当RISC-V遇上AIoT，会发酵出多大的生态蛋糕？

shuszhao · 发表于 2019-4-3 08:53:05

千万量级的PC时代造就了WinTel联盟，10亿量级的Mobile时代造就了Arm/Android联盟。到了千亿量级的AIoT时代，会造就什么样的联盟呢？RISC-V+Linux有希望吗?
IC-IP-ISA时代变幻，开放才是制胜法宝

不同的时代，其轴心也在转移和下沉。从PC时代的芯片(CPU)，到智能手机时代的IP(微处理器内核)，再到接下来AIoT时代的ISA(计算机指令架构)，主角在变换，但开放是始终不变的主旋律。谁以开放的心态拥抱新时代，谁就能够站在时代舞台的中心而称霸。
上世纪90年代，微软的Window’95横空出世，背后有英特尔的x86系列CPU驱动，横扫PC市场。连苹果都差点被挤破产，多亏乔布斯回归，主动与比尔盖茨示好合作，凭借创新的iMac和iPod才得以重振雄风。IBM兼容机虽然体现了IBM的开放心态，但却培养出康柏、宏基、HP和联想这些劲敌，最终不得不卖掉PC业务，通过转型到服务来保住行业领导地位。现在回头看，PC时代最有价值的核心不是PC机，而是OS（软件）和CPU（硬件）。微软的霸主地位造就了世界首富自不必说，英特尔CPU也几乎独霸市场，让同样采用x86架构的AMD几十年来一直做“underdog”，始终活在英特尔的阴影下。
进入移动互联网时代，智能手机成了主战场。虽然iPhone一枝独秀，众多安卓手机厂商紧紧跟随其后，但从OS的角度来看，Android无疑是最大的赢家。从2009年到2018年，iOS的市场占有率始终保持在15%左右，而Android则从2009年的8%，增长到现今的85%。单从技术和用户体验来说，Android也许赶不上iOS，但开放的模式造就了Android。再看Android的硬件搭档Arm，一个不卖芯片只卖微处理器内核IP的小公司却最有话语权。其制胜法宝是什么？以开放的心态构建一个生态圈，授权内核IP给芯片厂商，让他们去竞争，为自己开拓市场。就像Windows Phone敌不过Android一样，英特尔的移动CPU也敌不过Arm。
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图一：在不足10年的时间内，Android平台在智能手机市场的份额从8%增长到85%。（来源：Gartner & Statista）
到了人工智能+物联网(AIoT)的时代，哪个联盟会称霸呢？
UC伯克利“Copy Center”的一颗明珠

在这个智能联网设备规模达到千亿量级的AIoT时代，笔者认为其轴心不是芯片，也不再是IP，而是ISA。在AI、IoT和5G三股技术力量的聚合驱动下，任何行业和应用场合都会受到冲击，从个人随身携带的智能设备，到家用电器和家居，再到工业设备和工厂的机器人，甚至城市交通和安防，都将发生彻底的变化。任何一家公司都没有能力凭借一个产品，像PC和智能手机时代那样独霸市场。然而，不同时代也不是截然分开，而是循序渐进的。英特尔到现在仍然是全球最大的芯片公司，而RISC架构也已占据99%的市场。
RISC-V不但是最新版本的RISC架构，也吸取了几十年来计算机发展过程中各种架构的经验和教训。从质量和技术性能上看，相比其它ISA已经有相当优势了。又加上它的“开放”DNA，我们认为以RISC-V为核心的生态圈将成为新时代的主导者。
在全世界研究型大学中，学术思想最自由开放的莫过于加州大学伯克利分校(UC-Berkeley)。源自该校的BSD协议（Berkeley Software Distribution license），是开源软件社区使用最广泛的许可协议之一。BSD开源协议给予使用者很大自由，基本上可以“为所欲为”，比如你可以修改源代码，也可以将修改后的代码作为开源或者专有软件再发布。限制最严格的专有软件有著作权(copyright)保护，如果可以称为“版权右派”的话，另一个极端是GNU通用公共许可(GPL)，可以称为版权左派(copyleft)，遵从GPL协议的软件也要开源才行。相比左派和右派的限制要求，BSD许可最为宽松，被称为是版权中间派(copycenter)。当然，你也可以将之翻译为“复印中心”，拿着源代码想拷贝多少都可以。
同样出自伯克利的RISC-V自然也遵从BSD协议，这意味着你基于RISC-V ISA开发的内核IP或相关芯片开发工具既可以免费开源，也可以专有收费。计算机科学大师和RISC之父David Patterson对RISC-V的贡献也不容忽视，他还预言接下来的10年将是计算机架构的黄金时代，而RISC-V作为学术界和产业界合作的结晶，最有希望成为新时代的主导架构，甚至成为未来50年的基础计算机架构。
AIoT的四大要素

人工智能与物联网的融合将开创一个新的AIoT时代，这是继PC时代、智能手机时代之后的又一个黄金时代。据Gartner预测，到2020年将有超过200亿个IoT设备联网。台湾工研院研究报告也指出，AIoT芯片市场预计到2025年将达390亿美元，年复合成长率高达20％。
AIoT的发展需要四大要素，即AI算法、IoT安全、SoC，以及服务平台。其中系统级芯片(SoC)是智能联网设备的硬件基础，每一个IoT设备都需要使用低功耗的嵌入式CPU芯片，而AI相关应用也需要嵌入式CPU进行端点运算，才能建构完整的AIoT应用。而基于RISC-V的微处理器内核加上端点运算IP，将成为低功耗AIoT应用的最佳解决方案。
在最近举行的Andes RISC-V Con研讨会上，台湾晶心科技总经理林志明先生向数百位参加会议的IC设计业者展示了AIoT的各种应用场景，以及RISC-V如何驱动这些未来场景的实现。他认为，RISC-V开放架构可以让IC设计业者依照各自的需要来增加专用指令集，进而针对消费电子、通讯与物联网、电脑运算与储存、工业应用与影像监控等领域，推出具备端运算或AI运算能力的嵌入式CPU，以强化相关应用领域的效能，也借此为厂商创造利基与商机。
“软硬兼施”才能成就霸业

无论PC还是智能手机，都需要人机交互，要有人的参与才能完成特定的功能。而未来的AIoT应用将进入一种“无人”经济的环境，从设备的智能联网到无人机和无人驾驶，很多应用将不再需要人的参与。要随时随地实现这样的应用，单靠硬件是不行的。RISC-V硬件架构还需要操作系统和软件的配合才行。开源的Linux与RISC-V天生是一对好基友，软硬结合必将发挥出无限潜能。
身为RISC-V的监管机构和推广者，RISC-V基金会也认识到了这一点，并于去年11月份宣布与Linux基金会达成合作协议，借助后者积累多年的开源生态建设经验和全球庞大的Linux开源社区，从技术开发和市场推广等多方面展开合作，以期加速RISC-V在全球的普及，并得到Linux的软件平台支持。
一项由Eclipse基金会组织的 IoT开发者调查发现，无论是IoT终端设备还是网关，开发者首选的IoT操作系统都是Linux。
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图二：Linux是IoT设备开发者首选的操作系统。（来源：Eclipse基金会）
Linux也有专门针对嵌入式应用的版本和项目，Zephyr就是一种小型的开源RTOS，RISC-V和Linux基金会已经在这一项目上展开合作。同时，各种针对或兼容RISC-V架构的Linux基础工具和平台也在加紧开发和测试中，相信会有更多的开源开发者参与进来。软硬兼施，形成一股强大的开源力量。
竞合与生态

RISC-V基金会现已发展200多个会员，除了Google和高通等大公司外，还有不少围绕RISC-V生态而生存的初创公司。而在台湾和大陆市场，芯原、晶心和芯来等都是十分活跃的RISC-V推动者。RISC-V基金会每年在全球多个城市举办RISC-V研讨会和讲座外，而位于硅谷的SiFive及台湾的晶心可说是RISC-V基金会的左膀右臂。
SiFive公司创始团队就是RISC-V的“创造者”，在RISC-V标准指令集和多个扩展规范的制定中都起到了关键作用。除了提供开源和商用的内核IP外，SiFive还搭建起可快速实现芯片设计到流片的云平台，其DesignShare也是联合合作伙伴共同构建RISC-V生态的重要项目。
在亚太地区，特别是台湾和大陆市场，晶心(Andes)是RISC-V最热心的“布道者”，要将这一“自由、开放和免费”的“ISA福音”分享给个人、组织、企业和学校。晶心不但是RISC-V基金会的创始会员，也是大陆的RISC-V产业联盟和台湾RISC-V联盟的发起会员，在联合业界同仁共同推广普及RISC-V方面不遗余力。
晶心科技是一家专注于嵌入式CPU内核IP开发的台湾上市企业，14年来其IP已经嵌入到35亿颗芯片中，单2018年采用其IP的芯片出货量就达到10亿颗。基于RISC-V的Andes V5系列处理器内核包括：针对通用或浮点运算应用的32/64位N25F/NX25F；针对Linux应用的A25/AX25；带DSP指令扩展的32/64位多核A25MP/AX25MP；以及针对入门级MCU应用的深度嵌入式处理器内核N22。
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图三：晶心与芯来联合开发的N22内核是最简单、最小型的MCU
基于RISC-V架构的AndesCore N22是晶心科技与芯来科技合作开发的处理器内核IP，适用于物联网（IoT）和嵌入式低功耗领域，以及对实时性有较高要求的控制领域等。据晶心科技技术长苏泓萌博士称，N22是晶心AndeSertified项目的首次尝试，不但结合了RISC-V初创公司芯来科技的处理器内核开发经验，而且也将借助晶心的开发工具和销售服务网络推向全球市场。
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图四：晶心科技CEO林志明和CTO苏泓萌在今年的Andes RISC-V Con会上
为了凝聚更多RISC-V相关开发工具和服务合作伙伴，共同建设RISC-V生态，晶心去年启动了EasyStart项目。该项目目前已经发展15家合作伙伴，都是芯片设计工具和服务的专业公司，分别来自台湾、大陆、韩国、日本和欧美等地区。这些合作伙伴的技术专长涵盖90nm到10nm的晶圆工艺，以及SoC设计和交钥匙服务等。他们将基于Andes V5系列处理器内核为各自的客户提供完整的RISC-V设计服务方案。
在RISC-V阵营内，Andes和SiFive各自都在构建自己的生态圈。当笔者问及这是否会引起商业竞争冲突时，林志明总经理以一个词回答：竞合。他进一步解释说，Andes和SiFive在合作中有竞争，在竞争中有合作。比如，两家公司在RISC-V标准规范的制定上相互合作，分享各自的技术专长，这种合作的目的是携手对抗Arm及其它同类ISA，以便在AIoT这个万亿市场将RISC-V的蛋糕做大，这样每家才能吃到足够的份额。如果大家只盯着眼前那一点蛋糕，计较得失，就难以将蛋糕做大，到头来谁也吃不饱。从战略层面，更多的是合作。而从日常运营和销售的层面，确实存在竞争，毕竟每家公司都要有design win才能生存下去。特别是在对RISC-V情有独钟而且发展空间巨大的中国市场，Andes、SiFive和其它公司也都希望抓住更多份额。
至少在目前阶段，RISC-V相对于Arm和x86还比较弱小。RISC-V阵营还是比较同心协力，一致对外的。合作也好，竞争也罢，开放永远是时代发展的主旋律。唯有开放才是真正的制胜法宝，谁认清这一点并认真执行，谁就能成为AIoT时代的主导者。
结语

PC、Mobile和AIoT时代会分别造就不同的联盟霸主，从芯片到内核IP，再到ISA，硬件的核心在逐渐下沉。在已经来临的AIoT时代，RISC-V+Linux能否成为新的联盟霸主，还要看参与者如何玩法。无疑，Andes和SiFive是两家最得力的RISC-V推动者，他们在“竞合”中能否携手做大RISC-V这块生态蛋糕，将决定着未来10年AIoT的市场动态。对国内的IC设计公司来说，如何把握趋势和机会，在参与、贡献和竞争中发展壮大呢？也许战略和战术各有千秋，但开放的心态无疑是制胜的必要条件。