本文来自微信公众号“半导体行业观察”，编译自csis。
RISC-V架构是一个开放的国际标准，用于规范计算机软件与硬件的接口方式。它作为一种共享语言，设定了通信和互操作性的参数。开放标准为行业参与者提供了一种协作和开发技术解决方案的途径，有助于加速创新并限制知识产权(IP)的滥用。
一些政策制定者担心开放标准可能威胁美国的国家安全和竞争优势。然而，标准的开放性本身并不构成风险。事实上，RISC-V不包含敏感知识产权，其合作开发也不需要企业披露知识产权。企业竞争的是使用该平台开发的技术，而不是平台本身。RISC-V通过创建一个灵活、低风险、低成本的合作平台，增强了美国芯片设计公司的竞争力。为了抓住这一机遇，美国应继续支持RISC-V在未来芯片创新中的应用。
ISA格局中的RISC-V
目前，有两种领先的半导体指令集架构(ISA)占据了大部分市场：x86（来自美国的Intel/AMD）和ARM（来自英国的Arm Holdings，该公司由日本软银集团控股）。ISA主要有两种：复杂指令集计算机(CISC)和精简指令集计算机(RISC)，它们的组织方式和运行效率不同；x86基于CISC原理，而ARM基于RISC。大多数笔记本电脑和台式电脑都使用x86 ISA，而ARM在移动领域几乎拥有全部市场份额。ARM和Intel/AMD ISA是专有标准，因此其他公司和设计人员可以授权ARM IP或购买和使用基于Intel/AMD IP的处理器。
相比之下，该领域的最新参与者是RISC-V（发音为“risk five”），这是一种基于RISC原则的开放标准ISA，芯片设计团队可以免费访问并在各种用例中实施，且不受许可限制。换句话说，RISC-V允许通过免版税许可证轻松进行定制，并且对修改没有任何许可限制。
全球平台：RISC-V最初于2010年在加州大学伯克利分校的并行计算实验室开发，现在由瑞士非营利标准机构RISC-V International管理。该非营利组织吸引了来自70个国家的4,600名成员，其中包括合作开发RISC-V ISA及其扩展的公司、大学、社区组织和个人。RISC-V International的技术指导委员会包括美国实体（例如谷歌和高通）以及中国组织（例如阿里巴巴和华为）。RISC-V International的24个主要成员涵盖初创公司、风险投资公司和超大规模企业，其中12个位于中国大陆，9个位于美国，中国台湾、巴西和西班牙各各有1个。董事会和整体成员分布在美国、中国和欧洲，其中美国在数量上略微领先。
灵活性和可访问性：RISC-V的灵活性和可访问性使其成为一个极具吸引力且发展势头强劲的ISA。早期用例主要集中在嵌入式系统市场，在高性能计算(HPC)和人工智能(AI)以及消费电子产品和可穿戴设备领域均有潜在应用。目前，基于RISC-V的芯片数量已超过20亿，预计到2031年将增长到200亿。RISC-V国际组织(RISC-V International)的成员数量已从2019年的236个增长到2025年的4,600多个，该组织致力于利用这种支持。2019年末，地缘政治紧张局势不断升级，促使RISC-V国际组织管理机构从特拉华州迁至瑞士，理由是其使命是确保美国以外的大学、政府和企业能够访问和开发其技术。自那时起，该非营利组织一直在构建生态系统中的合作工具和机会，并制定了68个新规范和80多个工作组。
低成本、高控制力平台：许多目前购买x86或ARM ISA授权的公司正在参与开发RISC-V，以便在无需支付高昂授权费用的情况下，获得另一种半导体架构选择。这使得工程师能够在ISA之上构建自己的实现，从而更好地控制其技术，并充分利用RISC-V生态系统的软件兼容性。例如，在RISC-V开放标准ISA推出仅仅五年后，Nvidia于2015年开始从其专有微控制器转向基于RISC-V的内核。谷歌、高通和三星等其他行业巨头也采取了类似举措。可定制的低成本ISA选项对小型企业也具有吸引力。
安全的IP环境：需要再次强调的是，RISC-V不包含敏感IP，其合作开发也无需企业披露此类IP。RISC-V标准制定并不要求美国企业与其他企业共享机密信息。企业的敏感IP仅用于其RISC-V的实施，而不会通过RISC-V平台本身共享，并且企业可以授权其RISC-V的实施。例如，像SiFive和Tenstorrent这样的初创公司使用RISC-V ISA，然后将其实施作为IP进行授权。此外，一些人认为开源ISA设计比封闭设计更安全，因为它们允许技术社区成员共同查找漏洞。
RISC-V标准制定并不要求美国公司与其他公司共享机密信息。企业的敏感IP仅用于其RISC-V的实施，而不会通过RISC-V平台本身共享，并且公司可以授权其RISC-V的实施。
RISC-V的商业案例
行业快速采用：据BCC Publishing报道，RISC-V技术的市场收入预计在2022年至2027年期间以33.1%的复合年增长率增长。美国国防高级研究计划局(DARPA)在2018年支持了RISC-V多核处理器的开发。截至2025年，许多美国公司正在迅速投资基于RISC-V的软件实现，从Nvidia的GPU中的微控制器到三星的5G mmWave RF和Seagate的HDD控制器。事实上，2023年5月，行业领袖和初创公司合作启动了RISC-V软件生态系统(RISE)项目，旨在加快将RISC-V软件融入消费电子产品、数据中心和汽车产品中。RISE的13个高级会员和10个普通会员包括谷歌、英特尔、Nvidia、高通、红帽、Rivos、SiFive、Ventana、三星、联发科、字节跳动和Tenstorrent。
大型业内企业也公开描述了RISC-V架构在AI应用和扩展中日益重要的作用。2018年，谷歌参与创立了OpenTitan，旨在开发一款开源的、基于信任根的芯片，该芯片已得到社区成员以及业界和学术界合作伙伴的支持。高通在其部分骁龙处理器中使用了RISC-V内核，其设备已出货超过6.5亿个此类内核。英伟达于2024年10月透露，其定制CUDA内核将基于RISC-V ISA标准。迄今为止，该公司已开发了至少三个RISC-V微控制器内核，预计截至2024年10月，其产品出货量将达到10亿个。
更高的技术灵活性：为什么这么多公司投资RISC-V？答案归结于灵活性和成本，主要体现在供应链和可定制性方面。许可要求昂贵且限制多多，更不用说法律上的复杂性了。此外，RISC-V目前在技术方面比早期的ISA更加灵活。例如，x86经过长期迭代，不断增加扩展和复杂性，使其难以应用于新的应用程序。基于RISC-V的内核没有前几代遗留的问题，并且可以更轻松地进行定制以获得性能优势或更高的计算密度。正如Ventana Micro的一位发言人所解释的那样：“在RISC-V中添加一条指令是一个相对简单的过程，只需提出指令定义，提供指令所需的论证，并通过RISC-V国际技术指导委员会进行审核即可。”
虽然RISC-V近期的发展带来了诸多优势，但其新兴特性也意味着它不具备与专有ISA相同的技术和客户支持网络。ARM的专有技术自带支持和责任保障，而RISC-V国际组织目前正努力构建该生态系统。正如Ventana Micro的一位发言人所解释的那样：“我们的目标始终是通过RISC-V国际组织来驱动所有新指令/扩展，以防止行业分裂。即便如此，如果您确实需要完成某项工作，也可以随时快速推进，在通用基础上孵化加速创意。这正是RISC-V吸引众多AI应用的原因。”
RISC-V的采用日益增多
RISC-V不仅是x86和ARM的竞争对手，而且代表了芯片设计领域广泛当前和潜在应用的突破性替代方案。
当前应用：目前，RISC-V主要应用于嵌入式技术，在可穿戴设备、全球汽车以及HPC/AI行业也拥有广阔的市场前景。无晶圆厂公司SiFive是RISC-V高性能芯片的早期支持者，其芯片已应用于谷歌数据中心和NASA的高性能太空计算机。RISC-V还被用于构建灵活的芯片，为可穿戴医疗电子产品、智能包装标签、软体机器人以及其他廉价产品提供动力。
未来应用：虽然RISC-V在主流消费电子应用领域至少十年内无法与x86和ARM竞争，但领先的公司已经在使用RISC-V来开发未来功能。阿里巴巴正在开发用于边缘计算的RISC-V芯片，总部位于香港的DeepComputing公司也发布了全球首款RISC-V笔记本电脑，尽管其性能目前落后于使用专有ISA的笔记本电脑。2024年，英特尔高级架构开发事业部的工程师成立了AheadComputing Inc.，这是一家专注于开发RISC-V核心IP的初创公司。
基础设施需求：至关重要的是，RISC-V要成为主流设备中的主力，需要构建一个强大的工具、支持系统和资源生态系统，以吸引芯片制造商和制造商。RISC-V国际组织于2024年10月批准了RVA23规范，这是一项重要的进展标志，该规范是一套与RISC-V兼容的标准化ISA扩展集，尽管在支持其开发生态系统方面仍有许多工作要做。
RISC-V是美国标准创新领导力的战略机遇
鉴于RISC-V平台的快速普及及其在增强互操作性和协作方面的优势，美国的政策选择有哪些？最近的分析强调了美国政策制定者在RISC-V政策方面的考量：
需要更好地理解RISC-V：一篇2024年的评论指出，政策制定者对RISC-V的理解尚不充分——尤其是芯片竞争发生在实现层面，而非标准层面。这意味着每家公司都以独特的方式实现ISA，并独立添加其专有创新。简而言之，RISC-V不涉及敏感技术的转让，而且公司通常不会在标准讨论期间泄露其知识产权——因此，原则上，中国参与RISC-V并不意味着可以获得先进的半导体技术。
持续参与RISC-V的重要性：迫使美国公司退出RISC-V的努力将是行不通的，因为这不仅不会阻止中国和其他公司使用RISC-V，反而会将创新拱手让给中国公司。事实上，一些美国公司仍然需要使用RISC-V，但会失去对其发展的影响力。这可能会导致RISC-V生态系统碎片化，并可能使美国公司处于不利地位，因为它们不得不开发多个RISC-V系统，却无法影响生态系统的发展轨迹。此外，美国、欧洲和其他公司支持RISC-V有充分的商业和技术理由。这使它们能够避免依赖单一专有标准，并受益于一个低成本、适应性强、被广泛采用且持续改进的标准。
监管方式的限制：CSET 2024年的一篇文章强调，由于RISC-V由瑞士标准机构管理，美国在RISC-V方面的监管选择有限；唯一真正可行的方案是限制美国参与RISC-V标准制定。但此举将对美国公司产生反作用（它们可能会离开美国，以便在其他国家使用RISC-V），并可能损害美国的科技领先地位和竞争力。
RISC-V的一个主要优势是它是一种低成本的标准，可供研究人员利用、在大学教授和使用，并可供小型初创公司和大型公司采用。……重要的是，RISC-V是一种将新一代研究人员的创新理念推向市场的手段。
美国外交政策研究所2021年报告的“RISC-V的前景与偏执”部分则着眼于更长远的未来：报告认为，RISC-V在适应性和落地实施方面蕴藏着诸多机遇，美国必须在国内大力投资RISC-V，以确保其在开源硬件领域的领先地位。报告指出，尽管一些人对这一新标准的兴起感到担忧，但美国将从中获益良多。RISC-V虽然会降低芯片设计的价格，推动芯片行业某些领域的商品化，但也会使竞争的焦点从资本转向设计创新。这将充分发挥美国目前在设计方面的优势，并凸显出培养（或吸纳）更多高端工程人才，并为其营造有利的商业环境的必要性。
至关重要且充满挑战的是，RISC-V已开始融入美国创新生态系统，应用于公共和私营部门的各个项目，例如NASA喷气推进实验室的航天计算和Nvidia的CUDA核心。RISC-V的一大优势在于它是一种低成本标准，可供研究人员利用，在大学进行教学和使用，并被小型初创公司和大型企业采用。它代表了一条更容易获得、低成本的途径，可以带来新的创新产品和更强的竞争力。更重要的是，RISC-V是一种将新一代研究人员的创新理念推向市场的手段。
如何迈向标准领导地位
历史上，美国在全球标准制定领域的领导地位促进了技术及其供应链的增长和创新，也为美国企业带来了优势。但近年来，这种关注度有所减弱。
中国如今认识到积极参与标准制定对于发展其长期竞争优势的价值。正如《中国标准2035》规划所强调的那样，中国正优先投资和参与标准制定机构，着眼于在广泛的新兴技术领域为中国企业赢得竞争优势。放弃标准领导地位并非明智之举。在此背景下，美国应积极发挥领导作用，把握国际标准制定机遇——包括RISC-V带来的机遇。这需要美国在政策上予以关注，并投入更多资源以参与标准制定机构。美国必须认识到，中国已经改变了标准竞争的性质，美国需要与志同道合的国家共同采取建设性且积极的应对措施。
为了迈向标准领导地位，美国可以利用半导体创新生态系统中现有的项目和机制。为了培养精通RISC-V的专业人才，美国可以进一步将RISC-V培训融入工程课程和劳动力发展中，例如由半导体研究公司资助的研究学者项目。此外，还可以在联邦政府资助的区域性计划中重点推广RISC-V，例如国防部微电子公共空间和商务部技术中心，并与大学、初创企业和业界合作。具体而言，政府支持的项目提供了支持必要物理基础设施的机会，以加速整个生态系统中RISC-V的开发和验证。
美国政府需要确保美国国家标准与技术研究院(NIST)能够积极参与国际标准制定进程，包括在RISC-V International等标准制定机构中为美国公司提供支持。NIST还可以通过为政府机构举办研讨会以及召集行业领袖来更好地了解他们的利益和挑战，从而促进标准教育。需要为利益相关者提供资源，以开展国际合作并制定最符合美国及志同道合国家利益的标准战略。NIST的工作需要获得充足的资金和支持，以确保美国公司、观点和公民在这项持续进行的国际标准制定工作中得到体现。
结论
为了应对这一挑战，美国应该推动标准教育，鼓励该领域的研究和开发，包括工程课程，并为美国的参与提供充足的资金。
鼓励美国公司积极参与国际标准机构的标准制定，并为NIST提供必要的联邦资源以平衡中国的参与。
制定支持大学和产业界基于RISC-V的研究项目，尤其要为学生提供RISC-V的入门和培训。投资建设支持RISC-V开发所需的物理基础设施，包括用于验证基于RISC-V硬件的研发实验室和测试设施。
利用现有机制，例如半导体研究公司（SRC）的成熟项目，来支持一批精通RISC-V的专业人员和项目，包括RISC-V电子设计自动化工具。人才培养将是关键。
强调在联邦资助项目（例如国防部微电子共享中心和其他技术中心）中使用和开发RISC-V，作为将工业界和学术界的研究人员与工具和培训联系起来以培养RISC-V领导力的一种手段。
RISC-V为芯片行业提供了一个关键的战略机遇，使其能够在未来几十年在全球芯片设计领域发挥领导作用和影响力，但所需的措施迫在眉睫。标准制定过程如同一列前进的列车，我们需要建立一个联盟来引导它，继续支持整个国内设计行业，并支持对RISC-V开发的投资和参与。
参考链接
https://www.csis.org/analysis/sustaining-standards-leadership-united-states-cannot-disengage-risc-v
