車規(guī)應(yīng)用，RISC-V架構(gòu)如何發(fā)力？

「選 X86 還是選 ARM？」這是芯片在設(shè)計之初的首要問題之一。

近些年，這個選項中還增加了一匹黑馬—RISC-V。

從商業(yè)模式來說，X86 是封閉的指令架構(gòu)，適合 PC 端的高性能計算，功耗最高，供應(yīng)商主要為英特爾和 AMD，基于架構(gòu)開發(fā)芯片并且售賣；Arm 架構(gòu)是由 Arm 公司研發(fā)，適用于移動通訊領(lǐng)域，擴展性不及 X86 但能耗居中，基于架構(gòu)再開發(fā)處理器核出售給芯片設(shè)計公司。

RISC-V 是目前市面上主流架構(gòu)中，并不由某一家公司所主導(dǎo)的芯片架構(gòu)，多用于智能穿戴設(shè)備，指令精簡，沒有歷史包袱，功耗也最低。

近幾年來，有越來越多半導(dǎo)體業(yè)界的頭部公司和產(chǎn)業(yè)人士開始參與 RISC-V 建設(shè)。比如今年 8 月，博世、高通、英飛凌、Nordic 半導(dǎo)體以及恩智浦這五家頭部汽車電子芯片公司共同宣布，一起合資成立一家基于開源 RISC-V 架構(gòu)的新公司。新公司將重點基于 RISC-V 架構(gòu)研發(fā)汽車領(lǐng)域芯片。未來，還將逐步擴展到移動和物聯(lián)網(wǎng)等更廣泛的市場。

那么 RISC-V 架構(gòu)因何適用于汽車應(yīng)用呢？

RISC-V 架構(gòu)因何適用于汽車應(yīng)用

第一點，RISC-V 具有更先進(jìn)的架構(gòu)可以提升汽車系統(tǒng)的整體性能。

在軟件圈有一個梗：十年的老代碼，你敢動嗎？

這個故事具體情形是：當(dāng)新入職的同事被告知維護(hù)老產(chǎn)品時，看著代碼包就像是在霧里看花，當(dāng)他去問資歷更老的同事就會發(fā)現(xiàn)，幾經(jīng)輪回已經(jīng)沒有人懂具體邏輯是什么樣的，原作者也不知道已經(jīng)跳了幾家公司，于是他沒有辦法，只能在外邊包一層，交付新功能。

這，就是歷史的包袱。

毋庸置疑，RISC-V 的指令集相比 ARM 和 X86 要精簡得多，包袱也更小。這也意味著編譯器可以更容易地生成高效的機器代碼，使得程序更容易優(yōu)化，并且更容易移植到不同的 RISC-V 處理器上。

要知道車上的電控系統(tǒng)、傳感器等眾多設(shè)備都是電老虎，搭載智能駕駛依然會消耗大量電能，所以 RISC-V 的低功耗是一個亮點。

此外，RISC-V 架構(gòu)不僅短小精悍，而且其不同的部分還能以模塊化的方式組織在一起，如此一來制造商可以按需裁剪并增添專用指令，使其以更小的內(nèi)核面積，更低的功耗，實現(xiàn)高性能表現(xiàn)，顯著提高能效比。與此同時，RISC-V 允許添加專門的加速器或協(xié)處理器來處理特定任務(wù)，如圖像處理或機器學(xué)習(xí)，這使得汽車系統(tǒng)能夠以更高的效率處理復(fù)雜任務(wù)，如環(huán)境感知和路徑規(guī)劃。

第二點，RISC-V 模塊化設(shè)計可帶來更廣泛的應(yīng)用。

RISC-V 架構(gòu)為各行業(yè)芯片帶來了全新的設(shè)計理念，汽車芯片也是受惠于這種優(yōu)勢。尤其是在 MCU 層面發(fā)展迅速。MCU 采用了 RISC-V 的指令集設(shè)計，可以讓芯片廠商非常快速地完成低門檻、低成本的芯片設(shè)計，并針對特定的應(yīng)用場景進(jìn)行定制化的指令集設(shè)計，具有很強的靈活性。

智能駕駛是 RISC-V 比較好的一個應(yīng)用場景。它可以支持高性能的處理，為自動駕駛提供更強的通用計算能力。RISC-V 支持自定義的指令集擴展，可以加速特定的應(yīng)用。此外，相對于競品來講安全隔離會更好，虛擬分區(qū)也是 RISC-V 的一個主要優(yōu)勢。智駕芯片上，Mobileye 推出的 EyeQ Ultra 芯片搭載 12 個 RISC-V 內(nèi)核，可支持 L4 級別自動駕駛需求。

RISC-V 在智慧座艙領(lǐng)域是一個后來者。智慧座艙采用高通的 64 位處理器，它的生態(tài)已經(jīng)非常的健全。因為建智慧座艙需要一個非常健全的生態(tài)，這個是 RISC-V 目前在座艙上的一些劣勢。但是 RISC-V 在座艙方面主要是擴展支持虛擬化，也為未來成為座艙應(yīng)用的后起之秀奠定了一定的基礎(chǔ)。同時，現(xiàn)在已經(jīng)可以支持使用 Java 語言的系統(tǒng)，Google 也已經(jīng)宣布安卓會支持整個 RISC-V。

智艙芯片上，SiFive P670A/P870A、中科院計算所第二代「香山」、賽昉科技昉·天樞-90 等產(chǎn)品有望代替 ARM A 系列成為座艙芯片 IP 核。

此外，在云端應(yīng)用方面，基于 RISC-V 芯片的算力中心，相較于英偉達(dá)等主流人工智能計算硬件擁有更高能耗比，可有效提升云端存儲、計算效率，幫助降低汽車云化、車載物聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛開發(fā)、車路協(xié)同等領(lǐng)域運營成本。

不過 RISC-V 的優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止這些。

第三點，RISC-V 架構(gòu)具有更經(jīng)濟的成本和更強的生命力。

RISC-V 允許任何人免費設(shè)計、制造和銷售 RISC-V 芯片和軟件，無需像 ARM 那樣購買昂貴的架構(gòu)許可證。

如此，RISC-V 的開源優(yōu)勢大幅度降低了整個芯片設(shè)計的成本，可以省去 IP 的授權(quán)費。同時，指令集的開源更具生命力以及可持續(xù)發(fā)展，具備從嵌入式到高性能計算領(lǐng)域的整個覆蓋能力。

得益于在價格、性能、靈活性、自主可控等方面的優(yōu)勢，也促使了 RISC-V 在車規(guī)級 MCU 市場與 Arm 等其他架構(gòu) MCU 瓜分市場的格局形成。并且，近幾年來，國內(nèi)新興的車規(guī)級 MCU 廠商很多都不約而同的選擇了 RISC-V 架構(gòu)來做自己的車規(guī)級 MCU，比如云途半導(dǎo)體、武漢二進(jìn)制、國芯科技以及芯科集成。

RISC-V 上車有哪些難處？

「如果說在人工智能領(lǐng)域，人們更關(guān)注的是算力，那么在汽車領(lǐng)域，人們關(guān)注的首要問題則是安全?！惯@是 SiFive 產(chǎn)品營銷高級經(jīng)理林宗民的一句話。

RISC-V 想要在汽車中得到廣泛應(yīng)用，還需要兼具有優(yōu)越的安全性和可靠性。RISC-V 架構(gòu)允許集成高級安全功能，如故障檢測、錯誤糾正和安全啟動機制。這些功能對于滿足汽車安全標(biāo)準(zhǔn)和保護(hù)車輛免受安全威脅至關(guān)重要。

對于企業(yè)來講，通過功能安全認(rèn)證是一場漫長的「拉鋸戰(zhàn)」。時間成本是 RISC-V 相關(guān)企業(yè)推動車規(guī)產(chǎn)品落地的過程中最關(guān)心的問題。世界范圍內(nèi)，SiFive 和晶心科技等企業(yè)在車規(guī)上布局較早。SiFive 車用系列的 RISC-V 安全處理器已實現(xiàn)了 ISO 26262 的 ASIL-B 和 ASIL-D 認(rèn)證，晶心科技在 2022 年也透露其產(chǎn)品開發(fā)流程經(jīng)過了獨立評估，符合最高 ASIL-D 規(guī)格 CPU 內(nèi)核的開發(fā)要求。在中國大陸，芯來科技的 NA900 于 2021 年提交評估申請，通過 ISO 26262 ASIL-D 產(chǎn)品認(rèn)證花費了近兩年時間。

同時任何車載操作系統(tǒng)或者車用的工具鏈，以及車用軟件都要進(jìn)行安全認(rèn)證，這樣才能和芯片進(jìn)行匹配，這是對車載生態(tài)的一個限制點。在軟件定義汽車的時代，如果沒有軟件生態(tài)，基于 RISC-V 實現(xiàn)的芯片很難在具體應(yīng)用場景中發(fā)揮作用。

除了軟件生態(tài)的劣勢，相關(guān)的編譯器、開發(fā)工具以及其他生態(tài)要素也還在發(fā)展，使得 RISC-V 上車受到諸多阻力。不過當(dāng)下，在軟件生態(tài)方面正在發(fā)生一些變化，例如：今年 6 月，包括谷歌、三星、高通、SiFive、平頭哥、英特爾在內(nèi)的 13 家 IT 和半導(dǎo)體頭部企業(yè)發(fā)起了全球 RISC-V 軟件生態(tài)計劃「RISE」，以推動 RISC-V 處理器在各個領(lǐng)域的市場化落地。

盡管 RISC-V 上車還面臨著軟件生態(tài)的門檻，但多家頭部芯片公司和生態(tài)廠商在積極推進(jìn)車規(guī)級產(chǎn)品布局。RISC-V 正在向更先進(jìn)的制造工藝、更強勁的性能和更高端的應(yīng)用持續(xù)演進(jìn)。

國內(nèi)外廠商推動 RISC-V 上車

隨著全新開源的 RISC-V 架構(gòu)的興起，國內(nèi)外 IP 供應(yīng)商已先后推出十余個系列車規(guī)級 IP，覆蓋通用、高性能 MCU 與安全芯片 IP 領(lǐng)域，能基本滿足目前車規(guī)級控制芯片需求。在此基礎(chǔ)上，芯片廠商正研發(fā)應(yīng)用于車身、動力、底盤等領(lǐng)域的高性能 RISC-V 芯片。

主要 RISC-V 車規(guī)級 IP 及芯片產(chǎn)品 來源：各公司官網(wǎng)，車百智庫研究院

2022 年 9 月，SiFive 宣布推出三款車規(guī)級內(nèi)核：E6-A、X280-A 和 S7-A 解決方案，以滿足信息娛樂、駕駛艙、互聯(lián)性、ADAS 和電氣化等當(dāng)前和未來應(yīng)用的關(guān)鍵需求。

瑞薩在推動 RISC-V 上車的嘗試則更早，2020 年 4 月，瑞薩與 SiFive 達(dá)成合作，共同開發(fā)面向汽車應(yīng)用的下一代高端 RISC-V 解決方案。緊接著，在 2020 年年末，瑞薩借助日本半導(dǎo)體公司 NSITEXE 推出了集成 RISC-V 協(xié)處理器的汽車 MCU RH850/U2B。據(jù)了解，這款產(chǎn)品主要用于混合動力 ICE 和 xEV 牽引逆變器、高端區(qū)域控制、連接網(wǎng)關(guān)和車輛運動等相關(guān)應(yīng)用。

英特爾在 CES 2022 上推出了專為自動駕駛打造的 Eye Q Ultra 系統(tǒng)集成芯片。值得一提的是，Mobileye EyeQ Ultra 不包含任何 X86 內(nèi)核，而是擁有 12 個 RISC-V 內(nèi)核、ARM GPU 和 DSP。

RISC-V 架構(gòu)被認(rèn)為中國車規(guī)級芯片自主可控的一塊「敲門磚」，有望助力提升國產(chǎn)汽車芯片自給率。

東風(fēng)集團與中信科集團共同成立二進(jìn)制半導(dǎo)體發(fā)布的伏羲 2360，可應(yīng)用于發(fā)動機、變速箱、三電控制、ADAS、整車控制等領(lǐng)域；泰凌微 TLSR9 系列應(yīng)用于汽車通信產(chǎn)品；方寸微電子 TIH64Vx690 可用于安全 MPU。國內(nèi) MCU 廠商愛普特也與阿里平頭哥進(jìn)一步達(dá)成深度合作。雙方計劃未來一年推出六大 RISC-V 芯片系列產(chǎn)品，主要面向的領(lǐng)域也包括車載領(lǐng)域。

但整體上，汽車領(lǐng)域 RISC-V 芯片應(yīng)用尚處于早期，僅有少量產(chǎn)品在座椅、車窗控制等功能安全較低領(lǐng)域，尚未實現(xiàn)大規(guī)模上車。不過芯科集成資深技術(shù)市場總監(jiān)王超表示：「從這個行業(yè)來看，RISC-V 市場占有率目前略低，但客戶對 RISC-V 的接受度并不像大家想象的那么低，他們對于 RISC-V 的態(tài)度其實很 Open?！?/span>

值得注意的是，近日，國家新能源汽車技術(shù)創(chuàng)新中心與北京開源芯片研究院、北京中科海芯科技有限公司聯(lián)合在京設(shè)立 RISC-V 車規(guī)級芯片技術(shù)聯(lián)合實驗室，將共同研究與開發(fā) RISC-V 車規(guī)芯片技術(shù)，開展行業(yè)技術(shù)平臺和前沿基礎(chǔ)性科研工作，為國內(nèi) RISC-V 車規(guī)芯片技術(shù)發(fā)展按下「快進(jìn)鍵」。

RISC-V，未來可期

歷史上一直是 X86 和 ARM 兩種架構(gòu)壟斷 CPU 市場的紅利，整個芯片產(chǎn)業(yè)一直處于高壟斷態(tài)勢，開源 RISC-V 的出現(xiàn)打破了壟斷，為全球芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強大的推動力。

根據(jù) RISC-V 基金會的數(shù)據(jù)，2022 年采用 RISC-V 芯片架構(gòu)的處理器核已出貨 100 億顆（其中一半來自中國市場）。據(jù)其預(yù)測，到 2025 年采用 RISC-V 架構(gòu)的處理器核出貨量將突破 800 億顆，增長速度遠(yuǎn)超預(yù)期。

在這個浪潮中，中國市場已走在 AIoT 時代發(fā)展前列，在市場需求牽引下，中國 RISC-V 生態(tài)已初步形成，全球 100 億采用 RISC-V 的核中有一半來自中國，數(shù)百家中國公司都在關(guān)注或以 RISC-V 指令集進(jìn)行開發(fā)，在 RISC-V 22 個高級會員中，12 家為中國企業(yè)，包括阿里巴巴、華為、騰訊、中興等。

如今，RISC-V 架構(gòu)正逐漸成為中國芯片設(shè)計和制造領(lǐng)域的重要一步，幫助中國在芯片開發(fā)和生態(tài)建設(shè)方面取得成就。