新思入局RISC-V，對行業意味著什么？

RISC-V這兩年一直都算是半導體領域內的熱門話題。其實首個RISC-V芯片的流片是早在2011年的事情，為什么會在十多年后的現在突然變得如此盛行？

此前我們大致分析過RISC-V這些年大熱的原因，包括摩爾定律的停滯、加速計算的崛起、應用導向的芯片設計趨勢（以及系統企業更多開始涉足芯片設計）、乃至地緣政治和產業鏈的區域化、自主化，都讓RISC-V的開源、靈活等屬性能夠得到最大程度的發揮，是x86, Arm這類指令集沒有也幾乎不可能給到的。

換句話說，時代大潮決定了RISC-V的大火——不僅是嵌入式應用，還越來越往HPC方向走。現在的問題并不在于RISC-V是否會崛起，而在于RISC-V的生態發展得有多快。未來5-6年40%年復合增長率；正滲透到HPC領域；以及英偉達、Intel這些傳統大咖入局，都能表現RISC-V處于高速發展期的事實。

可能近期對RISC-V而言，一個大事件在于，去年底IP領域內的一名重要參與者開始提供基于RISC-V的CPU設計IP：即新思科技。新思作為EDA企業，提供協助RISC-V指令集芯片設計的工具并不奇怪，不過作為IP供應商推出基于RISC-V的ARC-V處理器IP，至少可以說是RISC-V發展史中的大事件；當然還包括配套的設計工具，以及像TileLink VIP這樣的必要組成部分。

因為這家公司在EDA/IP界的分量，和業內已推出基于RISC-V的CPU IP的其他參與者還真的不大一樣。借著這個機會，我們來聊聊新思入局RISC-V的可能性與影響。

有關ARC-V，及新思的RISC-V嘗試

ARC在處理器IP行業的名聲本身就不小，低功耗、高度可配置性、可擴展性是其得以滿足應用需求的特點：ARC此前在IoT、嵌入式應用領域相當知名。最早的ARC處理器基于ARCompact指令集，幾年前新思為其注入ARCv3開始達成64位支持。

一般ARC產品作為處理器核心設計，客戶獲取RTL級別的方案，并將其整合到更大的SoC上。ARC生態也歷經了過去20+年的發展。

RISC-V先期發展已經達成頗具規模的嵌入式應用外加其靈活性，都與ARC這一路走來的方向顯得非常契合。所以新思去年在硅谷舉辦的RISC-V北美2023大會上發布了ARC-V——看名字就知道是基于RISC-V指令集的ARC產品線延伸。

具體到IP產品，現階段ARC-V涵蓋3個家族系列，包括有：32位微控制器平臺ARC-V RMX系列、32位支持實時多核的ARC-V RHX、能跑Linux這類操作系統的64位平臺ARC-V RPX。前者上市時間預計為今年Q2，后兩者則在下半年。

其中ARC-V RMX，3或5級流水線，主要面向低功耗的IoT應用；也有內置的DSP可選，用以支持人臉識別、手勢識別之類的特性。值得一提的是RMX設計支持ASIL B和ASIL D安全等級，能夠加速ISO 26262和ISO 21434汽車網絡安全認證。也就是說RMX是FuSa功能安全支持的。

另外APEX（ARC Processor Extension）為RISC-V設計做出了額外的擴展指令支持——新思也提供定制化的編譯器支持。RMX的目標應用典型如電機控制、BLE控制、SD卡等。

實時性能更高的ARC-V RHX，10級雙發射流水線，最多支持16個核心。其重要特性包括支持硬件虛擬化、caching和RVV——也就是RISC-V的矢量擴展。更高性能需求的實時應用仍是其應用方向，如汽車、機器人、醫療設備與計算存儲的安全管理。

64位多核心支持的ARC-V RPX系列，則基于虛擬化能跑Linux的常見分發版本；基于AMBA-CHI接口能夠支持多核心cluster的緩存一致性。這就是個主處理器級別的產品了，面向航空電子、醫療成像、汽車域控制器、存儲局域網等應用。

不過從此前新思發布ARC-V時給出的信息來看，無論是上述哪一個，ARC-V面向的就是嵌入式應用，暫時不會與HPC領域內的RISC-V處理器競爭，比如數據中心和手機SoC。

為什么說ARC-V對RISC-V而言，分量不輕

去年新思宣布ARC-V產品時，媒體普遍報道說新思此次是正式進軍了RISC-V。實際上新思作為EDA供應商，對RISC-V的支持也應該算得上是由來已久。

尤其考慮到ISA規格定義上，RISC-V對開發者來說有各種選擇，而且還可以做ISA擴展、增加定制的指令。靈活性本身就對驗證解決方案提出了更高的要求。與此同時，文首提到“應用導向”又是這個時代伴隨RISC-V芯片設計的一大特性，則適配不同應用達成對應的PPA平衡，都是EDA工具與方法學需要解決的問題。這對新思而言顯然都是主場。

前兩年我們就看到了SiFive和新思合作加速SiFive RISC-V處理器SoC的設計和驗證工作，還有和Imperas合作解決驗證需求問題（更不用說后續新思就收購了Imperas）等等。

而且對于核心IP的支持也不限于核心自身，還在于核心周圍的很多東西，從cache設計到NoC fabric等。比如在ARC-V之外，即便拋開現有ARC家族產品，也有個值得一提的Verification IP for TileLink（TileLink VIP）。TileLink本身是個開放標準的芯片級互聯，主要用于RISC-V（也支持其他ISA）。

在諸如SoC這類系統之上，連接加速器、通用多處理器、協處理器、DMA等設計時，實時緩存一致性總線協議就可以選擇TileLink。規格介紹中提到TileLink作為一種互聯標準，本身有低延遲、高吞吐的特點。其關鍵特性包括緩存一致性（cache coherent）共享存儲，針對SoC提供無死鎖（deadlock-freedom）特性（支持DAG，以避免連接拓撲結構中的回路），請求的亂序執行，狀態無關（stateless）總線的帶寬適應等...

RISC-V SoC就可以用TileLink協議來實施到內存的一致性存儲映射訪問，算是比較典型的master-slave主從點到點協議。新思的TileLink VIP作為一整套協議、方法、驗證相關的方案，主要是加速開發者的驗證收斂；支持涵蓋TileLink新版本的主要特性，比如TL-UL, TL-UH, TL-C一致性級別、亂序響應等。實現典型如多級緩存+內存的方案，都應當算是現代CPU設計的標配了。

實際作為RISC-V芯片設計EDA工具的組成部分之一，TileLink VIP也只是新思方案中的一個例子。像ARC-V處在ARC產品線之下，本身就表明了對于以往IP技術及其生態的借鑒，畢竟ARC作為既有產品就已經相當成功——再將其與RISC-V本身高速成長的生態接合，這個邏輯就顯得相當合情合理。

基于RISC架構核心在硬件指令解碼器、流水線執行、大型寄存器堆和load-store等結構方面的相似性，直接用ARC處理器現有的一些機制就能開發ARC-V核心。ARC處理器的現有用戶針對新的ARC-V只需要簡單重新編譯代碼。借助共享的Metaware工具鏈，擴展出對于ARC-V核心的支持，提供編譯器、debugger、ISA模擬器開發工具等本身就是一種自有技術與資源的利用。

其他工具方面，前文還提到包括APEX指令集擴展，就有定制化編譯器支持；還有ARC-V的處理器IP借助于Synopsys.ai的協助優化；那么對于ARC-V提供一系列工具與技術來加速SoC的設計與驗證，涵蓋Synopsys.ai, Fusion QuickStart Implementation Kits（QIK）, 驗證解決方案, 云SaaS平臺等也就不意外了。

總結新思提供的RISC-V相關解決方案大方向，除了前述ARC-V處理器IP、TileLink VIP之外；還包括RISC-V設計與實施、RISC-V驗證、ASIP Designer支持的定制設計、RTL Architect預測PPA預測RTL變化帶來的擁塞影響、各種接口IP、Virtual Prototype、安全解決方案等……這些是ARC生態積累，以及ARC-V IP之外，新思提供RISC-V IP可能對RISC-V世界、對芯片行業產生影響不同于常規參與者的部分。

基于新思整個硅生命周期開發工具的諸多積累，從原型產品到具體實施、驗證和流片，乃至到系統、軟件開發工具，新思因此與foundry廠及諸多標準組織都有緊密的聯系。這對RISC-V IP生態的長期構建都有著相當大的優勢。

RISC-V合作與競爭間的差異化

此前新思就表達過，一直在觀察RISC-V的發展，在看到客戶需求和RISC-V生態強勢增長的情況下，就發現是時候進入這一戰局了。所以不出意外的新思成為了RISC-V International的Premiere會員。RISC-V International的擴大，吸納更多的成員和參與者是RISC-V生態得以持續開拓與發展的基礎。

但另一方面，更多企業參與生態構建，就商業層面也會事實上形成競爭關系。實際上現在的RISC-V處理器核心IP方面已經有Andes晶心科技, Codasip, Imagination, SiFive, Tenstorrent, Ventana等不同應用方向的參與者。

不過新思去年在發布ARC-V處理器時就提過差異化競爭的問題，即新思在IP領域已經有幾十年的經驗，IP占到“新思的25%”。

單就IP供應商的身份，新思本身是產品最全的IP供應商，還是頂級接口IP供應商，提供的IP產品包括邏輯庫、嵌入式存儲、模擬IP、各種有線無線接口IP、安全IP、嵌入式處理器及子系統等等。這對ARC-V這一IP產品的推廣也都是優勢資源。

所以福布斯去年撰文提及以新思在IP領域的地位，進駐RISC-V稱得上是標志性事件。前文有提及新思在SoC及系統設計方面的優勢資源讓新思在RISC-V IP領域迅速占據一席之地幾乎是板上釘釘的。

而且像ARC-V系列產品中還有機會加入不同場景定位的IP，輔以包含TileLink VIP及EDA工具在內的周邊加強，新思構建起RISC-V生態的強勢在整個行業里可能都會顯得格外與眾不同。