù)等。他們將基于Andes V5系列處理器內(nèi)核為各自的客戶(hù)提供完整的RISC-V設(shè)計(jì)服務(wù)方案。
在RISC-V陣營(yíng)內(nèi)，Andes和SiFive各自都在構(gòu)建自己的生態(tài)圈。當(dāng)筆者問(wèn)及這是否會(huì)引起商業(yè)競(jìng)爭(zhēng)沖突時(shí)，林志明總經(jīng)理以一個(gè)詞回答：競(jìng)合。他進(jìn)一步解釋說(shuō)，Andes和SiFive在合作中有競(jìng)爭(zhēng)，在競(jìng)爭(zhēng)中有合作。比如，兩家公司在RISC-V標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定上相互合作，分享各自的技術(shù)專(zhuān)長(zhǎng)，這種合作的目的是攜手對(duì)抗Arm及其它同類(lèi)ISA，以便在AIoT這個(gè)萬(wàn)億市場(chǎng)將RISC-V的蛋糕做大，這樣每家才能吃到足夠的份額。如果大家只盯著眼前那一點(diǎn)蛋糕，計(jì)較得失，就難以將蛋糕做大，到頭來(lái)誰(shuí)也吃不飽。從戰(zhàn)略層面，更多的是合作。而從日常運(yùn)營(yíng)和銷(xiāo)售的層面，確實(shí)存在競(jìng)爭(zhēng)，畢竟每家公司都要有design win才能生存下去。特別是在對(duì)RISC-V情有獨(dú)鐘而且發(fā)展空間巨大的中國(guó)市場(chǎng)，Andes、SiFive和其它公司也都希望抓住更多份額。
至少在目前階段，RISC-V相對(duì)于Arm和x86還比較弱小。RISC-V陣營(yíng)還是比較同心協(xié)力，一致對(duì)外的。合作也好，競(jìng)爭(zhēng)也罷，開(kāi)放永遠(yuǎn)是時(shí)代發(fā)展的主旋律。唯有開(kāi)放才是真正的制勝法寶，誰(shuí)認(rèn)清這一點(diǎn)并認(rèn)真執(zhí)行，誰(shuí)就能成為AIoT時(shí)代的主導(dǎo)者。
結(jié)語(yǔ)
PC、Mobile和AIoT時(shí)代會(huì)分別造就不同的聯(lián)盟霸主，從芯片到內(nèi)核IP，再到ISA，硬件的核心在逐漸下沉。在已經(jīng)來(lái)臨的AIoT時(shí)代，RISC-V+Linux能否成為新的聯(lián)盟霸主，還要看參與者如何玩法。無(wú)疑，Andes和SiFive是兩家最得力的RISC-V推動(dòng)者，他們?cè)凇案?jìng)合”中能否攜手做大RISC-V這塊生態(tài)蛋糕，將決定著未來(lái)10年AIoT的市場(chǎng)動(dòng)態(tài)。對(duì)國(guó)內(nèi)的IC設(shè)計(jì)公司來(lái)說(shuō)，如何把握趨勢(shì)和機(jī)會(huì)，在參與、貢獻(xiàn)和競(jìng)爭(zhēng)中發(fā)展壯大呢?也許戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)各有千秋，但開(kāi)放的心態(tài)無(wú)疑是制勝的必要條件。
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