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聚焦RISC-V+AI，未来半导体产业两大黄金赛道！

21ic电子网 · 公众号 · 半导体 · 2024-11-29 21:57

正文

前言

在当今的科技浪潮中，RISC-V架构和人工智能（AI）正在成为推动半导体行业变革的重要力量。其中，RISC-V作为一种开放的指令集架构，赋予了设计者更大的灵活性和创新空间，使得定制化芯片的开发变得更加高效和经济。这种开放性不仅促进了技术的快速迭代，更推动了整个生态系统的蓬勃发展。而人工智能的快速进步对计算能力则提出了更高的要求，催生出了一系列专用的AI加速器和处理器，进一步改变了半导体设计的格局。

结合RISC-V与AI的潜力，我们正目睹一个全新的半导体时代的到来，这一时代将重塑各行各业的技术架构和应用场景。本文将探讨RISC-V和AI如何共同影响半导体产业的发展方向，推动其向更高效、更智能的未来迈进。

在当今技术迅猛发展的时代，半导体产业正面临着前所未有的变革。尤其是RISC-V架构的兴起以及人工智能（AI）的广泛应用，正在深刻影响着半导体的设计和制造，推动着行业向更加高效、灵活和智能的方向发展。这一变革不仅为全球科技产业带来了新的增长点，也为中国实现科技自立自强、推动产业升级提供了前所未有的“弯道超车”机遇。

在此大背景下，如何把握这一技术迭代机遇？国内厂商如何实现自我突破？或许，这些问题在第二十一届中国国际半导体博览会（IC CHINA 2024）上可以找到答案。

打破封锁，RISCV成不二法门

提到RISC-V，想必大家都不陌生。作为一种全新的开放处理器指令集架构，RISC-V自2010年诞生以来，便受到了包括谷歌、IBM等在内的众多企业，以及剑桥大学、中国科学院等在内的知名学府与研究机构的关注和参与。

随着AIoT时代的到来，智能化应用场景与万物互联的生态催生出了巨大的芯片市场，使得全球对RISC-V架构的关注度不断升温。特别是在中国半导体核心技术被“卡脖子”之后，RISC-V更被视作国产芯“自主可控”的发展契机。

在IC CHINA 2024上，中国工程院院士倪光南表示，中国是开源大国，目前已经成为开源RISC-V的重要力量，带动全球开源事业的发展。发展RISC-V生态是顺时代之势、应国家之需、答产业之盼，对新时代中国开源体系建设，对推动全球集成电路全产业创新发展都能作出重要贡献。

要知道，RISC-V最大的优势就是开源和免费。其中，开源意味着开发者可以针对特定应用场景，比如近期火热的AIoT市场，设计出自己的AIoT芯片架构；而免费意味着RISC-V可以帮助开发者低成本完成CPU设计，将芯片设计门槛大大降低‌。

除此之外，RISC-V还具有精简、灵活、模块化、可配置、“没有历史包袱”等诸多优势。具体来说，RISC-V指令集架构具备开放性特点，任何人、组织、公司均可自由用于商业或非商业用途；RISC-V架构十分简洁，32或64位基础指令不超过60条，加上扩展指令只有一百多条，它总结和吸取了历史上诸多处理器架构的精华；在扩展性方面，RISC-V用户可根据产品特性扩展自定义指令增加产品差异化和竞争力。

因此，对于设计人员而言，RISC-V是一种专为高速和低功耗而设计的简化架构。而基于RISC-V的芯片，不仅适用于学术界，也非常适合商业应用。

根据市场调研机构Semico Research发布的数据显示，预计到2025年，采用RISC-V架构的芯片数量将增至624亿颗；预计2018-2025年，RISC-V CPU内核的复合增长率（CAGR）将达到146%，而这些芯片将主要应用在计算机、消费电子、通信、交通和工业等领域。

另据国际市场分析机构SHD Group发布的数据显示，预计到2030年，RISC-V全球市场规模将达到927亿美元，未来几年的年均复合增长率为47.4%‌。此外，用于AI加速器的RISC-V SoC出货量预计将达到41亿颗，营收将达到422亿美元‌。

而中国作为RISC-V发展的重要市场之一，目前已有100多家规模相当大的公司正在使用RISC-V设计芯片，至少还有100家初创公司也在尝试使用RISC-V架构芯片‌。例如，中国移动和中移芯昇发布的全球首颗采用RISC-V CPU内核的超级SIM芯片“CC2560A”，而中国电信也部署了以RISC-V CPU为核心的“北海”平台‌。这些成果不仅标志着中国RISC-V发展已初具规模，更为健全强化集成电路全产业链提供了新的机遇。

倪光南指出，中国集成电路产业链往往分为四个环节，即芯片设计、芯片制造、封装测试和下游应用。发展集成电路产业应该用系统思维去思考，每个环节都息息相关、不可偏废。而RISC-V繁荣生态，则需要来自社会各个方面的相关支撑，包括政府、高校、产业界、科研院校、市场应用等多个方面协同。对此，我国应该发挥新型举国体制优势、超大规模市场优势和人才优势，大力支持开源创新，积极参与全球科技创新网络和科技治理，与世界协同，为促进RISC-V生态繁荣贡献中国智慧和中国力量。

另外，伴随着RISC-V的兴起，一种创新的处理器架构DSA也引起了人们的关注。在当前摩尔定律放缓的趋势下，RISC-V的DSA系统可面向特定领域，通过定制的架构以更好地适应需求。DSA需融合硬件和软件技术，包括更有效的并行算法，更有效的存储带宽利用，削减不必要的计算精度，采用面向领域的编程语言DSL；同时，DSA还可能与面向领域的语言DSL相结合，如OpenGL、TensorFlow等。因此，发展基于RISC-V架构的DSA新型服务器也是我国“弯道超车”的机遇，这一架构有望实现对X86服务器的替代。

而RISC-V工委会轮值会长、知合计算CEO孟建熠也认为，当前RISC-V生态正在加速成长，RISC-V也将改变“芯片架构”领域的市场结构，成为AI时代计算架构变革的技术底座。

在AI时代的“下半场”，RISC-V将呈现四大发展方向：一是针对AI的架构创新，RISC-V具有计算架构的定制化能力，可以适配各种最新的应用需求；二是RISC-V处理器的产品性能将超过阈值，达到主流性能需求；三是RISC-V通用CPU的功能将更加完善；四是基于Vetor和Matrix，RISC-V在AI加速以及各类应用中的扩展将更加迅速。

可以预见，随着AI落地的不断深入，RISC-V将在更多领域和场景中展现出其强大的潜力与价值，而中国半导体产业也将有望取得更大的发展。

守正创新，掘金AI“芯”赛道

健全强化集成电路全产业链发展，除了需要社会各个方面的相关支撑，以及资本和市场的力量，还离不开创新技术的加持，比如人工智能、物联网、云计算、大数据等。而在SEMI全球副总裁、中国区总裁居龙看来，以AI为代表的智能化技术，正在给全球半导体产业带来革命性变化。

居龙表示，去年半导体产业处于下行周期，但SEMI综合各机构预测，预计今年全球半导体产业至少有15%-20%的增长，预计全球半导体产业规模将会突破6000亿美元，有望在2030年达到销售额万亿美元的里程碑。在实现这一目标的过程中，AI是最大的驱动力。2023年是生成式AI的元年，新的科技革命浪潮兴起，在AI的赋能下，半导体在AI数据中心、智能汽车、物联网等领域的需求持续增长。预计到2030年，在半导体产业万亿美元的销售额中，将有70%以上的芯片中含有AI元素。

另据Gartner发布的数据显示，2023年全球AI芯片收入为540亿美元，预计2024年将达到710亿美元，到2025年将增至920亿美元，年均增长率为20%-41%。这些数据可以更直观地显示出AI半导体市场强劲的增长趋势和巨大的市场潜力。

不仅如此，新紫光集团董事、联席总裁陈杰也认为，人工智能对集成电路的发展更具重要意义。2023年是人工智能发展里程碑的一年，在AI的引领下，全球半导体市场规模创新高，仅今年二季度就达到了1621亿美元。在大模型、大数据、大算力这“三大动力”的支撑下，人工智能有望迈入通用智能时代，具备人类记忆、思考、推理的能力。

不过，实现这一切还要有一段很漫长的路要走。陈杰指出，当前人工智能在商业模式、能源供应、技术路线等多方面都存在挑战，应该采取“守正创新”的态度和模式，去迎接人工智能带来的机遇和挑战。‌‌

具体来说，在商业模式上，人工智能现在进入到了大模型“百模大战”阶段，竞争非常激烈，知名的产业公司也投入了巨大的人力、物力、财力，以发展一些进入大模型的人工智能。当前，整个商业模式大部分都是亏钱的状态，比如OpenAI公司，未来可能还要亏上100多亿美金。它的商业模式到底在哪儿？究竟怎样才能产生收益？其实大家都在探索之中。

在能源供应上，大模型需要巨大的算力，需要大量的能耗，而现在包括微软、谷歌、亚马逊等知名公司，都在考虑是不是要租用核电站来解决未来大算力的问题。可以预见，能耗很可能成为左右未来人工智能发展的重要战略资源。不过，这对中国来说，或许是一个机会。因为中国的能源，特别是新能源（如太阳能、风力），可以为全球的人工智能发展提供巨大的能源支持。

在技术路线上，我们可以看到，人工智能研究热潮主要基于transfomer大模型、大数据、巨大的参数。然而，探索通用人工智能的发展，到底是一条正确的道路，还是唯一的道路，现在都不好说，包括图灵奖得主Yann LeCun对这个问题也有不同的看法，但更多的人认为，人工智能通向通用人工智能一定不只有transfomer和大模型一条路可走，还有很多值得我们思考和探索的地方。

针对以上问题，陈杰建议，我们应该采取“守正创新”的态度和模式，去迎接人工智能给我们带来的机遇和挑战。

在“守正”方面，要密切跟踪AI领域国际前沿技术发展趋势，集中力量对已经被证明有效的技术卡点进行正面突破，比如算法模型中Transfomer架构通用LLM的研究与实现，算力方面的GPGPU、NVlink，工艺方面的FinFET、GAA等。此外，在大算力芯片要用到的大容量、大带宽的存储器方面，也应该集中力量进行突破。

在“创新”方面，要重视开拓AI新技术路线，开展架构创新、系统创新、端侧创新、应用创新。在当前还看不清楚通向人工智能的正确道路的时候，可以集中力量跟踪目前国际上比较流行的进入大模型的算法和它搭建的通用架构，以及相应的大算力系统。除了大模型以外的RWKV、JEPA等新的算法和架构，也可能演变成未来通向通用人工智能有效的手段。基于此，我们呼吁行业可以进行大胆的研究和探索，包括新型的存算一体化架构、芯片结构、3D晶体管等。

总之，中国在应用端有着巨大优势，从移动互联网时代起就有着很多成功经验。针对AI时代的到来，可以发挥我们在移动互联网时代积累的应用端的优势，在做好端侧AI芯片的同时，还要做好端侧的应用。只有这样，才能形成一个应用的高地，做出我们自己的特色。

结语

综上所述，RISC-V和人工智能的崛起正在深刻改变着半导体行业的格局。RISC-V以其开放性和灵活性，为芯片设计带来了前所未有的创新机会，使得企业能够根据特定需求定制处理器，从而加速了技术的进步与应用的普及。同时，AI的广泛应用对计算架构提出了新的挑战，推动了对高性能、低功耗解决方案的迫切需求。这两者的结合不仅推动了新一代半导体产品的开发，还为智能设备、边缘计算和大数据处理等领域的未来发展奠定了基础。

在这个快速变化的环境中，持续关注RISC-V与AI的协同发展，将为国内企业带来竞争优势，并引领中国半导体行业走向更加智能化和可持续的未来。

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