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RISC-V，席捲全球
RISC-V 架構是一個開放的國際標準，用於規範電腦軟體與硬體的介面方式。它作為一種共享語言，設定了通訊和互操作性的參數。開放標準為行業參與者提供了一種協作和開發技術解決方案的途徑，有助於加速創新並限制智慧財產權 (IP) 的濫用。
一些政策制定者擔心開放標準可能威脅美國的國家安全和競爭優勢。然而，標準的開放性本身並不構成風險。事實上，RISC-V 不包含敏感智慧財產權，其合作開發也不需要企業披露智慧財產權。企業競爭的是使用該平台開發的技術，而不是平台本身。RISC-V 通過建立一個靈活、低風險、低成本的合作平台，增強了美國晶片設計公司的競爭力。為了抓住這一機遇，美國應繼續支援 RISC-V 在未來晶片創新中的應用。
ISA 格局中的 RISC-V
目前，有兩種領先的半導體指令集架構 (ISA)佔據了大部分市場：x86（來自美國的 Intel/AMD）和 ARM（來自英國的 Arm Holdings，該公司由日本軟銀集團控股）。ISA 主要有兩種：複雜指令集電腦 (CISC) 和精簡指令集電腦 (RISC)，它們的組織方式和運行效率不同；x86 基於 CISC 原理，而 ARM 基於 RISC。大多數筆記型電腦和台式電腦都使用 x86 ISA，而 ARM 在移動領域幾乎擁有全部市場份額。ARM 和 Intel/AMD ISA 是專有標準，因此其他公司和設計人員可以授權 ARM IP 或購買和使用基於 Intel/AMD IP 的處理器。
相比之下，該領域的最新參與者是 RISC-V（發音為“risk five”），這是一種基於 RISC 原則的開放標準 ISA，晶片設計團隊可以免費訪問並在各種用例中實施，且不受許可限制。換句話說，RISC-V 允許通過免版稅許可證輕鬆進行定製，並且對修改沒有任何許可限制。
全球平台： RISC-V最初於 2010 年在加州大學伯克利分校的平行計算實驗室開發，現在由瑞士非營利標準機構RISC-V International管理。該非營利組織吸引了來自 70 個國家的 4,600 名成員，其中包括合作開發 RISC-V ISA 及其擴展的公司、大學、社區組織和個人。RISC-V International 的技術指導委員會包括美國實體（例如Google和高通）以及中國組織（例如阿里巴巴和華為）。RISC-V International 的 24 個主要成員涵蓋初創公司、風險投資公司和超大規模企業，其中 12 個位於中國大陸，9 個位於美國，台灣、巴西和西班牙各各有 1 個。董事會和整體成員分佈在美國、中國和歐洲，其中美國在數量上略微領先。
靈活性和可訪問性： RISC-V 的靈活性和可訪問性使其成為一個極具吸引力且發展勢頭強勁的 ISA。早期用例主要集中在嵌入式系統市場，在高性能計算 (HPC) 和人工智慧 (AI) 以及消費電子產品和可穿戴裝置領域均有潛在應用。目前，基於 RISC-V 的晶片數量已超過 20 億，預計到2031 年將增長到 200 億。RISC-V 國際組織 (RISC-V International) 的成員數量已從2019 年的 236 個增長到 2025 年的 4,600 多個，該組織致力於利用這種支援。2019 年末，地緣政治緊張局勢不斷升級，促使 RISC-V 國際組織管理機構從特拉華州遷至瑞士，理由是其使命是確保美國以外的大學、政府和企業能夠訪問和開發其技術。自那時起，該非營利組織一直在建構生態系統中的合作工具和機會，並制定了 68 個新規範和 80 多個工作組。
低成本、高控制力平台：許多目前購買 x86 或 ARM ISA 授權的公司正在參與開發 RISC-V，以便在無需支付高昂授權費用的情況下，獲得另一種半導體架構選擇。這使得工程師能夠在 ISA 之上建構自己的實現，從而更好地控制其技術，並充分利用 RISC-V 生態系統的軟體相容性。例如，在 RISC-V 開放標準 ISA 推出僅僅五年後，Nvidia於 2015 年開始從其專有微控製器轉向基於 RISC-V 的核心。Google、高通和三星等其他行業巨頭也採取了類似舉措。可定製的低成本 ISA 選項對小型企業也具有吸引力。
安全的 IP 環境：需要再次強調的是，RISC-V 不包含敏感 IP，其合作開發也無需企業披露此類 IP。RISC-V 標準制定並不要求美國企業與其他企業共享機密資訊。企業的敏感 IP 僅用於其 RISC-V 的實施，而不會通過 RISC-V 平台本身共享，並且企業可以授權其 RISC-V 的實施。例如，像 SiFive 和 Tenstorrent 這樣的初創公司使用 RISC-V ISA，然後將其實施作為 IP 進行授權。此外，一些人認為開源 ISA 設計比封閉設計更安全，因為它們允許技術社區成員共同尋找漏洞。
RISC-V 標準制定並不要求美國公司與其他公司共享機密資訊。企業的敏感 IP 僅用於其 RISC-V 的實施，而不會通過 RISC-V 平台本身共享，並且公司可以授權其 RISC-V 的實施。
RISC-V的商業案例
行業快速採用：據 BCC Publishing 報導，RISC-V 技術的市場收入預計在 2022 年至 2027 年期間以 33.1%的復合年增長率增長。美國國防高級研究計畫局 (DARPA)在 2018 年支援了RISC-V 多核處理器的開發。截至 2025 年，許多美國公司正在迅速投資基於 RISC-V 的軟體實現，從 Nvidia 的 GPU 中的微控製器到三星的 5G mmWave RF 和 Seagate 的 HDD 控製器。事實上，2023 年 5 月，行業領袖和初創公司合作啟動了RISC-V 軟體生態系統 (RISE) 項目，旨在加快將 RISC-V 軟體融入消費電子產品、資料中心和汽車產品中。 RISE 的 13 個高級會員和 10 個普通會員包括Google、英特爾、Nvidia、高通、紅帽、Rivos、SiFive、Ventana、三星、聯發科、字節跳動和 Tenstorrent。
大型業內企業也公開描述了RISC-V架構在AI應用和擴展中日益重要的作用。2018年，Google參與創立了OpenTitan，旨在開發一款開放原始碼的、基於信任根的晶片，該晶片已得到社區成員以及業界和學術界合作夥伴的支援。高通在其部分驍龍處理器中使用了RISC-V核心，其裝置已出貨超過6.5億個此類核心。輝達於2024年10月透露，其定製CUDA核心將基於RISC-V ISA標準。迄今為止，該公司已開發了至少三個RISC-V微控製器核心，預計截至2024年10月，其產品出貨量將達到10億個。
更高的技術靈活性：為什麼這麼多公司投資 RISC-V？答案歸結於靈活性和成本，主要體現在供應鏈和可定製性方面。許可要求昂貴且限制多多，更不用說法律上的複雜性了。此外，RISC-V 目前在技術方面比早期的 ISA 更加靈活。例如，x86 經過長期迭代，不斷增加擴展和複雜性，使其難以應用於新的應用程式。基於 RISC-V 的核心沒有前幾代遺留的問題，並且可以更輕鬆地進行定製以獲得性能優勢或更高的計算密度。正如 Ventana Micro 的一位發言人所解釋的那樣：“在 RISC-V 中加入一條指令是一個相對簡單的過程，只需提出指令定義，提供指令所需的論證，並通過 RISC-V 國際技術指導委員會進行稽核即可。”
雖然 RISC-V 近期的發展帶來了諸多優勢，但其新興特性也意味著它不具備與專有 ISA 相同的技術和客戶支援網路。ARM 的專有技術自帶支援和責任保障，而 RISC-V 國際組織目前正努力建構該生態系統。正如 Ventana Micro 的一位發言人所解釋的那樣：“我們的目標始終是通過 RISC-V 國際組織來驅動所有新指令/擴展，以防止行業分裂。即便如此，如果您確實需要完成某項工作，也可以隨時快速推進，在通用基礎上孵化加速創意。這正是 RISC-V 吸引眾多 AI 應用的原因。”
RISC-V 的採用日益增多
RISC-V 不僅是 x86 和 ARM 的競爭對手，而且代表了晶片設計領域廣泛當前和潛在應用的突破性替代方案。
當前應用：目前，RISC-V主要應用於嵌入式技術，在可穿戴裝置、全球汽車以及 HPC/AI 行業也擁有廣闊的市場前景。無晶圓廠公司 SiFive 是 RISC-V 高性能晶片的早期支持者，其晶片已應用於Google資料中心和 NASA 的高性能太空電腦。RISC-V 還被用於建構靈活的晶片，為可穿戴醫療電子產品、智能包裝標籤、軟體機器人以及其他廉價產品提供動力。
未來應用：雖然 RISC-V 在主流消費電子應用領域至少十年內無法與 x86 和 ARM 競爭，但領先的公司已經在使用 RISC-V 來開發未來功能。阿里巴巴正在開發用於邊緣計算的 RISC-V 晶片，總部位於香港的 DeepComputing 公司也發佈了全球首款 RISC-V 筆記型電腦，儘管其性能目前落後於使用專有 ISA 的筆記型電腦。2024 年，英特爾高級架構開發事業部的工程師成立了AheadComputing Inc.，這是一家專注於開發 RISC-V 核心 IP 的初創公司。
基礎設施需求：至關重要的是，RISC-V 要成為主流裝置中的主力，需要建構一個強大的工具、支援系統和資源生態系統，以吸引晶片製造商和製造商。RISC-V 國際組織於 2024 年 10 月批准了 RVA23 規範，這是一項重要的進展標誌，該規範是一套與 RISC-V 相容的標準化 ISA 擴展集，儘管在支援其開發生態系統方面仍有許多工作要做。
RISC-V是美國標準創新領導力的戰略機遇
鑑於RISC-V平台的快速普及及其在增強互操作性和協作方面的優勢，美國的政策選擇有那些？最近的分析強調了美國政策制定者在RISC-V政策方面的考量：
需要更好地理解 RISC-V：一篇 2024 年的評論指出，政策制定者對 RISC-V 的理解尚不充分——尤其是晶片競爭發生在實現層面，而非標準層面。這意味著每家公司都以獨特的方式實現 ISA，並獨立加入其專有創新。簡而言之，RISC-V 不涉及敏感技術的轉讓，而且公司通常不會在標準討論期間洩露其智慧財產權——因此，原則上，中國參與 RISC-V 並不意味著可以獲得先進的半導體技術。
持續參與 RISC-V 的重要性：迫使美國公司退出 RISC-V 的努力將是行不通的，因為這不僅不會阻止中國和其他公司使用 RISC-V，反而會將創新拱手讓給中國公司。事實上，一些美國公司仍然需要使用 RISC-V，但會失去對其發展的影響力。這可能會導致 RISC-V 生態系統碎片化，並可能使美國公司處於不利地位，因為它們不得不開發多個 RISC-V 系統，卻無法影響生態系統的發展軌跡。此外，美國、歐洲和其他公司支援 RISC-V 有充分的商業和技術理由。這使它們能夠避免依賴單一專有標準，並受益於一個低成本、適應性強、被廣泛採用且持續改進的標準。
監管方式的限制：CSET 2024 年的一篇文章強調，由於 RISC-V 由瑞士標準機構管理，美國在 RISC-V 方面的監管選擇有限；唯一真正可行的方案是限制美國參與 RISC-V 標準制定。但此舉將對美國公司產生反作用（它們可能會離開美國，以便在其他國家使用 RISC-V），並可能損害美國的科技領先地位和競爭力。
RISC-V 的一個主要優勢是它是一種低成本的標準，可供研究人員利用、在大學教授和使用，並可供小型初創公司和大型公司採用。……重要的是，RISC-V 是一種將新一代研究人員的創新理念推向市場的手段。
美國外交政策研究所2021年報告的“ RISC-V的前景與偏執”部分則著眼於更長遠的未來：報告認為，RISC-V在適應性和落地實施方面蘊藏著諸多機遇，美國必須在國內大力投資RISC-V，以確保其在開源硬體領域的領先地位。報告指出，儘管一些人對這一新標準的興起感到擔憂，但美國將從中獲益良多。RISC-V雖然會降低晶片設計的價格，推動晶片行業某些領域的商品化，但也會使競爭的焦點從資本轉向設計創新。這將充分發揮美國目前在設計方面的優勢，並凸顯出培養（或吸納）更多高端工程人才，並為其營造有利的商業環境的必要性。
至關重要且充滿挑戰的是，RISC-V 已開始融入美國創新生態系統，應用於公共和私營部門的各個項目，例如NASA 噴氣推進實驗室的航天計算和 Nvidia 的 CUDA 核心。RISC-V 的一大優勢在於它是一種低成本標準，可供研究人員利用，在大學進行教學和使用，並被小型初創公司和大型企業採用。它代表了一條更容易獲得、低成本的途徑，可以帶來新的創新產品和更強的競爭力。更重要的是，RISC-V 是一種將新一代研究人員的創新理念推向市場的手段。
如何邁向標準領導地位
歷史上，美國在全球標準制定領域的領導地位促進了技術及其供應鏈的增長和創新，也為美國企業帶來了優勢。但近年來，這種關注度有所減弱。
中國如今認識到積極參與標準制定對於發展其長期競爭優勢的價值。正如《中國標準2035》規劃所強調的那樣，中國正優先投資和參與標準制定機構，著眼於在廣泛的新興技術領域為中國企業贏得競爭優勢。放棄標準領導地位並非明智之舉。在此背景下，美國應積極發揮領導作用，把握國際標準制定機遇——包括RISC-V帶來的機遇。這需要美國在政策上予以關注，並投入更多資源以參與標準制定機構。美國必須認識到，中國已經改變了標準競爭的性質，美國需要與志同道合的國家共同採取建設性且積極的應對措施。
為了邁向標準領導地位，美國可以利用半導體創新生態系統中現有的項目和機制。為了培養精通RISC-V的專業人才，美國可以進一步將RISC-V培訓融入工程課程和勞動力發展中，例如由半導體研究公司資助的研究學者項目。此外，還可以在聯邦政府資助的區域性計畫中重點推廣RISC-V，例如國防部微電子公共空間和商務部技術中心，並與大學、初創企業和業界合作。具體而言，政府支援的項目提供了支援必要物理基礎設施的機會，以加速整個生態系統中RISC-V的開發和驗證。
美國政府需要確保美國國家標準與技術研究院 (NIST) 能夠積極參與國際標準制定處理程序，包括在 RISC-V International 等標準制定機構中為美國公司提供支援。NIST 還可以通過為政府機構舉辦研討會以及召集行業領袖來更好地瞭解他們的利益和挑戰，從而促進標準教育。需要為利益相關者提供資源，以開展國際合作並制定最符合美國及志同道合國家利益的標準戰略。NIST 的工作需要獲得充足的資金和支援，以確保美國公司、觀點和公民在這項持續進行的國際標準制定工作中得到體現。
結論
為了應對這一挑戰，美國應該推動標準教育，鼓勵該領域的研究和開發，包括工程課程，並為美國的參與提供充足的資金。
鼓勵美國公司積極參與國際標準機構的標準制定，並為 NIST 提供必要的聯邦資源以平衡中國的參與。
制定支援大學和產業界基於 RISC-V 的研究項目，尤其要為學生提供 RISC-V 的入門和培訓。投資建設支援 RISC-V 開發所需的物理基礎設施，包括用於驗證基於 RISC-V 硬體的研發實驗室和測試設施。
利用現有機制，例如半導體研究公司（SRC）的成熟項目，來支援一批精通 RISC-V 的專業人員和項目，包括 RISC-V 電子設計自動化工具。人才培養將是關鍵。
強調在聯邦資助項目（例如國防部微電子共享中心和其他技術中心）中使用和開發 RISC-V，作為將工業界和學術界的研究人員與工具和培訓聯絡起來以培養 RISC-V 領導力的一種手段。
RISC-V 為晶片行業提供了一個關鍵的戰略機遇，使其能夠在未來幾十年在全球晶片設計領域發揮領導作用和影響力，但所需的措施迫在眉睫。標準制定過程如同一列前進的列車，我們需要建立一個聯盟來引導它，繼續支援整個國內設計行業，並支援對 RISC-V 開發的投資和參與。 (半導體行業觀察)