RISC-V生态发展情况及未来走向：2027是新拐点

去年底，我们在《汽车动力与底盘MCU市场现状研究报告》中提到过RISC-V于汽车动力与底盘控制器领域的市场份额还很小，技术层面也有进步空间；但其市场潜力巨大，极有可能在未来1-2年内飙升。

同年10月，米尼奥大学与英飞凌的研究人员曾发布一篇题为RISC-V Needs Secure “Wheels”: the MCU Initiator-Side Perspective（RISC-V需要安全之轮：MCU发起侧角度）的paper。英飞凌在这篇研究中认为RISC-V现阶段就高安全性需求的汽车MCU而言还偏年轻和待完善。

但另一方面英飞凌同期还宣布将在2024年底打造下一代基于RISC-V的MCU虚拟原型（virtual prototype），让汽车领域的客户能够提前进行软件开发和评估。同时，英飞凌与博世、Nordic、恩智浦、高通合作组建初创企业Quintauris，加速标准化和RISC-V的应用——当然也不仅是汽车，还包括移动与IoT设备。这不仅是RISC-V生态的大事件，显然也表现出对行业前排对RISC-V生态的强烈看好。

这和半导体行业发展至今，对于灵活性、可扩展性架构的强烈需求有关。RISC-V与此需求完美契合，故而RISC-V指令集的开源属性，令其近些年的发展可用极速来形容。而在汽车控制器中的发展情况，只是RISC-V诸多应用领域的其中一个很小的例子。

2022年Semico Research就在报告中发布数据称，2025年市场上的RISC-V CPU核会超过600亿个；当时RISC-V设计覆盖的终端市场就已经涵盖如图所示的消费、通信、汽车、工业、军用、计算机等：

援引这份数据主要是为了表达RISC-V应用领域的广泛，但这其中的数字应当已经过时了——过去两年的滴水湖中国RISC-V产业论坛报道中，我们都有探讨过RISC-V走向HPC（高性能计算）的事实，而非仅停留于嵌入式控制芯片：数据中心、汽车ADAS、AI市场都能更频繁地看到RISC-V的身影。

如果从制造和设计两个角度挑选近些年RISC-V生态发展的标志性事件，我们大概会列举两个比较有分量的事件（1）2022年，Intel Foundry与诸多IP厂商合作，令自家前后道工艺面向诸多RISC-V IP优化，针对芯片设计客户提供更好的服务；（2）新思科技（Synopsys）在硅谷举办的RISC-V北美2023大会上发布ARC-V，即基于RISC-V的ARC IP——去年我们就撰文评价过这是RISC-V发展史中的大事件。

IP市场飙升，AI为重要驱动力

RISC-V生态发展最全面的报告来自SHD Group——很多RISC-V生态内的企业基本都在引用这家研究机构的数据。SHD Group去年初曾发布过2024 RISC-V市场分析报告补充版。虽说对RISC-V这种高速发展生态而言，1年时间还是会令这份报告的数据略显滞后，但至少就趋势呈现来看，这些数字仍然是有价值的。

从采用RISC-V IP的SoC芯片角度来看，报告认为到2030年，RISC-V SoC出货量会达到162亿片，营收超过920亿美元：至2030年的CAGR年复合增长率分别为44%和47%。这些SoC覆盖的市场包括有工业、汽车、网络（networking）、计算机、消费等。

来源：The SHD Group, Jan. 2024

如果对该量级数字没有概念，则补充在同语境下SHD Group认为整体的SoC出货量届时预计690亿，市场规模4160亿美元，CAGR分别为12.5%和8.7%。可见RISC-V SoC芯片的发展增速是远超SoC市场整体的。

从微观角度来看，这里尤为值得一提的有两点，（1）SoC设计及三方IP市场情况；（2）将有更多AI芯片采用RISC-V核作为host处理器。

SHD Group认为到2030年采用RISC-V CPU核的SoC设计会达到1371个，CAGR增长率15.7%；从设计数量角度，消费市场应用会成为主力（28亿美元市场价值），随后为计算机与网络应用。这倒是与文首提及Semico Research的数据基本一致——可能和这些市场本身的芯片需求有关。

从IP角度来看：RISC-V IP营收2023年为1.56亿美元，2023-2030的CAGR年复合增长率约为39.5%。作为数据量级参考，补充整个IP市场的数字：

2022年全球IP市场规模约79亿美元，相比2021年增长8.4%；当时2023年的预期增长率为5.3%；同时2030年预计该市场规模会达到150亿美元，CAGR大约为9%左右；而单论CPU IP市场，2022年市场总值约为27亿美元，2030年大概会到58亿美元，CAGR明确在10.4%上下。换句话说RISC-V IP从任何角度来看，都领跑芯片IP市场均值约20%。

市场高速增长的这些值，和Intel Foundry宣布特别针对RISC-V IP做优化并提供定制服务，以及Synopsys推出ARC-V IP的时间也基本契合；体现了有需求，自然有市场和供给这个朴素的道理。

至于上述第二点：要说RISC-V生态进入高速发展期的推动力——既有总结分析文章不少，本文不再细数。我们认为，究其根本原因都在半导体前道制造的摩尔定律趋缓，但人类社会对电子科技发展需求和期望依旧很大。

这一大矛盾激发了半导体市场的新趋势涌现，如异构集成、chiplet、先进封装，以及加速计算开始吞噬通用计算的部分市场、“应用导向的芯片设计”等理念的提出。AI芯片的异军突起也是这一时代背景下的产物；甚至半导体产业传统的商业模式也在跟着变...

RISC-V本不是这两年才诞生的新事物，但却在近些年吸引了如此之多的目光，就在于其开放开源所致的更低成本、灵活、可定制等特性。这些特性与时代主旋律完全契合，尤其当与AI加速器做配合时。

SHD Group也在报告中提到可定制ISA扩展，为RISC-V SoC设计者提供了可灵活支持AI算法的选择。SoC设计异构趋势为RISC-V的采用提供了巨大的市场机会；而对ISA扩展的定制，为设计者尤其特定领域解决方案可定制，则体现了RISC-V的显著竞争优势；针对AI芯片解决方案更便利的架构探索与开发，进一步成为RISC-V的加分项。

所以近两年我们接触的新兴AI芯片设计企业普遍在CPU部分选择了RISC-V指令集。就像前两年Tenstorrent说的，商业闭源指令集基本都缺乏灵活性，针对其AI芯片做专门适配的可能性为零，所以他们选择了RISC-V。

在RISC-V的帮助下，AI芯片设计可以更进一步地令CPU部分与整体芯片解决方案做到完美配合；另外AI仍处在高速发展期，算法变化频繁，RISC-V的灵活性也能很好地满足这种需求——尤其在“应用导向的芯片设计”思路下，针对一定范围内的应用，做特定领域的解决方案；当然RISC-V本身的生态及社区支持，也是其高速发展的必要条件。

现在的RISC-V IP长什么样

要了解RISC-V生态内更具体的设计资源，新思ARC-V就是个不错的切入点。一方面因为从IP供应商的身份来看，新思可能是全球范围内产品门类最全的IP供应商，提供的IP产品包括逻辑库、嵌入式存储、模拟IP、各种有线无线接口IP、安全IP、嵌入式处理器及子系统等等。另一方面，ARC-V包含32位与64位的RISC-V 处理器，覆盖高性能，高效实时性，超低功耗等需求；虽然主打的还是嵌入式应用，但也已经很有说服力了。

新思的处理器IP解决方案包括处理器、子系统、软件、开发系统和工具。ARC-V处理器IP自然就是基于RISC-V指令集的IP系列：包括ARC-V RMX系列、ARC-V RHX系列、ARC-V RPX系列，分别对应于超低功耗、高效实时性、高性能定位；另有功能安全版本，也就覆盖了更广范围的应用负载。

32位的ARC-V RMX系列包括3级流水线的RMX-100和5级流水线的RMX-500，针对超低功耗嵌入式应用做了优化；可选DSP支持，以实现更高的信号处理效率。RMX系列也提供ISO 26262 ASIL-B和ASIL-D FuSa，以及ISO 21434网络安全选项。

ARC-V RHX-100系列则面向高效实时应用，提供超标量单核或多核设计；对硬件加速器和实时硬件虚拟化都提供了支持，且有可选的RVV扩展（即RISC-V Vector Extensions矢量扩展，RHX-100V/105V）——用于加强需要高吞吐和并行数据处理的应用性能与效率。面向安全关键型应用时，RHX-100系列也提供功能安全合规版本。

针对高性能的64位ARC-V RPX-100系列通常为多核设计，基于定义的profile支持user/supervisor mode；ARC-V RPX-105支持SMP Linux和共享L3 cache；多核支持至高16个核，针对不同的应用进行了host处理器性能的优化；当然和前两者一样也有功能安全版本。

从新思的产品手册来看，ARC-V IP还能搭配其他的一些ARC专用和经典处理器IP、处理器子系统，当然还有软件开发工具。

比如说在专用处理器IP上，有VPX DSP IP、NPX NPU IP，以及嵌入式视觉处理器等。以NPX6 NPU IP家族为例，这个系列提供的IP解决方案自然就是面向需要应用深度学习算法的SoC的，尤其是类似对象检测、图像质量增强、场景分割，还有音频与NLP一类的负载。单个AI引擎性能超250 TOPS，多NPU实例则可至多提供3500 TOPS的AI性能。

经典处理器IP选项，像是APEX扩展技术支持，也就是支持用户定义的额外扩展——定制指令可增加专用硬件进一步提升应用性能——这是ARC系列处理器一直就有的，体现在ARC-V处理器之上，自然就和RISC-V标准做了对齐；还有功能安全特性，融合包括ECC、奇偶校验保护、安全监测、用户可编程的windowed watchdog timers等......更多属于新思处理器IP解决方案生态的支持不再列举。

新思自己将这三大系列ARC-V处理器定位面向汽车、工业、消费、存储、网络等应用，基于RISC-V自身特点以及这些IP的灵活、高效率，能更好地适配不同种类的细分应用。

这其中尤为值得一提的是，新思还强调ARC-V "FS"（功能安全）处理器从设计之初，就指向ISO 26262标准定义的最高功能安全等级，同时针对系统开发和硬件安全机制来支持ASIL-B和ASIL-D——配合MetaWare Development Toolkit for Safety帮助软件开发者加速符合ISO 26262标准的代码开发；以及遵守ISO 21434汽车网络安全标准实践......

新思在技术博客中提到：“当代汽车进化为软件定义，汽车行业有了诸如快速、可靠处理与通信、小型化和低功耗运行等需求。扩张中的RISC-V生态将帮助ARC-V处理器IP，在包括信息娱乐系统、车内通信、传感器控制、ADAS等汽车应用中满足这些需求。”安全特性加持，体现的是RISC-V走向更多应用场景，及其生态的持续完善，ARC-V也是其中一部分。

生态扩张可能要走向新拐点

除此之外，去年我们也在文章里谈过新思推RISC-V IP的优势：作为IP供应商时，在核心IP之外的其他设计资源，如cache、NoC fabric、各类接口IP等；作为EDA供应商还提供RISC-V设计与验证工具，ARC生态本身的原有积累。所以我们当时也说，ARC-V IP的推出，对RISC-V生态、对芯片行业都是个典型的加速过程。

比如说新思的EDA产品组合就支持基于ARC-V的SoC架构探索、设计、实施、验证、硅生命周期管理，其他IP也可相对简单地融入到整个SoC开发中：新思ASIP Designer工具套装就提供定制RISC-V处理器与加速器的自动设计选择，从架构探索到RTL生成；新思的软件完整性产品组合则可帮助管理来自开源和三方代码的安全、质量和授权合规风险；还有Synopsys Cloud原生EDA工具支持自然也能全面发挥作用...

基于新思整个硅生命周期开发工具的诸多积累，从原型产品到具体实施、验证和流片，乃至到系统、软件开发工具，新思因此与foundry厂及诸多标准组织都有紧密的联系。这对RISC-V IP生态的长期构建都有着相当大的帮助作用。

随更多EDA/IP供应商、design house、foundry厂开始主动为RISC-V生态添砖加瓦，再走下去RISC-V生态会发展成什么样？

“异构集成”已经不是什么新词，一颗芯片上的不同核心来自不同供应商也已经不是新鲜事。去年SemiAnalysis在分析报告中预测半导体行业因为应用导向的芯片设计、AI芯片持续发展及RISC-V的存在，可能会令芯片设计领域常见的IP授权商业模式发生变化，部分IP供应商甚至有可能变为chiplet供应商——就像Ventana面向下游客户提供chiplet那样。

不管这一大胆预测是否为真，行业对RISC-V的预期在AI时代都绝对不同于其他同样开源开放的处理器指令集。SHD Group还有份数据可佐证这一点：报告指出预计在2027年前后，RISC-V IP的使用费（或称版税，royalty revenue，基于IP获得的营收，按照百分比来收取）就会超过授权费用（licensing revenue，授权可使用IP的费用），价值差约在1.5倍。

来源：The SHD Group, Jan. 2024

因为随更多供应商的IP产出及市场走向成熟，IP授权费用会逐渐达到相对饱和点并保持平稳，但同时IP仍在广泛使用——所以RISC-V芯片售出数量将持续增多，那么对IP供应商而言使用费会成为主要营收来源。更具体地说，2022年CPU IP使用费市场总值在1670万美元，2030年预计达到9.68亿美元，60.2%的CAGR年复合增长率；而2022年CPU IP授权费用为5910万美元，2030年将达到5.429亿美元。

RISC-V生态一路走来的短短数年，我们就看到了生态发展的诸多标志性事件：RISE诞生、采用RISC-V CPU IP的商业芯片设计出现、新思/高通/谷歌/Intel等头部企业纷纷响应加入RISC-V International、瑞萨/Meta/阿里巴巴等开始大量采用RISC-V指令集推出MCU/MPU/SoC芯片、新思ARC IP转向RISC-V，以及RISC-V IP使用费即将超过授权费......

随半导体chiplet、先进封装、加速计算、AI等技术的深入发展，或许在两年以后RISC-V生态就会迎来新时代；届时整个半导体行业的格局可能都将随之发生变化。