自主可控芯片產(chǎn)業(yè)指令集架構(gòu)研究

1、自主可控芯片產(chǎn)業(yè)指令集架構(gòu)研究緊抓 RISC-V 指令集架構(gòu)新機(jī)遇，關(guān)注國產(chǎn)芯片替代浪潮自主可控芯片產(chǎn)業(yè)指令集架構(gòu)研究緊抓 RISC-V 指令集架構(gòu)新機(jī)遇，關(guān)注國產(chǎn)芯片替代浪潮指令集架構(gòu)發(fā)展背景：外部環(huán)境：（1）貿(mào)易戰(zhàn)背景下，自主可控勢在必行；（2）政策驅(qū)動(dòng)，集成電路產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展機(jī)遇；（3）新一代信息技術(shù)加速滲透，新興領(lǐng)域?qū)π酒岢隽烁叩男枨?。?nèi)部因素：（4）從產(chǎn)業(yè)內(nèi)部角度來看，主流指令集架構(gòu)復(fù)雜，硬件實(shí)現(xiàn)難度大，授權(quán)費(fèi)用高企， 芯片企業(yè)成本居高不下。RISC-V 指令集架構(gòu)技術(shù)特性：在于簡潔、模塊化、可擴(kuò)展及開源， 通過有限指令集的組合和擴(kuò)展，構(gòu)建適合任何領(lǐng)域的微處理器。RISC-V 產(chǎn)業(yè)

2、生態(tài)逐步完善。國際產(chǎn)業(yè)多個(gè) RISC-V 開源版本及商用 IP 誕生；科技巨頭和初創(chuàng)公司紛紛布局；行業(yè)應(yīng)用紛紛落地。國內(nèi)產(chǎn)業(yè)華為、中興等大企業(yè)，及部分中小型企業(yè)（如 C-SKY） 與創(chuàng)客群體加入 RISC-V 基金會(huì)；國內(nèi)首個(gè)開源的 RISC-V 處理器誕生蜂鳥 E200（面向極低功耗與極小面積的場景而設(shè)計(jì)）。RISC-V 滿足個(gè)性化、定制化芯片新需求?；?RISC-V 的極簡、模塊化和可擴(kuò)展特性，使得低功耗、小面積，同時(shí)具有個(gè)性化和差異化的定制芯片成為可能，碎片化場景（IOT、AI）應(yīng)用大有可為。我國 RISC-V 產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議：協(xié)同構(gòu)建 RISC-V 技術(shù)應(yīng)用推廣的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境；協(xié)同建立

3、 RISC-V 測試評估體系；建立健全各項(xiàng)保障體系，上升至國家戰(zhàn)略高度。投資策略：貿(mào)易戰(zhàn)背景下，自主可控成為必然趨勢，發(fā)展我國自主知識產(chǎn)權(quán)的指令集架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建完善的芯片、軟件生態(tài)勢在必行。我們長期看好從指令集架構(gòu)設(shè)計(jì)、IP 核開發(fā)、SOC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、芯片制造、晶圓代工到整體封裝等芯片全產(chǎn)業(yè)鏈。我國作為芯片消費(fèi)超級大國（90%靠進(jìn)口），下游需求旺盛。國產(chǎn)化替代趨勢為國內(nèi)芯片制造廠商帶來了超大的市場規(guī)模，我們長期看好具有強(qiáng)大股東背景、資金實(shí)力雄厚、芯片技術(shù)領(lǐng)先、軟件生態(tài)具備一定規(guī)模的國產(chǎn)芯片廠商。重點(diǎn)推薦：中國長城、中國軟件和和太極股份。目錄TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l

4、 _bookmark0 RISC-V 概述3 HYPERLINK l _bookmark1 RISC-V 發(fā)展背景3 HYPERLINK l _bookmark2 RISC-V 內(nèi)涵4 HYPERLINK l _bookmark3 RISC-V 技術(shù)特性6 HYPERLINK l _bookmark4 RISC-V 產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐步完善10 HYPERLINK l _bookmark5 國際產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速10 HYPERLINK l _bookmark6 多個(gè)RISC-V 開源版本及商用 IP 誕生10 HYPERLINK l _bookmark7 科技巨頭和初創(chuàng)公司紛紛布局11 HYPERLINK

5、 l _bookmark8 行業(yè)應(yīng)用紛紛落地15 HYPERLINK l _bookmark9 國內(nèi)產(chǎn)業(yè)后來居上16 HYPERLINK l _bookmark10 RISC-V 滿足個(gè)性化、定制化芯片新需求16 HYPERLINK l _bookmark11 我國 RISC-V 產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議19 HYPERLINK l _bookmark12 我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展薄弱19 HYPERLINK l _bookmark13 我國RISC-V 產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議19 HYPERLINK l _bookmark14 投資策略20RISC-V 概述RISC-V 發(fā)展背景外部環(huán)境：貿(mào)易戰(zhàn)背景下，自主可控勢在必行。

6、我國芯片產(chǎn)業(yè)薄弱，核心技術(shù)受制于人由來已久，受中美貿(mào)易沖突和中興事件影響，發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)、掌握核心技術(shù)已經(jīng)成為人們對我國集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展的共識，RISC-V 為我們提供了一條除 x86 與ARM 架構(gòu)之外的新選擇。新一輪的貿(mào)易戰(zhàn)，美國對中國限制領(lǐng)域涵蓋了高性能機(jī)械醫(yī)療、生物醫(yī)藥、新材料、農(nóng)機(jī)裝備、工業(yè)機(jī)器人、新一代信息技術(shù)、新能源汽車、航空產(chǎn)品、高鐵裝備，幾乎都是中國國家戰(zhàn)略行業(yè)。政策驅(qū)動(dòng)，集成電路產(chǎn)業(yè)迎來發(fā)展機(jī)遇。國家高度重視芯片產(chǎn)業(yè)，國務(wù)院總理李克強(qiáng)在政府工作報(bào)告中提出“加快制造強(qiáng)國建設(shè)，推動(dòng)集成電路、第五代移動(dòng)通信、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)、新能源汽車、新材料等產(chǎn)業(yè)發(fā)展”，把推動(dòng)集成電路放在建設(shè)制造

7、強(qiáng)國的首位強(qiáng)調(diào)。尋求一種新的開源指令集架構(gòu)作為各國發(fā)展芯片產(chǎn)業(yè)達(dá)到自主可控成為必然，RISC-V 發(fā)展恰逢其時(shí)。新一代信息技術(shù)加速滲透，新興領(lǐng)域?qū)π酒岢隽烁叩男枨?。新一代信息技術(shù)不斷深化，數(shù)字經(jīng)濟(jì)浪潮席卷全球，驅(qū)動(dòng)芯片產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)通過傳感器感知、采集在不同場景下成千上萬種不同類型的終端數(shù)據(jù)，需要低功耗、低成本、面積小、個(gè)性化、差異化強(qiáng)的芯片，可以適應(yīng)不同的物理場景；邊緣計(jì)算通過在數(shù)據(jù)源處對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，需要低功耗、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、面積小的芯片；人工智能通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練，達(dá)到智能化生產(chǎn)和管理，需要運(yùn)算性能高、個(gè)性化定制強(qiáng)的芯片。新技術(shù)的變革會(huì)催生新的產(chǎn)業(yè)機(jī)會(huì)。2003 年，互聯(lián)網(wǎng)

8、時(shí)代，隨著PC 的普及，Intel 的 x86 芯片大獲全勝；2009 年，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代， 隨著移動(dòng)終端的普及，ARM 芯片大獲全勝。當(dāng)下，隨著大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)不斷深化，新的指令集架構(gòu)有望在新興領(lǐng)域占有一席之地。內(nèi)部因素：從產(chǎn)業(yè)內(nèi)部角度來看，主流指令集架構(gòu)復(fù)雜，硬件實(shí)現(xiàn)難度大， 授權(quán)費(fèi)用高企，芯片企業(yè)成本居高不下。圖 1：RISC-V 發(fā)展背景資料來源：山西證券研究所RISC-V 內(nèi)涵RISC-V 是一種全新的、簡單且開放免費(fèi)的指令集架構(gòu)，于 2010 年主要由美國加州大學(xué)伯克利分校的 Krste Asanovic 教授、Andrew Waterman 和 Yunsup L

9、ee 等開發(fā)人員發(fā)明，并且得到了計(jì)算機(jī)體系架構(gòu)領(lǐng)域泰斗David Patterson 的大力支持；驅(qū)動(dòng)因素:主流指令集架構(gòu)極為復(fù)雜和冗繁；專利和授權(quán)費(fèi)用高企；其他開源架構(gòu)問題較多：OpenRISC 是一種開源的處理器核，而非一種指令集架構(gòu)，并且許可證為 GPL，意味著所有的指令集改動(dòng)后都必須開源（RISC-V 許可證為 BSD License 授權(quán)，可開源也可用于商用）；SPARC 功耗面積代價(jià)過大，對 x86 替代性不強(qiáng)。目標(biāo)：成為一種完全開放的指令集，可以被任何學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)或商業(yè)組織所自由使用。成為一種真正適合硬件實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)指令集。圖 2：RISC-V 誕生資料來源：山西證券研究所為了R

10、ISC-V 架構(gòu)的順利推廣，2015 年成立了RISC-V 基金會(huì)。負(fù)責(zé)維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的RISC-V 指令集手冊與架構(gòu)文檔，并推動(dòng) RISC-V 架構(gòu)的發(fā)展。目前，基金會(huì)包括 108 家會(huì)員單位，其中白金會(huì)員 18 家，普通會(huì)員 90 家，并且會(huì)員數(shù)量在持續(xù)高速增長。中國多家大中型企業(yè)級科研機(jī)構(gòu)也加入了 RISC-V 基金會(huì)，如中興、華為、杭州中天、中科院計(jì)算所等。圖 3：RISC-V 基金會(huì)資料來源：山西證券研究所RISC-V 技術(shù)特性縱向比較（RISC-V vs RISC）從流水線、指令集整體性能、架構(gòu)篇幅三個(gè)維度進(jìn)行比較。指令集經(jīng)典的五級流水線包括：取指、譯碼、執(zhí)行、訪存和寫回。取指指令取指是

11、指將指令從存儲(chǔ)器中讀取出來的過程；譯碼將從存儲(chǔ)器中取出的指令進(jìn)行翻譯的過程；執(zhí)行對指令進(jìn)行真正運(yùn)算的過程；訪存存儲(chǔ)器訪問指令將數(shù)據(jù)從存儲(chǔ)區(qū)中讀出，或者寫入存儲(chǔ)器的過程；寫回將指令執(zhí)行的結(jié)果寫回通用寄存器組的過程。取指階段：RISC-V 通過對指令編碼的規(guī)整、簡化，提高取指速度。同時(shí)，在指令編碼增加必要的要素、或通過對指令功能的明確定義， 減少了取指時(shí)的判斷時(shí)間，從而提高取指速度，降低損失。譯碼、執(zhí)行階段：RISC-V 擁有規(guī)整和簡潔的指令編碼，提高了譯碼速度，降低了硬件設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。同時(shí)，依托可選的壓縮指令子集， RISC-V 提高了代碼密度，執(zhí)行階段無需區(qū)分指令長度，提高了執(zhí)行效率。訪存階段：R

12、ISC-V 通過對指令的簡化和限制，雖然降低了部分性能，但也降低了訪存部分硬件實(shí)現(xiàn)的難度。表 1：RISC-V vs RISC 技術(shù)特性對比特性對比RISCRISC-VRISC-V 優(yōu)勢流水線取指無指令長度指示碼；分支跳轉(zhuǎn)指令分為比較和跳轉(zhuǎn)兩個(gè)操作；有分支延遲槽指令；規(guī)整的指令編碼：指令編碼最低位放置指令長度，便于取指； 高效的分支跳轉(zhuǎn)指令：分支跳轉(zhuǎn)指令將比較和跳轉(zhuǎn)兩個(gè)操作合并為一個(gè)指令；無分支延遲槽指令，降低損失；提供明確的靜態(tài)分支預(yù)測依據(jù)； 提供明確的 RAS 依據(jù)。取指簡化：RISC-V 通過對指令編碼的規(guī)整、簡化，提高取指速度。同時(shí)，在指令編碼增加必要的要素、或通過對指令功能的明確定義

13、，減少了取指時(shí)的判斷時(shí)間，從而提高取指速度，降低損失。譯碼、執(zhí)行指令集編碼不規(guī)整，不便于譯碼； 指令數(shù)繁多；有硬件協(xié)助的零開銷循環(huán)；指令集編碼規(guī)整，通用寄存器的索引都被放在固定位置，便捷的譯碼出寄存器索引；擁有可選的壓縮指令子集，16 位的壓縮指令有其對應(yīng)的普通 32 位指令，執(zhí)行階段無須區(qū)分指令長度；指令個(gè)數(shù)簡潔，基本的指令集數(shù)目僅為 40 多條，簡化執(zhí)行階段硬件設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)；不使用零開銷硬件循環(huán)；譯碼、執(zhí)行高效：RISC-V 擁有規(guī)整和簡潔的指令編碼，提高了譯碼速度，降低了硬件設(shè)計(jì)負(fù)擔(dān)。同時(shí)，依托可選的壓縮指令子集，RISC-V 提高了代碼密度，執(zhí)行階段無需區(qū)分指令長度，提高了執(zhí)行效率。交付存

14、在條件碼，條件為假時(shí)，取消指令；存在指令中斷和異常情形，造成流水線沖刷；無條件碼，無需處理單條指令取消的情形；所有的運(yùn)算指令都不會(huì)產(chǎn)生異常，而是產(chǎn)生某個(gè)特殊的默認(rèn)值，同時(shí)設(shè)置某些狀態(tài)寄存器的狀態(tài)位，簡化硬件設(shè)計(jì)；簡化交付指令：簡化部分指令，或用其他簡化方法做替代，從而簡化硬件設(shè)計(jì)。訪存多數(shù)支持小端存儲(chǔ)格式，少數(shù)支持大小端格式切換； 支持地址的自增自減，提高訪問連續(xù)存儲(chǔ)器地址區(qū)間的性能；擁有一次讀多個(gè)寄存器指令和一次寫多個(gè)寄存器指令；僅支持小端格式，簡化硬件實(shí)現(xiàn)，無須做特別的轉(zhuǎn)換；不支持地址的自增自減，簡化了地址的生成邏輯；簡介的子程序調(diào)用：無“一次讀多個(gè)數(shù)據(jù)”和“一次寫多個(gè)數(shù)據(jù)” 指令；簡潔的

15、存儲(chǔ)器訪問指令： RISC-V 通過對指令的簡化和限制，雖然降低了部分性能， 但也降低了訪存部分硬件實(shí)現(xiàn)的難度。寫回-指令 集整體 性能模塊化不支持支持模塊化指令集可擴(kuò)展性不可擴(kuò)展支持第三方擴(kuò)展自己的指令子集，RISC-V 預(yù)留了大量的指令編碼空間用于用戶的自定義擴(kuò)展。兼容性不同架構(gòu)之間互不兼容（ARM 架構(gòu)中A、R 和M 三種架構(gòu)互不兼容）一套指令集支持所有架構(gòu)，兼容性好是否開源否是RTL 可以被查閱安全性存在漏洞安全系數(shù)高架構(gòu)篇幅及指令數(shù)目多（架構(gòu)篇幅上千頁，指令數(shù)繁多）少（架構(gòu)篇幅少于 300 頁，基本指令集僅 40 余條，其他常用模塊子集也僅幾十條）資料來源：山西證券研究所橫向比較（R

16、ISC-V vs X86）：RISC-V 與 x86 架構(gòu)相比，不但兼具了 RISC 相對X86 的優(yōu)點(diǎn)，而且更加簡潔，兼容性好，支持第三方擴(kuò)展，同時(shí)還是開源架構(gòu)，可以被任何的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、商業(yè)組織和個(gè)人免費(fèi)使用，省去了昂貴的授權(quán)費(fèi)用。表 2：RISC-V vs X86 技術(shù)特性對比特性對比X86（CISC）RISC-V流水線及硬件復(fù)雜程度流水線指令復(fù)雜、硬件實(shí)現(xiàn)難度大流水線指令精簡、硬件實(shí)現(xiàn)相對容易訪存小端格式存儲(chǔ)；可以通過多個(gè)指令與存儲(chǔ)器交互，指令集相對復(fù)雜；小端格式存儲(chǔ)；使用專用存儲(chǔ)器讀 （ Load ）指令和存儲(chǔ)寫（ Store）指令訪問存儲(chǔ)器，其他普通指令無法訪問；指令集整體性能模塊化不

17、支持支持模塊化指令集可擴(kuò)展性不可擴(kuò)展支持第三方擴(kuò)展自己的指令子集，RISC-V 預(yù)留了大量的指令編碼空間用于用戶的自定義擴(kuò)展。兼容性不同架構(gòu)之間互不兼容一套指令集支持所有架構(gòu)，兼容性好是否開源否是架構(gòu)篇幅及指令數(shù)目多（架構(gòu)篇幅上千頁，指令數(shù)繁多）少（架構(gòu)篇幅少于300 頁，基本指令集僅 40 余條， 其他常用模塊子集也僅幾十條）資料來源：山西證券研究所圖 3：RISC-V 技術(shù)特性資料來源：山西證券研究所RISC-V 的技術(shù)特性在于簡潔、模塊化、可擴(kuò)展及開源，通過有限指令集的組合和擴(kuò)展，構(gòu)建適合任何領(lǐng)域的微處理器。RISC-V 產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐步完善國際產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速多個(gè) RISC-V 開源版本及商用

18、 IP 誕生技術(shù)RISC-V 指令集架構(gòu)極簡、開源、模塊化的技術(shù)特性，眾多商業(yè)公司及初創(chuàng)公司加入到 RISC-V 架構(gòu)的開發(fā)和設(shè)計(jì)競爭中，出現(xiàn)了多個(gè)RISC-V 開源版本和商用 IP。主要呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：基于 RISC-V 開源或商用的 Core，與 ARM 架構(gòu)相比，具有更高的性能，更低的功耗和更小的面積，支持多種配置接口，可擴(kuò)展性強(qiáng)，安全系數(shù)更高。多數(shù)開源處理器僅提供了處理器核的實(shí)現(xiàn)，沒有提供配套的 SoC。表 3：多個(gè)RISC-V 開源版本及商用 IP 誕生名稱開發(fā)者類型開源/商用性能簡介Rocket Core伯克利大學(xué)Core開源與 ARM Cortex-A5 相比性能大幅增加，而面積功

19、耗卻更小BOOM Core伯克利大學(xué)Core開源面向更高性能的一款超標(biāo)量亂序發(fā)射、亂序執(zhí)行的處理器核，與 ARM Cortex-A9 相比性能增加， 面積功耗降低Freedom SoCSiFiveSoC開源基于Rocket Core，架構(gòu)配置為 RV32IMAC 架構(gòu)LowRISCSoCLowRISC組織SoC開源基于Rocket CorePULPinoCore and SoCETH ZurichSoC開源一款單核 MCU SoC 平臺(tái)PicoRV32CoreCliffor WolfCore開源主要為面積做優(yōu)化，性能不是很理想SCR1 CoreSyntacoreCore開源具有可配置特性，僅支

20、持機(jī)器模式ORCA CoreVectorbloxCore開源作為主控制處理器和商用協(xié)處理器適配使用Andes CoreAndesCore商用AndesStar V5 架構(gòu)將RISC-V 兼容性完全納入MicrosemiCoreMicrosemiCore商用推出業(yè)界首個(gè)基于 RISC-V 內(nèi)核的 FPGA 系列產(chǎn)品，安全性更高Codasip CoreCodasipCore商用提供Codix-BK Processor IP，支持多種的指令子集配置可定制指令接口資料來源：手把手教你設(shè)計(jì) CPURISC-V 處理器，山西證券研究所科技巨頭和初創(chuàng)公司紛紛布局眾多科技巨頭和初創(chuàng)公司加入到 RISC-V 的

21、競爭中，以擺脫 ARM、X86 架構(gòu)在移動(dòng)端和PC 端的壟斷地位?？v觀全球RISC-V 商業(yè)公司，有如下特點(diǎn)： 大型科技公司：1、 從地區(qū)分布來看，多數(shù)公司集中在美國、歐洲和亞洲，其中以美國為主。2、 從原處理器架構(gòu)來看，眾多原依托于 ARM 架構(gòu)的大型科技公司加入到 RISC-V 競爭中，主要是由于 ARM 高昂的授權(quán)費(fèi)和版稅。另外， Intel 宣布投資 SiFive，積極布局 RISC-V。3、 從應(yīng)用領(lǐng)域來看， RISC-V 多數(shù)應(yīng)用集中在新興領(lǐng)域，如物聯(lián)網(wǎng)、人工智能。主要原因是：基于 Intel、ARM 分別在服務(wù)器、PC 及移動(dòng)領(lǐng)域的霸主地位， 軟件生態(tài)難以撼動(dòng)；RISC-V 極簡

22、、可擴(kuò)展、模塊化的特性，適用于物聯(lián)網(wǎng)、人工智能領(lǐng)域?qū)π酒凸?、個(gè)性化和定制化的需求。4、從技術(shù)層面來看，行業(yè)內(nèi)已大范圍開始使用基于 RISC-V 架構(gòu)的嵌入式控制內(nèi)核，逐漸進(jìn)入設(shè)備的頂層芯片，驗(yàn)證了 RISC-V 架構(gòu)的安全性和穩(wěn)定性。如 NVIDIA、Google、CEVA 和Codasip。5、產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐步完善：伴隨 RISC-V 架構(gòu)的商業(yè)化推進(jìn)，出現(xiàn)了眾多提供RISC-V 跟蹤解決方案 IP 核的公司（如 UltraSoc），提供嵌入式分析功能，大幅度減少芯片開發(fā)成本，提升盈利能力。初創(chuàng)公司：6、從地區(qū)分布來看，依然集中在美國；從商業(yè)模式來看，以基于 RISC-V 架構(gòu)開發(fā)芯片為主，

23、僅 SiFive 一家公司開發(fā) IP 核；應(yīng)用領(lǐng)域方面，依然集中在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能領(lǐng)域。圖 3：RISC-V 商業(yè)公司布局特點(diǎn)資料來源：山西證券研究所表 4：全球使用RISC-V 的主要商業(yè)公司地區(qū)公司原指 令 集架構(gòu)簡介應(yīng)用領(lǐng)域美國NVIDIAARM將在配合 GPU 使用的底層微控制器中使用 RISC-V設(shè)計(jì)AIGoogleX86/ARM基于 RISC-V 開發(fā)適用于服務(wù)器的處理器，減少購買 Intel 昂貴服務(wù)器芯片的次數(shù)；基于 RISC-V 開發(fā)適用于智能駕駛的芯片服務(wù)器、智能駕駛WesternDigitalARM未來幾年多款產(chǎn)品將轉(zhuǎn)向RISC-V 芯片存儲(chǔ)芯片MicrosemiARM推

24、出基于 RISC-V 內(nèi)涵的 FPGA 系列產(chǎn)品，即IGLOO2 FPGA、SmartFusionn2 Soc FPGA 或 RTG4 FPGAAIIntelX86Intel 宣布投資 SiFive RISC-V 持續(xù)擴(kuò)大全球版圖服務(wù)器、PCBlueSpec-使用 Bluespec 的邏輯綜合工具設(shè)計(jì) RISC-V，并已將 GDB 調(diào)試器和 GNU 軟浮點(diǎn)應(yīng)用二進(jìn)制接口移植到 RISC-VCEVA-用嵌入式 RISC-V 處理器取代商業(yè)處理器擴(kuò)展藍(lán)牙消費(fèi)產(chǎn)品和 移動(dòng)終端三星半導(dǎo)體在其 Exynos 8890 處理器中（Galaxy S7用的這款處理器），首次采用的自主 CPU 內(nèi)核 M1，被指

25、是基于開源的RISC-V 指令集架構(gòu)ARMSAMSUNG韓國AI、IOT發(fā)布 AndeStar V5，采用 RISC-V 技術(shù)提升新一代CPU 性能AndesAndes臺(tái)灣亞洲IOT 、AI、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、嵌入式系統(tǒng)基于RISC-V 架構(gòu)開發(fā)了多款針對MCU 級別的處理器核-Syntacore俄羅斯提供RISC-V 跟蹤解決方案的 IP 核，提供的嵌入式分析功能，可以大幅度減少開發(fā)成本，從而提升盈利能力-UltraSoc英國IOT提供RISC-V 嵌入式處理器 IP-Codasip捷克消費(fèi)產(chǎn)品和 IoT 設(shè)備提供了大量的嵌入式系統(tǒng)解決方案，包括硬件、軟件、處理器（包括RISC-V ISA 處理器）

26、-Cortus法國歐洲IoT 設(shè)備和 Wi-Fi IP 平臺(tái)資料來源：山西證券研究所表 4：全球RISC-V 主要?jiǎng)?chuàng)業(yè)公司地區(qū)公司簡介商業(yè)模式應(yīng)用領(lǐng)域美國SiFive基于 RISC-V 為小型設(shè)備和服務(wù)器計(jì)算機(jī)開發(fā)芯片IP 、開發(fā) 板、芯片IOT、消費(fèi)機(jī)產(chǎn)品、存儲(chǔ)等OURS基于 RISC-V 架構(gòu)開發(fā)物聯(lián)網(wǎng)處理器核神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速系統(tǒng)級芯片芯片IOTEsperantoTechnologies基于RISC-V 開發(fā)強(qiáng)大而節(jié)能的芯片，希望芯片能集成 4000 個(gè) RISC-V 處理器，展開并行計(jì)算。芯片AI法國GreenWavesTechnologies使用 RISC-V 架構(gòu)為低功耗設(shè)備開發(fā)人工智能

27、芯片芯片IOT、邊緣計(jì)算資料來源：山西證券研究所行業(yè)應(yīng)用紛紛落地隨著RISC-V 生態(tài)的逐步完善，眾多行業(yè)應(yīng)用紛紛落地。Ashling Systems 與Imperas Software 合作為RISC-V 軟件開發(fā)提供集成工具及解決方案；CEVA 宣布其 RivieraWaves 藍(lán)牙和 Wi-Fi IP 平臺(tái)現(xiàn)可提供可選的集成開源RISC-V MCU；GreenWaves Technologies 推出基于RISC- V 的GAP8 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用處理器；Trinamic 授權(quán)Codasip 的Bk3 RISC-V 處理器用于下一代運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用；Imperas Software 的基于RISC

28、-V 的 RV64GC 高性能可擴(kuò)展平臺(tái)套件，可快速運(yùn)行 Linux。圖 20：RISC-V 行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)來源：山西證券研究所國內(nèi)產(chǎn)業(yè)后來居上近年來，RISC-V 在中國市場也取得一定發(fā)展，既有華為、中興等大企業(yè)，也有部分中小型企業(yè)（如 C-SKY）與創(chuàng)客群體加入 RISC-V 基金會(huì)。國內(nèi)首個(gè)開源的 RISC-V 處理器誕生蜂鳥 E200（面向極低功耗與極小面積的場景而設(shè)計(jì)），非常適合于替代傳統(tǒng)的 8051 內(nèi)核或者 Cortex-M 系列內(nèi)核應(yīng)用于IoT 或其他低功耗場景。蜂鳥E200 特性：采用兩級流水架構(gòu)，功耗與面積由于同級 ARM Cortex-M 核提供處理器核的實(shí)現(xiàn)、SoC 實(shí)現(xiàn)

29、、FPGA 平臺(tái)、軟件示例，實(shí)現(xiàn)完整的調(diào)試方案RISC-V 滿足個(gè)性化、定制化芯片新需求目前主流指令集架構(gòu)芯片的應(yīng)用領(lǐng)域及市場地位：嵌入式領(lǐng)域，ARM 獨(dú)占鰲頭。綜合 Gartner、IDC 等研究機(jī)構(gòu)的數(shù)據(jù)，ARM 估計(jì) 2017 年大約有 340 億臺(tái)設(shè)備使用了該公司授權(quán)的指令集芯片，芯片總量高達(dá) 410 億枚。全球超過 90% 的智能手機(jī)和平板電腦都采用了 ARM 授權(quán)的指令集架構(gòu)。PC 領(lǐng)域，Intel 和 AMD 等公司采用的 x86 架構(gòu)占據(jù)了絕對主導(dǎo)地位。表 5：2017 年 ARM 架構(gòu)市場份額及增長情況DevicesShipped（Millionsof Units）2017D

30、evicesDevice GAGRChips/Device2017 ChipsChiP CAGRMobileSmart phone170020%3-5680020%Low end voice710-1%1-2140015%Portablemedia90players-10%1-2180-5%Mobile computing85020%185020%HomeDigital camera130-5%1-2200-5%Digital TV60010%1-4200025%EnterpriseDesktopPCs&200Flat1200FlatServers（APPS）Networking15005%1

31、-217005%Printers1302%1-31302%Hard disk & Solidstate drives110010%1110010%EmbeddedAutomotive380010%1380010%Smart card850010%1850010%Microcontrollers114005%1114005%Others300010%1-2300010%Total340005%4100010%數(shù)據(jù)來源: Gartner, IDC and ARM estimates，山西證券研究所目前芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的新特點(diǎn)：主流指令集架構(gòu)復(fù)雜、冗繁，摩爾定律失效，芯片性能、功耗、面積逐步達(dá)到極限

32、場景碎片化需求多樣化，個(gè)性化、差異化變得重要更低成本更低功耗更小面積更高性能（邊緣計(jì)算的計(jì)算能力）實(shí)時(shí)性穩(wěn)定性安全性要求提升（數(shù)據(jù)安全）圖 20：目前芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的新特點(diǎn)數(shù)據(jù)來源：山西證券研究所基于RISC-V 極簡、開源、模塊化及可擴(kuò)展的技術(shù)特性，對芯片產(chǎn)業(yè)產(chǎn)業(yè)了眾多影響：1、 基于RISC-V 的極簡、模塊化和可擴(kuò)展特性，使得低功耗、小面積，同時(shí)具有個(gè)性化和差異化的定制芯片成為可能，碎片化場景（IOT、AI）應(yīng)用大有可為。2、 開源導(dǎo)致參與主體較多，初期呈現(xiàn)百家爭鳴態(tài)勢?；赗ISC-V 的芯片會(huì)形態(tài)眾多，良莠不齊現(xiàn)象嚴(yán)重，設(shè)計(jì)和工藝技術(shù)強(qiáng)的廠商受益（手稿：設(shè)計(jì)涉及 RTL 編碼、la

33、yout、半導(dǎo)體制程、封裝等一系列技術(shù)，同時(shí)測試標(biāo)準(zhǔn)也不一樣）。3、 可擴(kuò)展性導(dǎo)致基于RISC-V 的芯片功能豐富度提高。4、 開源的 RTL 代碼以及無預(yù)測性內(nèi)存訪問導(dǎo)致芯片安全系數(shù)提高。5、 基于原主流架構(gòu)的芯片生態(tài)格局一時(shí)難以撼動(dòng)，新興領(lǐng)域會(huì)有一席之地。尤其在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，對 ARM 架構(gòu)的芯片具有一定的替代作用。我國 RISC-V 產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展薄弱我國芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展薄弱，主要知識產(chǎn)權(quán)受制于人由來已久。面對中美貿(mào)易摩擦，我國發(fā)展自主可控勢在必行，發(fā)展自主知識產(chǎn)權(quán)，建立我國自有指令集架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建芯片產(chǎn)業(yè)生態(tài)，壯大我國半導(dǎo)體、集成電路產(chǎn)業(yè)。目前，我國芯片產(chǎn)業(yè)主要呈現(xiàn)以下特點(diǎn)：1

34、、 90%靠進(jìn)口：據(jù) International Business Strategies Inc.估計(jì)，中國使用的總價(jià)值1900 億美元的芯片中，近90%是來自進(jìn)口或在華外企生產(chǎn)。2、 CPU 指令集群雄割據(jù)：集齊了全球大部分有一定影響力的指令集， 包括 ARM、MIPS、PowerPC、SPARC、RISC-V、X86 等指令集。代表廠商：龍芯、君正、華為海思、展訊。面臨的主要問題：缺乏自主知識產(chǎn)權(quán)、缺乏統(tǒng)一的指令集標(biāo)準(zhǔn)。我國 RISC-V 產(chǎn)業(yè)發(fā)展建議1、協(xié)同構(gòu)建 RISC-V 技術(shù)應(yīng)用推廣的產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境我國政府和產(chǎn)業(yè)各方應(yīng)加強(qiáng)跨部委跨行業(yè)合作，共同出臺(tái)支持RISC-V 技術(shù)應(yīng)用推廣的產(chǎn)業(yè)

35、發(fā)展政策，促進(jìn)RISC-V 產(chǎn)業(yè)發(fā)展。從培養(yǎng)整體產(chǎn)業(yè)鏈，構(gòu)建完整生態(tài)角度出發(fā)：鼓勵(lì)源頭創(chuàng)新鼓勵(lì)應(yīng)用RISC-V 指令集架構(gòu)開展處理器核和 SoC 研發(fā)，成立 RISC-V 示范項(xiàng)目， 給予研發(fā)補(bǔ)貼；提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制作工藝，培養(yǎng)技術(shù)先進(jìn)的晶圓代工廠，提升產(chǎn)品性能；構(gòu)建軟件生態(tài)捆綁操作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)軟硬一體化，加速下游應(yīng)用，尤其是 IOT、AI 新興領(lǐng)域，形成產(chǎn)業(yè)正向閉環(huán)。此外，各方共同制定我國 RISC-V 技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的路線圖、詳細(xì)任務(wù)目標(biāo)和計(jì)劃，促進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)、測試驗(yàn)證的有效銜接，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)推動(dòng)實(shí)現(xiàn)RISC-V 技術(shù)的普及商用。2、協(xié)同建立 RISC-V 測試評估體系。建立對基于 RISC-

36、V 架構(gòu)產(chǎn)品的測試評估標(biāo)準(zhǔn)，對產(chǎn)品性能、能耗、面積等進(jìn)行測評。激勵(lì)優(yōu)質(zhì)企業(yè)向前發(fā)展，嚴(yán)控產(chǎn)業(yè)內(nèi)耗。3、建立健全各項(xiàng)保障體系，上升至國家戰(zhàn)略高度。建立專業(yè)化領(lǐng)導(dǎo)小組，提升 RISC-V 戰(zhàn)略高度；組建 RISC-V 推進(jìn)協(xié)會(huì)，整合各方力量，定期開展研討會(huì)，共享產(chǎn)業(yè)最新進(jìn)展；加強(qiáng)學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和商業(yè)組織之間的互動(dòng)，完善研發(fā)成果轉(zhuǎn)化機(jī)制，提高商業(yè)化能力；完善知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系，促進(jìn) RISC-V 商業(yè)化進(jìn)程。投資策略貿(mào)易戰(zhàn)背景下，自主可控成為必然趨勢，發(fā)展我國自主知識產(chǎn)權(quán)的指令集架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)，構(gòu)建完善的芯片、軟件生態(tài)勢在必行。我們長期看好從指令集架構(gòu)設(shè)計(jì)、IP 核開發(fā)、SOC 系統(tǒng)設(shè)計(jì)、芯片制造、晶圓代工到整體封裝等芯片全產(chǎn)業(yè)鏈。我國作為芯片消費(fèi)超級大國（90% 靠進(jìn)口），下游需求旺盛。國產(chǎn)化替代趨勢為國內(nèi)芯片制造廠商帶來了超大的市場規(guī)模，我們長期看好具有強(qiáng)大股東背景、資金實(shí)力雄厚、芯片技術(shù)領(lǐng)先、軟件生態(tài)具備一定規(guī)模的國產(chǎn)芯片廠商。重點(diǎn)推薦： 中國長城、中國軟件和和太極股份。投資標(biāo)的：中國長城（000066.SZ）：國內(nèi)自主可控硬件龍頭公司核心業(yè)務(wù)主要覆蓋高新電子、信息安全整機(jī)及解決方案、能源產(chǎn)品、園區(qū)及物業(yè)服務(wù)等板塊，相關(guān)業(yè)務(wù)水平處于國內(nèi)領(lǐng)先地位。公司作為 CEC 旗下信息安全整機(jī)平臺(tái)，經(jīng)過多年持續(xù)投入，已經(jīng)全面具