RISC-V不止替代，更搭AI

从2010至今13年的时间，RISC-V架构已从无人问津变成了能够挑战ARM架构的最强勇者。究其原因，无外乎开源、自由、简单等原因，更关键的是随着经济逆全球化趋势凸现，中美更存在着贸易进一步脱钩的可能。有着台积电、英伟达等“卡脖子”的前车之鉴，国内的半导体厂商与芯片工程师愈发关注如何针对Arm进行“国产替代”，RISC-V逐渐成为“全村的希望”。

不过，“国产替代”终究是在走替代的道路，要想实现如今ARM那样成熟的生态，年轻的RISC-V的路还有很长。但正如武侠小说中，主角往往都能在机缘巧合下获得传世法宝或顶级武功秘籍，RISC-V似乎也迎来了它的机遇——AI时代。

如果说曾经的RISC-V是沿着ARM的道路前行，努力做好“替代”的工作，那AI时代的RISC-V就获得了超越ARM的机会。

RISC-V不止替代，为什么？

另起炉灶，没包袱

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相对ARM来说，RISC-V拥有的最大优势就是轻量化与开源性。

就轻量化来说，这可能并不算是一个优点。虽然芯片仅能听懂0与1组成的二进制命令（机器语言），但工程师能指挥芯片完成多种多样的复杂计算并不需要使用这些，而是可以使用类似命令行的文本来控制它，这就离不开建立在芯片之上的各种指令集。

指令集本质上是操控芯片执行任务的机器语言或电信号的集合，每个指令对应着一个电路，输入一些电信号，芯片就会返回一些电信号。它可以被分为复杂指令集CISC（Complex Instruction Set Computer）与精简指令集RISC（Reduced Instruction Set Computing）。事实上，无论是复杂还是精简，它们之间并无优劣之分，只是在面对不同应用环境的时候会展现出不同的性能表现。例如在执行较复杂命令，对功耗要求不那么高的PC平台上，属于CISC的X86指令集几乎一统天下，而在移动端领域，CISC较高的功耗需求，让属于RISC的ARM占据了绝对优势。

不过就RISC-V与其竞争对手ARM而言，他们都属于RISC指令集的一种，替代ARM，RISC-V优势在哪？

进入2023年，AI让芯片的算力得到无与伦比的表现。作为软件，AI可以说已经榨干了所有芯片的极限。而当摩尔定律脚步放缓，硬件成长速度变慢，算力从哪来？突破摩尔定律，RISC-V似乎比ARM更有优势。

目前，面对AI算法对硬件算力的压榨，实行专用架构，或者说对AI算法进行特定优化的芯片成为化解高算力需求的新趋势。ARM与X86，作为老牌指令集，它们内部有着诸多“陈年代码”类似的问题——“shit山”，换种文雅的说法就是历史遗留指令太多，后续工程师很难再对现有指令进行更新或添加。很多读者或许下载过ARM官方的文档介绍，几千页读下来，熟练掌握尚且困难，推陈出新更是难办。多指令模式更为ARM架构设计增添了复杂性。因此，在指令集的扩展方面，年轻的RISC-V天然具有极大优势。

目前，专用芯片可以分为常规的CPU、GPU，以及FPGA与ASIC。芯片从CPU到ASIC，专用性依次提升，但通用性也相应下降。ASIC作为专用芯片，它甚至只能跑固定算法，不过换来的则是超越所有芯片的运行速度与更低的功耗。有数据显示，相对同级别CPU、GPU，该类ASIC芯片可提高运算性能15倍至30倍，并提高能耗效率30倍至80倍。不过，目前AI算法还正处于快速迭代中，将算法直接固定下来显然不划算。因此，专用性与通用性两手抓的DSA架构与FPGA受到更多的关注。

2017年，David Patterson与John Hennessy在“体系结构的黄金年代”主题演讲中提出了DSA架构。相比FPGA，DSA更像是ASIC的升级版或回调版，而不是FPGA的改进。DSA可以为某类应用进行特定优化，实现更高的能效比。在RSIC-V高灵活性优势的加持下，DSA架构还能发挥出更多优势，其中就包括能耗。从另一方面来说，目前FPGA已经较为成熟，已经有不少服务器用上了FPGA，但在新兴的边缘计算领域，由于对功耗较为敏感，DSA正在获取更多市场。

总的来说，更“年轻”的RISC-V拥有比ARM和X86更好的灵活性与扩展性。在边缘AI计算对算力、功耗均有较高要求的条件下，DSA架构正在快速发展，RISC-V作为更灵活的指令集，则更加搭配DSA架构。

更适合小模型

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RISC-V并不是适合所有的AI模型。很明显，在AI大模型方面，由于其需要的极高算力与超高的相关资源消耗，让几乎所有RISC指令集望而却步。以ChatGPT这类大模型为例，据OpenAI测算，ChatGPT训练阶段总算力消耗约为3640 PF-days（约1PFLOP/s效率跑3640天），GPT-3训练成本预计能达到500万美元/次。

边缘AI，无法承载大模型对算力的高需求，瞄准单一领域、对算力要求相对低的小模型AI则可以施展拳脚，RISC-V的机会就来了。尤其是物联网领域，RISC-V已经展现出了优势。前文提到，RISC-V的轻量化带来灵活性优势，这一点也正好匹配了IOT领域的发展。2021年，RISC-V芯片数量已经突破10亿颗，其中最多应用在语音识别、AI视觉、智能家电、工业控制、物联网安全等领域。

从算法角度来说，更高自由度的RISC-V指令集恰好与需要更快速迭代与高算力的AI算法相匹配。墨滴论坛专家表示：“RISC-V的指令集可以根据具体的应用需求进行裁剪和定制，因此可以更好地适应不同的AI算法，包括深度学习、神经网络等。”更重要的是，AI算法，无论是大模型还是小模型，都离不开算力属性的支持。既要算力高，又要迭代快适应广，更轻更便捷的RISC-V非常适合。

还有一点非常重要，在ARM的绝对优势区域IP领域，RISC-V还拥有杀手锏。首先，由于RISC-V指令集非常灵活，在设计芯片时，单个IP可以更加灵活的进行组合或重构（自行增减指令集或者核心数量），而不是必须遵守ARM的IP协议，较死板的应用高价买来的IP核。简单来说，RISC-V的IP相比ARM还能继续“拆解”，以解决芯片设计的多种情况。同时，这也为RISC-V架构带来了更高的扩展性，设计师可以像玩乐高积木一样任意拆分模块，组合出理想中的芯片来。

总结一下，如今AI大流行时代，云端AI模型正逐渐向覆盖面积更广阔的边缘移动。高自由度的组合形式为RISC-V带来更强的灵活性，也更加契合边缘AI的发展。

AI时代，RISC-V怎么开拓市场？

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就ARM或X86的选择上，一家中小规模的公司，一旦选择在某个指令集上发力，就要投入大量人力资源去迎合。那么RISC-V怎么从早已成熟的ARM架构中抢夺本来就稀缺的芯片人才呢？

记者在南京世界半导体大会上采访到了时擎科技董事长蒋寿美。他表示，其实应用RISC-V指令集并不会给芯片设计工程师造成很大困难。ARM与RISC-V之间的切换，就像是具有数据结构知识的程序员，在C语言与Python之间的切换一样。变化的只是指令，不变的是整体的设计理念。蒋寿美认为，一个熟练掌握ARM架构的设计师，可能仅需半个月就能切换到RISC-V的开发上来。

对于RISC-V来说，AI是个风口，但也埋藏危机。曾经元宇宙与区块链的概念都红极一时，不过仅一两年的时间过后，很多厂商就已经倒闭或撤资，吹起来的泡沫也一一破裂。当AI退潮，RISC-V是否在裸泳呢？

就目前来看，AI的浪潮与过去元宇宙和区块链的爆火并不相同。AI其实已经切实的提升了整体生产力。更关键的是，AI的发展并不是一蹴而就，从阿尔法狗战胜李世石的惊世棋局，再到ChatGPT引发的另一个“iPhone时刻”，AI已经高速发展了很久，它经历了多次互联网寒冬，横跨了多个爆发的热点技术。记者从多家企业中了解到，目前很多企业都将研发重点押宝AI，尤其是边缘计算，包括AI语音、AI视觉甚至AI交互。今天的发展成果，还远不及AI所能达到的顶点。AI从未止步，RISC-V也未停歇。

总结

从宏观角度看，RISC-V的发展还远远不及ARM。庞大的生态体系与众多的开发者是RISC-V难以逾越的鸿沟。不过正因如此，RISC-V也具备了更轻量化的指令集，“船小好调头”成为AI时代的重要优势。随着硬件技术的发展，更搭AI的RISC-V正从替代ARM，一步步走向与ARM并肩前行的未来。