x86、ARM和RISC-V三大架構戰火紛飛，未來誰主沉浮？

三大主流架構一直處在輿論的風口浪尖。目前x86架構掌控著全球的高性能計算領域，ARM則是主導了移動計算，新興的RISC-V已經成為第三大芯片架構，此前出貨量剛剛超過100億，但是其發展速度更快，預計在2025年就能實現600億出貨量。

半導體產業縱橫記者在2023 IIC Shanghai現場采訪到了提供RISC-V內核的SiFive公司，他們表示最近幾年，中國對RISC-V的興趣越來越大，這刺激了該架構的普及，到2025年，將有超過600億個 RISC-V 內核集成到物理IC中。此前，SiFive首席執行官兼董事長Patrick Little也表示，當前客戶對公司的市場需求格外強烈。“RISC-V將爭奪所有未來計算平臺的核心。作為RISC-V的創始人和市場領導者，我們有責任引領這個生態系統向前發展，并為客戶提供Arm和其他公司的先進計算替代方案。”

當今市場，三家架構戰火紛飛的如何？


01
X86被替代？

今年1月，英特爾披露的數據顯示，2022財年，其實現收入631億美元，同比下降20%；凈利潤80億美元，同比下降60%。其中，2022年第四季度虧損6.61億美元，且預計虧損還將延續至今年第一季度。多位分析師認為，英特爾發力移動端太晚，加上早期生態管理策略過于封閉，新領域創新不足，其包括ARM架構在內的移動芯片架構后發劣勢明顯，即便是在X86芯片架構這個“自留地”，也遭受AMD壓制。同時蘋果這個移動芯片設計龍頭已經開始蠶食 X86 架構和服務器市場。

1978年，隨著英特爾發布了8086處理，全球進入x86架構時代，早在上個世紀90年代我國臺灣省的威盛公司，也就是HTC董事長王雪紅所創立的企業，拿到了x86架構的授權，也推出了x86系列的芯片，而且命名為“中國芯”，然而由于諸多原因，威盛公司X86芯片最終被市場淘汰了。而內地在2010年之前，尚沒有一家公司拿到x86架構的授權。

但是，從2013年起，國內市場出現了變化，尤其是兆芯和海光的出現，讓國內電腦用戶看到了國產X86芯片的曙光。

從2013年，上海兆芯就進入X86處理器研發，但是從官網公布的資料來看，最新的PC以及服務器的芯片，還是在2019年發布的，分別是開先KX-6000和開勝KH-3000，這兩款芯片都是16納米工藝，其中最強兆芯KX-U6780A的單核性能只相當于i5-7400的44%。

根據消息顯示，2022年1月份上海兆芯提前預報了會在今年各發布一款服務器芯片和桌面處理器芯片，按照之前公布的路線顯示，應該會是全新CPU 微架構的KX-7000系列，有可能采用的就是7納米的制程工藝，而且根據公司透露，目標是達到AMD同期的水平。

與此同時，ARM架構也開始興起，蘋果電腦也轉向了以ARM架構，而且微軟也宣布支持ARM架構，這也就意味著過去wintel生態將面臨瓦解，X86架構也不再是萬金油。


02
ARM架構：從0.5還沒到1

根據指令集（又稱為架構或ISA）的不同，CPU分為不同流派。50年間也浮現了諸多指令集，但一些參與者或由盛轉衰，逐漸淡出市場，或初出茅廬，尚不能擔重任。目前市場形成以英特爾和AMD為代表的x86指令集占大部分份額、Arm指令集占小部分份額的局面。

2012年，Arm正式推出了自己的第一個64位指令集處理器架構ARMv8，希望進入服務器等新的領域。此后，飛騰很果斷的放棄了SPARC，拿下ARMv8指令集架構的授權，全面轉向了Arm陣營。

自蘋果棄用x86，推出M1后，把Arm帶得風生水起。如今，Arm指令集在芯片國產化運動中展現出的潛力，也吸引大量資本進場，比如飛騰。2023年1月，據飛騰宣布，自 2019 年飛騰啟動軟件兼容性互認證工作以來，截至 2022 年底，超過 3000 款國產軟件產品與飛騰完成兼容性適配認證。構建起了國內最完善、最龐大的從端到云的信息化建設全棧生態體系，這是補齊國產CPU短板，打破“卡脖子”封鎖路上的一大步。

2020年12月，由飛騰嵌入式研發團隊研制的新一代8核桌面處理器飛騰騰銳D2000正式發布，集成8個飛騰自主研發的新一代高性能處理器內核FTC663，采用亂序四發射超標量流水線，兼容64位ARMV8指令集并支持ARM64和ARM32兩種執行模式，支持單精度、雙精度浮點運算指令和ASIMD處理指令，支持硬件虛擬化。D2000性能與國際先進水平比肩，安全性進一步提升。飛騰騰銳D2000處理器市場銷量已突破300萬片，是目前信創市場廣受認可的自主桌面CPU。

但如今面臨美國的制裁，如果國內廠商無法拿到升級版的ARM架構，怎么辦呢？半導體產業縱橫記者采訪了飛騰工作人員這個問題，她認為ARM最新架構v10的提升相對于v9來說不算大，“V9夠用而且我們是永久買斷的，所以現在的環境對我們來說沒有威脅，我們的產品也進入到了核心領域。”據介紹，目前最大的信創工程是金稅四期，服務了2500萬的企業用戶，2.8億的個人用戶，從x86換成飛騰之后，性能提升了3倍以上。

國產化的系統有很大的優勢是“因地制宜”地做系統級優化，芯片、整機、操作系統一起提升，也就是舉國體制的優勢。盡管優勢很多，但是坦言講，我們的國產化替代也是依舊沒有到“1”。信創設備3年可能換一批，飛騰的業務也作出了相應的調整，開始攻克下沉市場，進入鄉縣。雖然財政壓力比較大，但是今年目前來看Q1比去年好很多，從“推”逐步變為“被找”。


03
RISC-V：國產新寵兒？

RISC-V作為較新的指令集，技術上是有一定的優勢，但在國內如此受關注，其實最大的原因是這個指令集是開源免費的，基于這套指令集設計的芯片無論用于科研和商業均無需給Intel和ARM上稅。目前市面上常見的指令集都是要收費的，例如華為麒麟芯片，就購買了ARM家的指令集。這些有指令集知識產權的公司均為國外公司，非常不利于我國實現關鍵芯片的自主可控。目前，國內外已經有非常多的RISC-V核心RTL代碼，好多是開源的，如果你感興趣可以下載一個研究研究。比較有名幾個例如Rocket Core、Boom Core、LowRISC SoC均提供源代碼。如果用于商用，國內外也有許多商業公司提供穩定的RISC-V IP核心。例如國外的SiFive公司、Microsemi公司、國內的阿里平頭哥、芯來科技等公司。

RISC-V架構誕生于2010年，不過在頭幾年這個架構一直不瘟不火，直到2018年中國芯片行業開始關注RISC-V架構，到2019年華為由于眾所周知的原因無法獲得ARM的授權，中國芯片開始全力投入RISC-V陣營，至今RISC-V的19個高級成員就有12家是中國芯片企業。

自那時候起，RISC-V開始進入飛速發展階段，尤其是以阿里平頭哥為首的國產芯片企業為RISC-V的發展做出了巨大的貢獻，據稱阿里平頭哥開發的RISC-V架構芯片玄鐵910自推出以來，通過向國內芯片企業授權，已出貨超過30億顆，在中國芯片的力推下，RISC-V架構芯片僅花了12年時間就出貨100億顆，比ARM當年實現100億顆芯片出貨量提前7年。

阿里平頭哥和國內芯片企業基于RISC-V架構研發的芯片被廣泛用于物聯網行業，由此RISC-V架構在物聯網行業站穩了腳跟，逐漸形成了RISC-V占據物聯網芯片市場，ARM壟斷移動芯片市場，Intel則在PC處理器和服務器芯片市場居于主導地位的三足鼎立之勢。

RISC-V獲得中國芯片的青睞在于它屬于全新架構，這就意味著歐美企業都未能獲得優勢的專利，中國芯片基于RISC-V架構開發芯片將不受歐美企業限制，這與ARM因為美國企業貢獻了太多專利，導致ARM一直受制于美國有很大差異。

RISC-V從一開始就定位為開放架構，任何企業、個人都可以基于RISC-V開發芯片，它的授權費幾乎為零，這對于剛創業不久的中國芯片企業非常合適，可以大幅降低開發芯片的難度，而ARM架構的授權費雖然已很低，但是開發芯片加上流片費用首期可能要千萬美元，這是許多創業芯片企業無法承受的。

當然RISC-V架構自身也足夠優秀，RISC-V的開創者就是希望開發一個可以用成熟工藝生產出性能更強的芯片，同時進一步降低功耗，基于這一理念，RISC-V的核心架構比ARM更簡潔、效率更高，從SiFive公司和中國芯片基于RISC-V開發的芯片來看也證明了這一點。

到如今連最看重穩定性、可靠性的NASA也選擇RISC-V架構，無疑證明了RISC-V架構確實足夠優秀，這將進一步加速RISC-V架構在全球的發展。

中國芯片如今成功推動RISC-V架構在物聯網行業發展起來后，正力推它進入PC、服務器芯片市場，可以預期在中國芯片的努力下，RISC-V架構將得到更廣泛的應用，對ARM、Intel的威脅也進一步加大。

RISC-V的出現其實給直接競爭對手ARM帶來了巨大壓力，以至于ARM公司某天突發奇想，偷偷上線了一個域名為http://riscv-basics.com的網站，專門用來黑RISC-V。由此可以看出RISC-V對傳統廠商的沖擊。

3月26日，在北京舉行的第十屆開源操作系統年度技術會議(OS2ATC)傳來全球首款RISC-V筆記本電腦ROMA正式發布這一振奮人心的消息。該電腦默認搭載國產操作系統開放麒麟(openKylin)，被視為中國芯片產業發展的關鍵，同時也是國產操作系統領域具有劃時代意義的事件。

ROMA由RISC-V基金會牽頭，深度數智開發、鑒釋科技調試的全球首款原生RISC-V開發筆記本電腦，它的誕生意味著openKylin正式面市，接受市場和用戶的檢驗。而參與開發的三家實體，均來自于openKylin社區戰略合作伙伴。

RISC-V作為一款開源指令集，被視為是繼x86、ARM架構之后，中國芯片產業的第三條路，為我們構筑國家信息安全底座提供了新的選項。很多人認為，RISC-V架構可能是中國芯崛起的關鍵。中國工程院院士倪光南曾指出，RISC-V架構應該成為國內科技企業的新焦點。

目前我國已經越來越重視開源，在2021年十四五規劃中首次將支持數字技術開源發展寫入國家戰略規劃之中，這讓我國的開源事業進入了新階段，今后中國的開源貢獻會不斷增長。

OpenHarmony的開源是中國開源發展中的重要里程碑，其發展十分迅猛。據統計，目前HarmonyOS的華為設備數已經有3億臺，生態合作伙伴超過2000家。

OpenEuler是中國業界優秀開源社區的另一個例子，openEuler面向服務器操作系統。2019年發布了openEuler開源項目，目前openEuler開源社區貢獻者已經達到了9396人，全球下載遍及120個國家，1500個城市，55萬的下載量，專業組達到96個，已經成為全球開發者最關注的開源項目之一，在openEuler社區中中國企業作出了重大貢獻。這充分說明開源是時代的產物，是科學傳播精神的體現。

開源不僅可以更好的推進科技的進步，也是中國加速融入世界創新的有效方式。同樣開源模式已經從軟件領域走向了硬件領域。近年來國際上一種新型的開源RISC-V ，為我國掌握芯片產業發展主動權提供了機遇。它由美國加州大學在2010年發布，他們創造了一種通用的計算機芯片指令集既降低了進入芯片行業的門檻，也符合未來萬物互聯的技術發展趨勢。

同時RISC-V采取開源模式，目前已經有越來越多的國家、企業、高校、科研院所擁抱RISC-V架構。它對中國發展芯片產業同樣有重要意義。


04
未來三大架構將共存，沒有誰打敗誰

從行業應用來看，當前主流架構是英特爾的X86和ARM，分別對應于微軟Windows操作系統及谷歌安卓操作系統。

近年來，AIoT市場的爆發改變了x86和ARM兩強的格局，定制化、專用化的芯片成為新的趨勢，而x86和ARM的商業模式遠遠無法滿足市場需求，RISC-V的優勢開始凸顯，極有希望發展成為第三大架構生態。

在談到未來三種架構的關系時，平頭哥半導體有限公司副總裁孟建熠表示：“在很長的時間里面，X86、ARM、RISC-V是共存的，不是RISC-V一定要打倒誰。”

經過多年的建設，中國RISC-V生態已初具規模。數據顯示，2022年，采用RISC-V架構的處理器已出貨100億顆，到2025年將突破800億顆。

在IoT領域，2025年，預計將有28%的市場會被RISC-V所占有。在RISC-V最有機會發力的AI和機器學習領域，復合增長率將超過70%，到了2027年，生態中將會達到250億件設備。

回到平頭哥在RISC-V處理器及芯片的研發上。目前，平頭哥已推出3大系列、8款RISC-V處理器，覆蓋高性能、高能效、實時可靠等場景需求，是RISC-V量產芯片采用最廣泛的處理器。

在軟件工具及應用層面，平頭哥首次完整推出“基礎軟件三件套”——編譯器TAC、編譯環境CDK、部署工具集HHB。不僅提升了RISC-V開發環境及工具棧效率，還已經在商用IM（即時通訊）工具釘釘、創維酷開電視端WebOS等不同場景中落地。

產業內十分關注的還有RISC-V Vector1.0標準，這也是RISC-V的首個穩定版本，之后的所有修改都將保持兼容性，因此開發者可以在此基礎上開始開發工具鏈、功能模擬器和實現，以及使用該指令集的軟件。

目前，RISC-V芯片生態與操作系統等基礎軟件生態正加速融合。平頭哥已基本完成國際及國內主流操作系統與RISC-V的全適配，包括安卓、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龍蜥、統信、openKylin、創維酷開系統、RTT等操作系統。這意味著，RISC-V完全有能力通過云、桌面、終端等不同操作系統承接軟件應用。

除此之外，平頭哥還拿到了全球首張架構兼容性測試證書。目前，平頭哥正在持續推動RVV1.0架構標準、面向人工智能的全新Matrix矩陣標準以及RISC-V安全技術標準等。

在談到Risc-V的全球格局時，孟建熠表示，北美依然是RISC-V創新高地。從處理器IP到軟件，到data center都在全面探索。歐洲公司也都在逐步從原有架構轉到RISC-V架構。

實際上，中國企業在推動RISC-V國際標準建設中發揮了關鍵作用。RISC-V國際基金會CEO Calista Redmond表示，基金會22位高級會員中有12名來自中國。在國際標準建設中，平頭哥領導了其中的11個主要技術小組，推動了29個技術方向的標準制定，是公認的投入力量最大的中國機構。

談到平頭哥在RISC-V上將發力的方向時，孟建熠表示，目前來說，規模和標桿對RISC-V都很重要，平頭哥將發力高端。“如果僅從規模角度看，大家總覺得它可能比較低端，甚至不能做高端。今天，我們也在高端上不斷嘗試，比如高端存儲、網絡、邊緣計算、通信，都在不斷往高性能做。去年我們已經布局，明年就可能發布。”

RISC-V 之父、圖靈獎得主 David Patterson 表示：“RISC-V 是一個全球現象，有超過 60 個國家的開發者們在研究它，在亞洲，許多知名企業、學術機構、行業協會都積極參與。從嵌入式，到各類型的計算機，最后到大型主機，我認為，3 到 5 年后，RISC-V 將無處不在！”