x86、ARM和RISCV三大架构战火纷飞，未来谁主沉浮？
三大主流架构一直处在舆论的风口浪尖。目前x86架构掌控着全球的高性能计算领域，ARM则是主导了移动计算，新兴的RISC-V已经成为第三大芯片架构，此前出货量刚刚超过100亿，但是其发展速度更快，预计在2025年就能实现600亿出货量。
半导体产业纵横记者在2023 IIC Shanghai现场采访到了提供RISC-V内核的SiFive公司，他们表示最近几年，中国对RISC-V的兴趣越来越大，这刺激了该架构的普及，到2025年，将有超过600亿个 RISC-V 内核集成到物理IC中。此前，SiFive首席执行官兼董事长Patrick Little也表示，当前客户对公司的市场需求格外强烈。“RISC-V将争夺所有未来计算平台的核心。作为RISC-V的创始人和市场领导者，我们有责任引领这个生态系统向前发展，并为客户提供Arm和其他公司的先进计算替代方案。”
当今市场，三家架构战火纷飞的如何？
01
X86被替代？
今年1月，英特尔披露的数据显示，2022财年，其实现收入631亿美元，同比下降20%；净利润80亿美元，同比下降60%。其中，2022年第四季度亏损6.61亿美元，且预计亏损还将延续至今年第一季度。多位分析师认为，英特尔发力移动端太晚，加上早期生态管理策略过于封闭，新领域创新不足，其包括ARM架构在内的移动芯片架构后发劣势明显，即便是在X86芯片架构这个“自留地”，也遭受AMD压制。同时苹果这个移动芯片设计龙头已经开始蚕食 X86 架构和服务器市场。
1978年，随着英特尔发布了8086处理，全球进入x86架构时代，早在上个世纪90年代我国台湾省的威盛公司，也就是HTC董事长王雪红所创立的企业，拿到了x86架构的授权，也推出了x86系列的芯片，而且命名为“中国芯”，然而由于诸多原因，威盛公司X86芯片最终被市场淘汰了。而内地在2010年之前，尚没有一家公司拿到x86架构的授权。
但是，从2013年起，国内市场出现了变化，尤其是兆芯和海光的出现，让国内电脑用户看到了国产X86芯片的曙光。
从2013年，上海兆芯就进入X86处理器研发，但是从官网公布的资料来看，最新的PC以及服务器的芯片，还是在2019年发布的，分别是开先KX-6000和开胜KH-3000，这两款芯片都是16纳米工艺，其中最强兆芯KX-U6780A的单核性能只相当于i5-7400的44%。
根据消息显示，2022年1月份上海兆芯提前预报了会在今年各发布一款服务器芯片和桌面处理器芯片，按照之前公布的路线显示，应该会是全新CPU 微架构的KX-7000系列，有可能采用的就是7纳米的制程工艺，而且根据公司透露，目标是达到AMD同期的水平。
与此同时，ARM架构也开始兴起，苹果电脑也转向了以ARM架构，而且微软也宣布支持ARM架构，这也就意味着过去wintel生态将面临瓦解，X86架构也不再是万金油。
02
ARM架构：从0.5还没到1
根据指令集（又称为架构或ISA）的不同，CPU分为不同流派。50年间也浮现了诸多指令集，但一些参与者或由盛转衰，逐渐淡出市场，或初出茅庐，尚不能担重任。目前市场形成以英特尔和AMD为代表的x86指令集占大部分份额、Arm指令集占小部分份额的局面。
2012年，Arm正式推出了自己的第一个64位指令集处理器架构ARMv8，希望进入服务器等新的领域。此后，飞腾很果断的放弃了SPARC，拿下ARMv8指令集架构的授权，全面转向了Arm阵营。
自苹果弃用x86，推出M1后，把Arm带得风生水起。如今，Arm指令集在芯片国产化运动中展现出的潜力，也吸引大量资本进场，比如飞腾。2023年1月，据飞腾宣布，自 2019 年飞腾启动软件兼容性互认证工作以来，截至 2022 年底，超过 3000 款国产软件产品与飞腾完成兼容性适配认证。构建起了国内最完善、最庞大的从端到云的信息化建设全栈生态体系，这是补齐国产CPU短板，打破“卡脖子”封锁路上的一大步。
2020年12月，由飞腾嵌入式研发团队研制的新一代8核桌面处理器飞腾腾锐D2000正式发布，集成8个飞腾自主研发的新一代高性能处理器内核FTC663，采用乱序四发射超标量流水线，兼容64位ARMV8指令集并支持ARM64和ARM32两种执行模式，支持单精度、双精度浮点运算指令和ASIMD处理指令，支持硬件虚拟化。D2000性能与国际先进水平比肩，安全性进一步提升。飞腾腾锐D2000处理器市场销量已突破300万片，是目前信创市场广受认可的自主桌面CPU。
但如今面临美国的制裁，如果国内厂商无法拿到升级版的ARM架构，怎么办呢？半导体产业纵横记者采访了飞腾工作人员这个问题，她认为ARM最新架构v10的提升相对于v9来说不算大，“V9够用而且我们是永久买断的，所以现在的环境对我们来说没有威胁，我们的产品也进入到了核心领域。”据介绍，目前最大的信创工程是金税四期，服务了2500万的企业用户，2.8亿的个人用户，从x86换成飞腾之后，性能提升了3倍以上。
国产化的系统有很大的优势是“因地制宜”地做系统级优化，芯片、整机、操作系统一起提升，也就是举国体制的优势。尽管优势很多，但是坦言讲，我们的国产化替代也是依旧没有到“1”。信创设备3年可能换一批，飞腾的业务也作出了相应的调整，开始攻克下沉市场，进入乡县。虽然财政压力比较大，但是今年目前来看Q1比去年好很多，从“推”逐步变为“被找”。
03
RISC-V：国产新宠儿？
RISC-V作为较新的指令集，技术上是有一定的优势，但在国内如此受关注，其实最大的原因是这个指令集是开源免费的，基于这套指令集设计的芯片无论用于科研和商业均无需给Intel和ARM上税。目前市面上常见的指令集都是要收费的，例如华为麒麟芯片，就购买了ARM家的指令集。这些有指令集知识产权的公司均为国外公司，非常不利于我国实现关键芯片的自主可控。目前，国内外已经有非常多的RISC-V核心RTL代码，好多是开源的，如果你感兴趣可以下载一个研究研究。比较有名几个例如Rocket Core、Boom Core、LowRISC SoC均提供源代码。如果用于商用，国内外也有许多商业公司提供稳定的RISC-V IP核心。例如国外的SiFive公司、Microsemi公司、国内的阿里平头哥、芯来科技等公司。
RISC-V架构诞生于2010年，不过在头几年这个架构一直不瘟不火，直到2018年中国芯片行业开始关注RISC-V架构，到2019年华为由于众所周知的原因无法获得ARM的授权，中国芯片开始全力投入RISC-V阵营，至今RISC-V的19个高级成员就有12家是中国芯片企业。
自那时候起，RISC-V开始进入飞速发展阶段，尤其是以阿里平头哥为首的国产芯片企业为RISC-V的发展做出了巨大的贡献，据称阿里平头哥开发的RISC-V架构芯片玄铁910自推出以来，通过向国内芯片企业授权，已出货超过30亿颗，在中国芯片的力推下，RISC-V架构芯片仅花了12年时间就出货100亿颗，比ARM当年实现100亿颗芯片出货量提前7年。
阿里平头哥和国内芯片企业基于RISC-V架构研发的芯片被广泛用于物联网行业，由此RISC-V架构在物联网行业站稳了脚跟，逐渐形成了RISC-V占据物联网芯片市场，ARM垄断移动芯片市场，Intel则在PC处理器和服务器芯片市场居于主导地位的三足鼎立之势。
RISC-V获得中国芯片的青睐在于它属于全新架构，这就意味着欧美企业都未能获得优势的专利，中国芯片基于RISC-V架构开发芯片将不受欧美企业限制，这与ARM因为美国企业贡献了太多专利，导致ARM一直受制于美国有很大差异。
RISC-V从一开始就定位为开放架构，任何企业、个人都可以基于RISC-V开发芯片，它的授权费几乎为零，这对于刚创业不久的中国芯片企业非常合适，可以大幅降低开发芯片的难度，而ARM架构的授权费虽然已很低，但是开发芯片加上流片费用首期可能要千万美元，这是许多创业芯片企业无法承受的。
当然RISC-V架构自身也足够优秀，RISC-V的开创者就是希望开发一个可以用成熟工艺生产出性能更强的芯片，同时进一步降低功耗，基于这一理念，RISC-V的核心架构比ARM更简洁、效率更高，从SiFive公司和中国芯片基于RISC-V开发的芯片来看也证明了这一点。
到如今连最看重稳定性、可靠性的NASA也选择RISC-V架构，无疑证明了RISC-V架构确实足够优秀，这将进一步加速RISC-V架构在全球的发展。
中国芯片如今成功推动RISC-V架构在物联网行业发展起来后，正力推它进入PC、服务器芯片市场，可以预期在中国芯片的努力下，RISC-V架构将得到更广泛的应用，对ARM、Intel的威胁也进一步加大。
RISC-V的出现其实给直接竞争对手ARM带来了巨大压力，以至于ARM公司某天突发奇想，偷偷上线了一个域名为http://riscv-basics.com的网站，专门用来黑RISC-V。由此可以看出RISC-V对传统厂商的冲击。
3月26日，在北京举行的第十届开源操作系统年度技术会议(OS2ATC)传来全球首款RISC-V笔记本电脑ROMA正式发布这一振奋人心的消息。该电脑默认搭载国产操作系统开放麒麟(openKylin)，被视为中国芯片产业发展的关键，同时也是国产操作系统领域具有划时代意义的事件。
ROMA由RISC-V基金会牵头，深度数智开发、鉴释科技调试的全球首款原生RISC-V开发笔记本电脑，它的诞生意味着openKylin正式面市，接受市场和用户的检验。而参与开发的三家实体，均来自于openKylin社区战略合作伙伴。
RISC-V作为一款开源指令集，被视为是继x86、ARM架构之后，中国芯片产业的第三条路，为我们构筑国家信息安全底座提供了新的选项。很多人认为，RISC-V架构可能是中国芯崛起的关键。中国工程院院士倪光南曾指出，RISC-V架构应该成为国内科技企业的新焦点。
目前我国已经越来越重视开源，在2021年十四五规划中首次将支持数字技术开源发展写入国家战略规划之中，这让我国的开源事业进入了新阶段，今后中国的开源贡献会不断增长。
OpenHarmony的开源是中国开源发展中的重要里程碑，其发展十分迅猛。据统计，目前HarmonyOS的华为设备数已经有3亿台，生态合作伙伴超过2000家。
OpenEuler是中国业界优秀开源社区的另一个例子，openEuler面向服务器操作系统。2019年发布了openEuler开源项目，目前openEuler开源社区贡献者已经达到了9396人，全球下载遍及120个国家，1500个城市，55万的下载量，专业组达到96个，已经成为全球开发者最关注的开源项目之一，在openEuler社区中中国企业作出了重大贡献。这充分说明开源是时代的产物，是科学传播精神的体现。
开源不仅可以更好的推进科技的进步，也是中国加速融入世界创新的有效方式。同样开源模式已经从软件领域走向了硬件领域。近年来国际上一种新型的开源RISC-V ，为我国掌握芯片产业发展主动权提供了机遇。它由美国加州大学在2010年发布，他们创造了一种通用的计算机芯片指令集既降低了进入芯片行业的门槛，也符合未来万物互联的技术发展趋势。
同时RISC-V采取开源模式，目前已经有越来越多的国家、企业、高校、科研院所拥抱RISC-V架构。它对中国发展芯片产业同样有重要意义。
04
未来三大架构将共存，没有谁打败谁
从行业应用来看，当前主流架构是英特尔的X86和ARM，分别对应于微软Windows操作系统及谷歌安卓操作系统。
近年来，AIoT市场的爆发改变了x86和ARM两强的格局，定制化、专用化的芯片成为新的趋势，而x86和ARM的商业模式远远无法满足市场需求，RISC-V的优势开始凸显，极有希望发展成为第三大架构生态。
在谈到未来三种架构的关系时，平头哥半导体有限公司副总裁孟建熠表示：“在很长的时间里面，X86、ARM、RISC-V是共存的，不是RISC-V一定要打倒谁。”
经过多年的建设，中国RISC-V生态已初具规模。数据显示，2022年，采用RISC-V架构的处理器已出货100亿颗，到2025年将突破800亿颗。
在IoT领域，2025年，预计将有28%的市场会被RISC-V所占有。在RISC-V最有机会发力的AI和机器学习领域，复合增长率将超过70%，到了2027年，生态中将会达到250亿件设备。
回到平头哥在RISC-V处理器及芯片的研发上。目前，平头哥已推出3大系列、8款RISC-V处理器，覆盖高性能、高能效、实时可靠等场景需求，是RISC-V量产芯片采用最广泛的处理器。
在软件工具及应用层面，平头哥首次完整推出“基础软件三件套”——编译器TAC、编译环境CDK、部署工具集HHB。不仅提升了RISC-V开发环境及工具栈效率，还已经在商用IM（即时通讯）工具钉钉、创维酷开电视端WebOS等不同场景中落地。
产业内十分关注的还有RISC-V Vector1.0标准，这也是RISC-V的首个稳定版本，之后的所有修改都将保持兼容性，因此开发者可以在此基础上开始开发工具链、功能模拟器和实现，以及使用该指令集的软件。
目前，RISC-V芯片生态与操作系统等基础软件生态正加速融合。平头哥已基本完成国际及国内主流操作系统与RISC-V的全适配，包括安卓、Debian、Fedora、Gentoo、Ubuntu、龙蜥、统信、openKylin、创维酷开系统、RTT等操作系统。这意味着，RISC-V完全有能力通过云、桌面、终端等不同操作系统承接软件应用。
除此之外，平头哥还拿到了全球首张架构兼容性测试证书。目前，平头哥正在持续推动RVV1.0架构标准、面向人工智能的全新Matrix矩阵标准以及RISC-V安全技术标准等。
在谈到Risc-V的全球格局时，孟建熠表示，北美依然是RISC-V创新高地。从处理器IP到软件，到data center都在全面探索。欧洲公司也都在逐步从原有架构转到RISC-V架构。
实际上，中国企业在推动RISC-V国际标准建设中发挥了关键作用。RISC-V国际基金会CEO Calista Redmond表示，基金会22位高级会员中有12名来自中国。在国际标准建设中，平头哥领导了其中的11个主要技术小组，推动了29个技术方向的标准制定，是公认的投入力量最大的中国机构。
谈到平头哥在RISC-V上将发力的方向时，孟建熠表示，目前来说，规模和标杆对RISC-V都很重要，平头哥将发力高端。“如果仅从规模角度看，大家总觉得它可能比较低端，甚至不能做高端。今天，我们也在高端上不断尝试，比如高端存储、网络、边缘计算、通信，都在不断往高性能做。去年我们已经布局，明年就可能发布。”
RISC-V 之父、图灵奖得主 David Patterson 表示：“RISC-V 是一个全球现象，有超过 60 个国家的开发者们在研究它，在亚洲，许多知名企业、学术机构、行业协会都积极参与。从嵌入式，到各类型的计算机，最后到大型主机，我认为，3 到 5 年后，RISC-V 将无处不在！”