RISC-V，读音 “risk-five”，是一个基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构（ISA） 。这里的 “V” 有着双重含义，一方面，它代表着是从 RISC I 开始，由伯克利设计的第五代指令集架构，是技术发展与传承的象征；另一方面，“V” 还寓意着变化（Variation）和向量（Vectors），体现了 RISC-V 架构在应用中的灵活性和强大的计算能力，能够适应不断变化的技术需求和多样化的应用场景。简单来说，RISC-V 就像是一个免费开放的建筑蓝图，任何人都能基于它来设计和制造芯片，不需要像传统指令集架构那样支付高昂的授权费用。
2010 年，在科技飞速发展的浪潮中，传统指令集架构却暴露出诸多问题。当时，计算机科学家 David Patterson 和 Krste Asanovic 教授敏锐地察觉到，x86、ARM 等传统架构犹如两座大山，横亘在技术创新的道路上。高昂的授权费用，让许多学术研究和中小企业望而却步，成为难以承受之重；而封闭性更是限制了技术的自由创新，就像给创新套上了沉重的枷锁。以 ARM 为例，其授权费常常高达数百万美元，这对于预算有限的学术研究团队和处于发展初期的中小企业来说，无疑是一笔天文数字，使得他们在技术探索的道路上举步维艰。而 x86 架构，源代码完全封闭，开发者根本无法对其进行自主定制，就如同在黑暗中摸索，却找不到前进的方向。
在这样的背景下，加州大学伯克利分校的团队毅然决定开辟一条新的道路，他们决心开发一套开源、免费、可扩展的指令集架构，让技术创新不再受限于高昂的费用和封闭的体系。于是，RISC-V 应运而生，它承载着打破垄断、推动技术自由发展的使命，犹如一颗新星，在半导体领域冉冉升起，为行业带来了新的希望和活力。
RISC-V 指令集由 “基本指令集 + 扩展指令集” 组成。基本指令集是必选的，扩展指令集是可选的。意思就是可以根据你的实际需求，选择需要使用的指令。例如在一个项目中，如果不需要用到压缩指令，那么就不需要把压缩指令添加进来，从而做到定制化，这也是 RISC-V 的一大特点。
RISC-V 的基础指令集涵盖了为编译器、汇编器、链接器、操作系统（结合额外的特权操作）等提供必要功能实现的最小指令集合。这些指令构成了 ISA 和软件工具链的骨架，可围绕它们构建更多定制的处理器 ISA，符合最新的 RISC-V 规范。任何一种 RISC-V 指令集架构都必须完整地实现其中的一种基础指令集。RISC-V 的基础指令集包括以下几种类型：RVWMO（弱内存次序指令集）：RISC-V 采用的内存一致性模型。RV32I（32 位整数指令集），指令长度为 32 位，包含 32 个通用寄存器。
RV32E（32 位嵌入式整数指令集），在 RV32I 基础上简化，专为嵌入式 CPU 设计，仅包含 16 个通用寄存器，其余与 RV32I 相同。RV64I（64 位整数指令集），在 RV32I 基础上演变，支持 64 位地址空间，寄存器扩展为 64 位，对 RV32I 指令格式进行了部分修改。RV128I（128 位整数指令集），在 RV64I 基础上变更，支持 128 位地址空间，寄存器宽度为 128 位。
RISC-V 的扩展指令集旨在为 ISA 提供特定方面的功能操作指令，一个 ISA 可以选择加入多个扩展指令集。为了确保多个指令集能够共存，各指令集的编码空间按照 RISC-V 国际基金会（RVI）的编码要求进行划分，以避免冲突。例如，在 RV64I 基础上，添加原子、整数乘除法、双精度浮点、压缩指令，则该指令集称为 RV64IMADC。
全球芯片指令集的 “三国杀”
在全球芯片指令集的舞台上，RISC-V 与 X86、ARM 形成了三足鼎立的局面，上演着一场激烈的 “三国杀” 。这三者在市场格局、技术特点、应用场景等方面存在着显著的差异，也各自有着独特的发展路径和优势。
X86 架构诞生于 1978 年，英特尔发布的新款 16 位微处理器 8086 开创了 X86 架构时代。作为复杂指令集计算（CISC）的代表，X86 架构指令丰富，能够在单个指令中完成较为复杂的操作，这使得它在高性能计算领域具备强大的处理能力，在个人电脑和服务器市场占据着主导地位，拥有庞大而成熟的软件生态系统，几乎所有的主流操作系统和软件都原生支持 X86 架构。然而，复杂的指令集也导致了硬件设计的复杂性增加，功耗相对较高，并且 X86 架构的授权门槛高，限制了其在一些新兴领域的拓展。
ARM 架构则是精简指令集计算（RISC）的典型代表，最初专为移动设备和嵌入式系统设计，以低功耗、高效率和易于实现等特点，成为了移动端的霸主，在智能手机、平板电脑、物联网设备等领域广泛应用。ARM 采用授权模式，企业可以根据自身需求进行定制化设计，具有较高的灵活性。近年来，ARM 也在向桌面和服务器领域进军，试图打破 X86 在该领域的垄断。但在生态系统方面，ARM 在桌面和服务器领域仍不及 X86 成熟，软件兼容性等问题有待进一步解决。
RISC-V 作为后起之秀，凭借开源、免费、可扩展的特性，为芯片行业带来了新的活力。与 X86 和 ARM 不同，RISC-V 没有高昂的授权费用，企业和开发者可以自由地使用、修改和扩展指令集，这大大降低了创新的门槛，使得中小企业和科研机构能够更轻松地参与到芯片设计中。在技术特点上，RISC-V 采用模块化设计，用户可以根据具体应用场景选择合适的指令集扩展，实现高度的定制化，在能效比和性能表现上也有出色的表现。目前，RISC-V 主要应用于物联网、嵌入式系统、边缘计算等领域，并且在人工智能、自动驾驶等新兴领域也展现出了巨大的潜力。
RISC-V 的兴起并非偶然，除了自身的技术优势外，也得益于外部环境的推动。随着半导体技术的发展，市场对芯片的需求日益多样化，传统的 X86 和 ARM 架构难以满足所有场景的需求，RISC-V 的灵活性和可定制性正好填补了这一空白。近年来，国际形势的变化使得芯片自主可控的重要性日益凸显，RISC-V 的开源特性为各国提供了实现芯片自主研发的新途径，降低了对国外技术的依赖。
国内企业的 “新宠儿”
RISC-V 在国内的发展历程，是一部充满创新与突破的奋斗史。自 2010 年 RISC-V 诞生以来，其开源、免费、可扩展的特性就吸引了国内众多企业和科研机构的目光 。2015 年，中国成立了 RISC-V 产业联盟，旨在推动 RISC-V 在中国的研发和应用，这一举措为 RISC-V 在国内的发展奠定了坚实的基础。同年，中国科学院计算技术研究所发布了国内首个 RISC-V 处理器核，标志着中国 RISC-V 技术的自主研发取得突破。此后，国内多家企业和研究机构纷纷加入 RISC-V 产业联盟，共同推动 RISC-V 技术的发展。
众多国内企业纷纷在 RISC-V 领域进行战略布局，其中阿里和华为的表现尤为突出。阿里达摩院旗下的玄铁是国内最早投入 RISC-V 架构的技术创新及生态建设的团队之一。2019 年，玄铁发布首款 RISC-V 处理器 C910，开启了阿里在 RISC-V 领域的征程。此后，玄铁不断创新，推出了涵盖高性能、高能效和高实时的 C 系列、E 系列和 R 系列的处理器家族产品，应用涵盖了智能终端、网络通讯、AI 智算、服务器及周边等多个热门场景。2025 年 2 月 28 日，阿里达摩院在玄铁 RISC-V 生态大会上推出最新的高性能处理器 C930，通用算力性能达到 SPECint2006 基准测试 15/GHz，面向服务器级高性能应用场景。C930 搭载 512 bits RVV1.0 和 8 TOPS Matrix 双引擎，将通用高性能算力与 AI 算力原生结合，并开放 DSA 扩展接口以支持更多特性要求。
华为同样在 RISC-V 领域早早布局，虽然未公开太多产品细节，但作为 RISC-V 产业联盟核心成员，积极推动操作系统适配与指令集标准化。有消息称华为昇腾 AI 芯片部分采用 RISC-V 架构，试图剑指英伟达 GPU 替代。早在华为倾力打造鸿蒙 OS 操作系统时，就为开发者提供了一款名为 Hi3861 的开发板，有观点认为这或许是华为首款基于 RISC-V 架构的芯片。从规格上看，它是 32 位芯片，最大频率 160MHz，内嵌 352KB SRAM、288KB ROM、2MB Flash 等，集成 802.11b/g/n 基带和 RF 电路，且支持鸿蒙系统。
除了阿里和华为，国内还有许多企业在 RISC-V 领域积极探索。比亚迪、蔚来等车企采用 RISC-V 芯片替代进口 MCU，单车成本省 200 元。中科海芯 “紫荆 M100” 车规芯片将于年内量产，有望打破欧美厂商垄断。在 RISC-V 国际基金会中，中国企业占比极高，全球 RISC-V 基金会高级会员中，中国企业占比达 80% ，包括华为、阿里巴巴、中兴等头部科技企业；全球 25 个理事会成员中，9 个来自中国。中国已构建从 IP 核、EDA 工具到操作系统的完整 RISC-V 生态链，贡献超 50% 的 RISC-V 国际标准提案，主导 AI 计算、向量扩展等关键领域。统信软件国产系统已全面支持 RISC-V，谷歌 Android 原生适配计划也在同步启动。
中国在 RISC-V 领域的发展成果显著，已成为全球 RISC-V 发展的重要力量。截至 2022 年年底，全球采用 RISC-V 架构的 100 亿颗处理器中，有一半来自中国。到 2023 年，中国 RISC-V 产业市场规模已超过百亿元，涵盖了处理器设计、芯片制造、软件生态等多个领域。2023 年中国 RISC-V 市场规模达 17 亿美元，预计到 2030 年将飙升至 250 亿美元，年复合增长率近 50% 。RISC-V 架构的发展，为中国芯片产业带来了新的机遇，有望助力中国在全球芯片竞争中实现弯道超车，提升国家的信息安全和产业竞争力。
机遇与挑战并存
随着科技的飞速发展，RISC-V 在多个领域展现出了巨大的应用前景和市场潜力 。在人工智能领域，RISC-V 架构的灵活性和可定制性使其能够根据不同的 AI 应用场景进行优化，为 AI 芯片的发展提供了新的思路。Tenstorrent 公司推出的基于 RISC-V 架构的 Blackhole 加速器，包含 768 个 RISC-V 核心，峰值计算性能可达 745 TFLOPS，超过了英伟达的 A100 和 L40S 加速器，且产品有望比同等性能的 GPU 系统便宜 5 到 10 倍，已与客户签订了总额近 1.5 亿美元的合同，展现出 RISC-V 架构在 AI 领域的强大竞争力。
在物联网领域，RISC-V 同样具有得天独厚的优势。物联网设备种类繁多，需求碎片化，对成本和功耗极为敏感。RISC-V 的开源免费、低功耗、可扩展等特性，使其能够满足物联网设备多样化的需求，为物联网的发展提供了有力支持。紫光展锐发布的全球首款 5G RISC-V 物联网芯片 V5663，拓展了智能穿戴和工业互联网市场，为 RISC-V 在物联网领域的应用奠定了基础。
在边缘计算领域，RISC-V 架构也逐渐崭露头角。边缘计算要求设备具备实时处理数据的能力，同时要兼顾低功耗和低成本。RISC-V 架构的处理器可以根据边缘计算的需求进行定制化设计，实现高效的数据处理和低功耗运行。英特尔推出的基于 RISC-V 的处理器 “Horse Creek”，瞄准边缘计算市场，试图在多架构竞争中占据主动。
然而，RISC-V 在发展过程中也面临着诸多挑战。从技术层面来看，虽然 RISC-V 在中低端芯片领域取得了一定的成果，但在高性能计算领域，仍面临着指令集扩展和编译器优化等难题。目前主流 RISC-V 芯片仍以中低端为主，要想在高性能计算领域（如云端 GPU）取得突破，还需要投入大量的研发资源，提升芯片的性能和效率。
生态系统的不完善也是 RISC-V 面临的一大挑战。与 X86 和 ARM 成熟的软件生态系统相比，RISC-V 的软件生态还处于发展阶段，缺乏丰富的软件应用和开发工具。这使得开发者在使用 RISC-V 进行开发时，可能会遇到诸多不便，影响了 RISC-V 的推广和应用。在通用 MCU 领域，用 RISC-V 做 MCU 面临平台移植和软件生态难题，工程师和终端客户从 ARM 转到 RISC-V 需要付出巨大的学习成本，大部分 RISC-V 的编译器对工程师而言难以上手，且芯片系列丰富程度不够，产品选型困难。
安全问题同样不容忽视。随着 RISC-V 在各个领域的广泛应用，其安全性能备受关注。RISC-V 处理器存在缓存侧信道攻击、内存攻击等安全隐患，攻击者可以利用这些漏洞窃取敏感信息或越级访问高权限数据。基于瞬态指令流的缓存侧信道攻击利用硬件微架构级普遍存在的安全缺陷完成敏感信息窃取，这种攻击无法彻底通过软件手段进行防御，且影响广泛、防御成本高、硬件依赖程度高。
面对这些挑战，需要产业界、学术界和政府共同努力。加大研发投入，加强技术创新，提升 RISC-V 芯片的性能和效率，突破高端芯片设计和制造的技术瓶颈；积极推动 RISC-V 生态系统的建设，鼓励更多的企业和科研机构参与其中，共同完善软件应用和开发工具，提高 RISC-V 的软件兼容性和开发便利性；加强安全技术研究，建立健全安全防护体系，保障 RISC-V 系统的安全性和稳定性。
未来已来，将至已至
RISC-V 的发展，为全球芯片产业带来了新的机遇和变革，也为我国芯片产业的发展提供了重要的契机 。它打破了传统指令集架构的垄断，为芯片设计和开发带来了更多的可能性，让更多的企业和开发者能够参与到芯片产业的创新中。随着技术的不断进步和生态系统的逐步完善，RISC-V 有望在全球芯片市场中占据重要地位，成为推动芯片产业发展的重要力量。
对于我国芯片产业而言，RISC-V 的意义尤为重大。在国际形势复杂多变的背景下，RISC-V 的开源、免费、可扩展特性，为我国实现芯片自主可控提供了新的路径，有助于降低对国外技术的依赖，提升国家的信息安全和产业竞争力。我国在 RISC-V 领域已经取得了显著的成果，众多企业和科研机构的积极参与，构建了完整的 RISC-V 生态链，为 RISC-V 的发展提供了坚实的支持。
展望未来，RISC-V 将继续在多个领域发挥重要作用。随着人工智能、物联网、边缘计算等新兴技术的快速发展，RISC-V 的应用场景将不断拓展，市场需求也将持续增长。我们有理由相信，在产业界、学术界和政府的共同努力下，RISC-V 将迎来更加辉煌的明天，助力我国芯片产业实现弯道超车，在全球芯片竞争中脱颖而出，为我国的科技发展和经济建设做出更大的贡献。
