第六屆全球人工智能大會 (GAIR 2021) 近日于深圳正式召開。歷經五年，見證數次潮水的轉向，成為目前為止粵港澳大灣區人工智能領域規模最大、規格最高的學術、工業和投資領域跨界盛會。
GAIR 2021“集成電路高峰論壇: 國產高端芯片之路”，集聚來自學術界、產業 界和投資界的 15 位大咖，探討了國產高端芯片的實力以及 RISC-V 帶給中國芯片 的機會。
來自上海處理器技術創新中心顧問，前 Intel 副總裁，前 Intel 中國研究院院?方 之熙通過線上視頻的方式帶來了《開源指令集 ISA 能成為新一代成功的微處理機系統架構嗎?》的主題分享，探討 RISC-V 的商業成功問題。
在方之熙的分享中，提到在不遠的將來，RISC-V 可能會跟 X86、ARM 形成三足鼎立的格局。他通過當前指令集架構的三種不同模式，闡明 RISC-V 開創的自由設計模式的創新性。
RISC-V 究竟有多大的市場空間?在可預測的市場中，可編程邏輯芯片在半導體產業鏈上下游中所占據利潤和營業額最大，這意味著 RISC-V 的市場潛力巨大。
為此，方之熙給出一個標準:“從商業成功?度來看，如果某家以 RISC-V 為架構的芯片公司每年產值能達到 100 億美金，那就是一家成功的公司。”
礙于 X86 和 ARM 已經分別占據絕大部分 PC 和移動市場，現階段 RISC-V 發展最快的是 IoT 領域，工控領域的發展尤為明顯。不過，RISC-V 也面臨一些來自技術難題和商業挑戰，方之熙博士的演講中有更多信息。
以下是方之熙博士在 GAIR 2021 上的演講內容，我們對其進行了不改變原意的編輯整理:
RISC-V 開創新的自由設計模式
RISC-V 于 2010 年在加州伯克利啟動，國內開始關注到 RISC-V 是 2016 年左右，我從 2018 年開始擔任 RISC-V 基金會中國委員會主席。RISC-V 基金會是非盈利組織，其理事會相當于董事會，是整個 RISC-V 的領導小組，目前有大約 1000 家公司加入了 RISC-V 基金會并與其建立了良好關系。
三國時期，曹操和孫權等謀士預見三國鼎立的格局，諸葛亮不光看到這一趨勢，還指出了路線圖，他告訴劉備先奪得荊州，再拿下四川，北上打下關中，又令一上將從荊州領兵北上，合力拿下長安，再攻取潼關，與曹操、孫權逐鹿中原，奪取天下。諸葛亮告訴劉備如何一步一步往前走，非常厲害。
開源 ISA 極具創新性，大家都認為在不遠的將來，RISC-V 將會同 X86、ARM 形成三足鼎立的格局，那么 RISC-V 作為其中一方，想要其保持實力往前發展，就需要像諸葛亮一樣看清路線圖。
當我們要設計一款微處理器芯片時，需要先確定使用何種指令架構，然后再根據指令架構設計芯片和微處理器，最后流片生產。芯片設計有三種不同的模式：
封閉設計。Intel X86 系統架構是由自己公司引領的，其他公司如果需要使用其指令集設計微處理器，則需要拿到專利，不然不被允許使用。英特爾自己設計生產，從系統架構到芯片制造都在自己公司進行，屬于完全封閉的設計。
專利設計。Arm 賣專利不賣芯片，此外，Arm 也提供微處理器的設計，其將 IP 賣給高通、蘋果、華為等大公司，后者基于 ARM 指令集設計自己的芯片。還有一些小公司用 ARM 設計好的 IP 做自己的 SoC 生產或代工芯片。這是 ISA 靠專利賺錢的模式。
自由開放設計。開源的 RISC-V 屬于第三種模式，任何人都可以使用這一套指令集。很多公司會基于 RISC-V 做好設計然后賣專利，SiFive 就是這樣的模式。另外一些公司，如西部數據則是基于 RISC-V 開源指令集自研芯片，然后加工生產。
PC 時代盛行封閉設計模式，移動手機時代，專利模式當道。如今，RISC-V 開創了新的自由設計模式。
RISC-V 商業機會大，工控領域尤為明顯
為什么我們對指令集架構如此感興趣?可以從下面這張圖中得到答案。
這是一張源自 McKinsey 公司 1996 年至 2014 年集成電路產業鏈黃金賽道統計圖。從生產鏈來講，最左邊的設備材料公司，例如 ASML、LAM、KLA、ASM 等公司盈利穩定，但市場不大，相對而言營業額并不高。
第二行是包括 CAD、EDA 在內的軟件設計公司，軟件賣給芯片設計公司，能賺錢，但營業額同樣上不去。
第三行是賣 IP 的公司，市場小，盈利穩定，但營業額不高。
中間最大的一塊，是可編程邏輯芯片，比如 GPU、CPU、手機里的 AP、IoT 用的 MCU，利潤最高，營業額最大。Memory 盈利的時候能夠賺不少，但同樣也面臨較大的虧損風險。
最右邊一行是臺積電、中芯國際、三星等芯片代工廠，最近 7 年變化很大，如今的臺積電營業額和利潤都增長得特別快，但與通用芯片公司相比，其利潤還是會低一些。這就是為什么我們重視包括 GPU、CPU、MCU 在內的芯片公司，這是因為它們在整個芯片產業中占據最大市場份額，同時盈利最高。
如果觀察今年第一季度營業額排名全球前十五的半導體公司，可以發現，除了晶圓廠和存儲器芯片公司之外，大部分都是可編程的通用芯片公司，這些公司的季度營業額都在 25 億美金以上，由此可以估計一年的營業額約為 100 億美金。
因此，從商業角度講，如果將來以 RISC-V 為架構的芯片公司，如果年產值能夠達到 100 億美金，那將是非常成功的公司。
RISC-V 公司成功的產業領域在哪里?目前市面上有各種各樣的預測，我認為這一預測比較靠譜：以 RISC-V 為系統架構的芯片產業將在 IoT 領域發展最大，尤其是在工控領域的發展最快。這和 RISC-V 的特點有關 —— 允許設計者增添自己的新設計，符合工控領域客戶的要求。
當然，RISC-V 要想在工控領域拓展市場，還需要有優秀的通信技術和芯片加工工藝來加持，才能最終看見成效。
芯片產業有一個基本原則，量一定要大才有可能成功商業化。因此我們在設計芯片時，需要問自己，將來我們的芯片可以攻下哪個市場?
一般可以分為面向新應用場景的增量市場和用于替代其他產品的存量市場，兩種市場帶來不同的設計原則。X86 和 ARM 就是得益于增量市場，X86 跟隨 PC 成長，ARM 跟隨手機成長。PC 起步時，芯片種類繁多，有一兩家公司看準方向，與系統軟件公司結合，形成開發平臺，隨之應用程序和軟件公司開發應用，形成生態系統。
生態系統一旦形成之后難以發生改變，對應用軟件公司而言，平臺移植成本非常高。
而在系統架構領域里，不同的細分市場一般只有一個龍頭，很少有老二，Intel 與微軟集成了開發平臺，其他公司很難打進這一市場，不過由于美國的反壟斷法，PC 領域除了 Intel，AMD 也取得了成功。手機領域，最終只有 ARM 結合安卓和蘋果的 iOS 建立起強大的生態。
系統架構領域中，存量市場成功的例子很少，Intel 成功打進了原本基于 Spark 和 IBM Power 架構的服務器和數據中心市場是其中一例，Intel 花費了大量的人力、物力和財力，通過長時間的努力，才最終打進這一市場，且市占率在 10% 以上。
RISC-V 的技術問題和商業挑戰
回到 RISC-V，目前我們面臨一些技術問題和商業挑戰。
3 年前，David Patterson 教授在烏鎮世界物聯網大會上曾提到過目前微處理器面對的一些技術問題：
功耗問題。無論是數據中心，還是智能手機和物聯網市場，功耗問題都變得重要，所以現在的芯片設計很多都是針對降低功耗的，但沒有一個能夠降低功耗的系統架構，這是一個問題。
安全、可靠、隱私在現在的系統里愈發重要，這同樣是系統架構考慮較少的方面。
新興應用。比如物聯網、人工智能、大數據、區塊鏈等都對通用芯片提出了一些新要求，這些要求在現有的系統架構上突破性不多。
微處理器的設計非常依賴系統軟件的兼容性，設計一款芯片一定要考慮過去的系統軟件，不然很多應用程序就無法運行，有很大的局限性。
RISC-V 商業方面的挑戰，需要考慮是要打入存量市場還是增量市場，除了指令集 ISA 之外，還有很多非指令 ISA 的元素，這些元素都需要在 RISC-V 架構上進行更好地定義，最終才能被市場接受。
RISC-V 是開源的，其他要素將來可能也要開源，但每個公司設計自己的芯片一定要有獨到之處，否則沒有實力與其他對手競爭，目前還沒有很好的解決辦法來既保持開源指令集的一致性，又讓各個公司的設計技術表現其獨特性。
RISC-V 不斷成長，設計隊伍越來越大，架構指令不斷增長，有組織、可持續地做一個軟件平臺也是一種挑戰，因為 RISC-V 本身靈活可變，不像 X86 和 ARM 一樣基本固定。
以上這些都是技術問題引起的商業挑戰，或商業本身的挑戰。
RISC-V 開源，為指令集架構的商業模式帶來新的可能性，至于這個商業模式最終會是什么樣?目前還未有明確的答案，希望在座的各位共同努力，找到答案。
