千萬量級的PC時代造就了WinTel聯盟，10億量級的Mobile時代造就了Arm/Android聯盟。到了千億量級的AIoT時代，會造就什麼樣的聯盟呢？RISC-V+Linux有希望嗎?
IC-IP-ISA時代變幻，開放才是制勝法寶
不同的時代，其軸心也在轉移和下沉。從PC時代的芯片(CPU)，到智能手機時代的IP(微處理器內核)，再到接下來AIoT時代的ISA(計算機指令架構)，主角在變換，但開放是始終不變的主旋律。誰以開放的心態擁抱新時代，誰就能夠站在時代舞臺的中心而稱霸。
上世紀90年代，微軟的Window’95橫空出世，背後有英特爾的x86系列CPU驅動，橫掃PC市場。連蘋果都差點被擠破產，多虧喬布斯迴歸，主動與比爾蓋茨示好合作，憑藉創新的iMac和iPod才得以重振雄風。IBM兼容機雖然體現了IBM的開放心態，但卻培養出康柏、宏基、HP和聯想這些勁敵，最終不得不賣掉PC業務，通過轉型到服務來保住行業領導地位。現在回頭看，PC時代最有價值的核心不是PC機，而是OS（軟件）和CPU（硬件）。微軟的霸主地位造就了世界首富自不必說，英特爾CPU也幾乎獨霸市場，讓同樣採用x86架構的AMD幾十年來一直做“underdog”，始終活在英特爾的陰影下。
進入移動互聯網時代，智能手機成了主戰場。雖然iPhone一枝獨秀，眾多安卓手機廠商緊緊跟隨其後，但從OS的角度來看，Android無疑是最大的贏家。從2009年到2018年，iOS的市場佔有率始終保持在15%左右，而Android則從2009年的8%，增長到現今的85%。單從技術和用戶體驗來說，Android也許趕不上iOS，但開放的模式造就了Android。再看Android的硬件搭檔Arm，一個不賣芯片只賣微處理器內核IP的小公司卻最有話語權。其制勝法寶是什麼？以開放的心態構建一個生態圈，授權內核IP給芯片廠商，讓他們去競爭，為自己開拓市場。就像Windows Phone敵不過Android一樣，英特爾的移動CPU也敵不過Arm。
圖一：在不足10年的時間內，Android平臺在智能手機市場的份額從8%增長到85%。（來源：Gartner & Statista）
到了人工智能+物聯網(AIoT)的時代，哪個聯盟會稱霸呢？
UC伯克利“Copy Center”的一顆明珠
在這個智能聯網設備規模達到千億量級的AIoT時代，筆者認為其軸心不是芯片，也不再是IP，而是ISA。在AI、IoT和5G三股技術力量的聚合驅動下，任何行業和應用場合都會受到衝擊，從個人隨身攜帶的智能設備，到家用電器和家居，再到工業設備和工廠的機器人，甚至城市交通和安防，都將發生徹底的變化。任何一家公司都沒有能力憑藉一個產品，像PC和智能手機時代那樣獨霸市場。然而，不同時代也不是截然分開，而是循序漸進的。英特爾到現在仍然是全球最大的芯片公司，而RISC架構也已佔據99%的市場。
RISC-V不但是最新版本的RISC架構，也吸取了幾十年來計算機發展過程中各種架構的經驗和教訓。從質量和技術性能上看，相比其它ISA已經有相當優勢了。又加上它的“開放”DNA，我們認為以RISC-V為核心的生態圈將成為新時代的主導者。
在全世界研究型大學中，學術思想最自由開放的莫過於加州大學伯克利分校(UC-Berkeley)。源自該校的BSD協議（Berkeley Software Distribution license），是開源軟件社區使用最廣泛的許可協議之一。BSD開源協議給予使用者很大自由，基本上可以“為所欲為”，比如你可以修改源代碼，也可以將修改後的代碼作為開源或者專有軟件再發布。限制最嚴格的專有軟件有著作權(copyright)保護，如果可以稱為“版權右派”的話，另一個極端是GNU通用公共許可(GPL)，可以稱為版權左派(copyleft)，遵從GPL協議的軟件也要開源才行。相比左派和右派的限制要求，BSD許可最為寬鬆，被稱為是版權中間派(copycenter)。當然，你也可以將之翻譯為“複印中心”，拿著源代碼想拷貝多少都可以。
同樣出自伯克利的RISC-V自然也遵從BSD協議，這意味著你基於RISC-V ISA開發的內核IP或相關芯片開發工具既可以免費開源，也可以專有收費。計算機科學大師和RISC之父David Patterson對RISC-V的貢獻也不容忽視，他還預言接下來的10年將是計算機架構的黃金時代，而RISC-V作為學術界和產業界合作的結晶，最有希望成為新時代的主導架構，甚至成為未來50年的基礎計算機架構。
AIoT的四大要素
人工智能與物聯網的融合將開創一個新的AIoT時代，這是繼PC時代、智能手機時代之後的又一個黃金時代。據Gartner預測，到2020年將有超過200億個IoT設備聯網。臺灣工研院研究報告也指出，AIoT芯片市場預計到2025年將達390億美元，年複合成長率高達20％。
AIoT的發展需要四大要素，即AI算法、IoT安全、SoC，以及服務平臺。其中系統級芯片(SoC)是智能聯網設備的硬件基礎，每一個IoT設備都需要使用低功耗的嵌入式CPU芯片，而AI相關應用也需要嵌入式CPU進行端點運算，才能建構完整的AIoT應用。而基於RISC-V的微處理器內核加上端點運算IP，將成為低功耗AIoT應用的最佳解決方案。
在最近舉行的Andes RISC-V Con研討會上，臺灣晶心科技總經理林志明先生向數百位參加會議的IC設計業者展示了AIoT的各種應用場景，以及RISC-V如何驅動這些未來場景的實現。他認為，RISC-V開放架構可以讓IC設計業者依照各自的需要來增加專用指令集，進而針對消費電子、通訊與物聯網、電腦運算與儲存、工業應用與影像監控等領域，推出具備端運算或AI運算能力的嵌入式CPU，以強化相關應用領域的效能，也藉此為廠商創造利基與商機。
“軟硬兼施”才能成就霸業
無論PC還是智能手機，都需要人機交互，要有人的參與才能完成特定的功能。而未來的AIoT應用將進入一種“無人”經濟的環境，從設備的智能聯網到無人機和無人駕駛，很多應用將不再需要人的參與。要隨時隨地實現這樣的應用，單靠硬件是不行的。RISC-V硬件架構還需要操作系統和軟件的配合才行。開源的Linux與RISC-V天生是一對好基友，軟硬結合必將發揮出無限潛能。
身為RISC-V的監管機構和推廣者，RISC-V基金會也認識到了這一點，並於去年11月份宣佈與Linux基金會達成合作協議，藉助後者積累多年的開源生態建設經驗和全球龐大的Linux開源社區，從技術開發和市場推廣等多方面展開合作，以期加速RISC-V在全球的普及，並得到Linux的軟件平臺支持。
一項由Eclipse基金會組織的 IoT開發者調查發現，無論是IoT終端設備還是網關，開發者首選的IoT操作系統都是Linux。
圖二：Linux是IoT設備開發者首選的操作系統。（來源：Eclipse基金會）
Linux也有專門針對嵌入式應用的版本和項目，Zephyr就是一種小型的開源RTOS，RISC-V和Linux基金會已經在這一項目上展開合作。同時，各種針對或兼容RISC-V架構的Linux基礎工具和平臺也在加緊開發和測試中，相信會有更多的開源開發者參與進來。軟硬兼施，形成一股強大的開源力量。
競合與生態
RISC-V基金會現已發展200多個會員，除了Google和高通等大公司外，還有不少圍繞RISC-V生態而生存的初創公司。而在臺灣和大陸市場，芯原、晶心和芯來等都是十分活躍的RISC-V推動者。RISC-V基金會每年在全球多個城市舉辦RISC-V研討會和講座外，而位於硅谷的SiFive及臺灣的晶心可說是RISC-V基金會的左膀右臂。
SiFive公司創始團隊就是RISC-V的“創造者”，在RISC-V標準指令集和多個擴展規範的制定中都起到了關鍵作用。除了提供開源和商用的內核IP外，SiFive還搭建起可快速實現芯片設計到流片的雲平臺，其DesignShare也是聯合合作伙伴共同構建RISC-V生態的重要項目。
在亞太地區，特別是臺灣和大陸市場，晶心(Andes)是RISC-V最熱心的“佈道者”，要將這一“自由、開放和免費”的“ISA福音”分享給個人、組織、企業和學校。晶心不但是RISC-V基金會的創始會員，也是大陸的RISC-V產業聯盟和臺灣RISC-V聯盟的發起會員，在聯合業界同仁共同推廣普及RISC-V方面不遺餘力。
晶心科技是一家專注於嵌入式CPU內核IP開發的臺灣上市企業，14年來其IP已經嵌入到35億顆芯片中，單2018年採用其IP的芯片出貨量就達到10億顆。基於RISC-V的Andes V5系列處理器內核包括：針對通用或浮點運算應用的32/64位N25F/NX25F；針對Linux應用的A25/AX25；帶DSP指令擴展的32/64位多核A25MP/AX25MP；以及針對入門級MCU應用的深度嵌入式處理器內核N22。
圖三：晶心與芯來聯合開發的N22內核是最簡單、最小型的MCU
基於RISC-V架構的AndesCore N22是晶心科技與芯來科技合作開發的處理器內核IP，適用於物聯網（IoT）和嵌入式低功耗領域，以及對實時性有較高要求的控制領域等。據晶心科技技術長蘇泓萌博士稱，N22是晶心AndeSertified項目的首次嘗試，不但結合了RISC-V初創公司芯來科技的處理器內核開發經驗，而且也將藉助晶心的開發工具和銷售服務網絡推向全球市場。
圖四：晶心科技CEO林志明和CTO蘇泓萌在今年的Andes RISC-V Con會上
為了凝聚更多RISC-V相關開發工具和服務合作伙伴，共同建設RISC-V生態，晶心去年啟動了EasyStart項目。該項目目前已經發展15家合作伙伴，都是芯片設計工具和服務的專業公司，分別來自臺灣、大陸、韓國、日本和歐美等地區。這些合作伙伴的技術專長涵蓋90nm到10nm的晶圓工藝，以及SoC設計和交鑰匙服務等。他們將基於Andes V5系列處理器內核為各自的客戶提供完整的RISC-V設計服務方案。
在RISC-V陣營內，Andes和SiFive各自都在構建自己的生態圈。當筆者問及這是否會引起商業競爭衝突時，林志明總經理以一個詞回答：競合。他進一步解釋說，Andes和SiFive在合作中有競爭，在競爭中有合作。比如，兩家公司在RISC-V標準規範的制定上相互合作，分享各自的技術專長，這種合作的目的是攜手對抗Arm及其它同類ISA，以便在AIoT這個萬億市場將RISC-V的蛋糕做大，這樣每家才能吃到足夠的份額。如果大家只盯著眼前那一點蛋糕，計較得失，就難以將蛋糕做大，到頭來誰也吃不飽。從戰略層面，更多的是合作。而從日常運營和銷售的層面，確實存在競爭，畢竟每家公司都要有design win才能生存下去。特別是在對RISC-V情有獨鍾而且發展空間巨大的中國市場，Andes、SiFive和其它公司也都希望抓住更多份額。
至少在目前階段，RISC-V相對於Arm和x86還比較弱小。RISC-V陣營還是比較同心協力，一致對外的。合作也好，競爭也罷，開放永遠是時代發展的主旋律。唯有開放才是真正的制勝法寶，誰認清這一點並認真執行，誰就能成為AIoT時代的主導者。
結語
PC、Mobile和AIoT時代會分別造就不同的聯盟霸主，從芯片到內核IP，再到ISA，硬件的核心在逐漸下沉。在已經來臨的AIoT時代，RISC-V+Linux能否成為新的聯盟霸主，還要看參與者如何玩法。無疑，Andes和SiFive是兩家最得力的RISC-V推動者，他們在“競合”中能否攜手做大RISC-V這塊生態蛋糕，將決定著未來10年AIoT的市場動態。對國內的IC設計公司來說，如何把握趨勢和機會，在參與、貢獻和競爭中發展壯大呢？也許戰略和戰術各有千秋，但開放的心態無疑是制勝的必要條件。
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