处理器芯片是中国半导体产业的软肋，是中国半导体产业面临的“卡脖子”问题。近年来，国内芯片领域学术界和产业界都在积极 探索 实践，力求突破。中国在芯片研发领域的 4 个技术关卡分别为光刻机、电子设计自动化（EDA）软件、晶圆和指令集。由此可见，开源 RISC-V 指令集架构对我国在芯片指令集方面技术破围意义重大。我国有望通过 RISC-V 摆脱国外的指令集垄断，打破技术封锁。
RISC-V 自诞生以来取得了突飞猛进的发展，随着物联网、5G 通信、人工智能等技术的兴起，物联网和嵌入式设备成为 RISC-V 最先落地的领域和最大的应用市场。各国研究机构及企业纷纷加入研究和开发行列，RISC-V 不仅打破了现有指令集架构环境下英国 ARM 公司和美国Intel公司的两强垄断格局，而且建立了一个开放的生态及框架来推动全球合作和创新。
主要国家战略举措及特点
美国强调 RISC-V 指令集在智能装备芯片领域的战略应用。2017 年 6 月，美国国防高级研究计划局（DARPA）启动“电子复兴计划”（Electronics Resurgence Initiative），该计划旨在解决半导体制程瓶颈以应对半导体产业快速发展的挑战。“电子复兴计划”连续多年对 RISC-V 指令集的研究和产业化应用给予专项支持。其中，实现更快速集成电路项目、Posh 开源硬件项目和电子资产的智能设计项目明确指明需要基于 RISC-V 指令集进行开发。2021 年 3 月，SciFive 公司与 DARPA 达成开放许可协议授权，SciFive 加入“DARPA 工具箱计划”（DARPA Toolbox Initiative）为 DARPA 项目参与者提供基于 RISC-V 的32 位和 64 位内核访问，以支持 DARPA 项目中应用程序和嵌入式应用的研发。
欧盟注重 RISC-V 与高性能计算的结合。2018 年 12 月，欧盟推出“欧洲处理器计划”（European Processor Initiative），拟开发面向欧洲市场的自主可控低功耗微处理器，降低欧洲超级计算行业对外国 科技 公司的依赖。其中，“欧洲处理器加速”（European Processor Accelerator）项目作为该计划的重要组成部分，其核心是采用免费和开源的 RISC-V 指令集架构，用于在欧洲境内开发和生产高性能芯片。2021 年 9 月，该项目的最新成果是交付了 143 个欧洲处理器加速芯片样本，这些加速芯片专为高性能计算（HPC）应用程序设计。此外，2021 年 1 月开始的 Euro HPC eProcessor 项目旨在基于 RISC-V 指令集体系架构构建一个完全开源的欧洲全堆栈生态系统以适用于 HPC 和嵌入式应用。
印度将 RISC-V 指令集定位为国家事实指令集。2011 年，印度开始实施处理器战略计划，每年资助 2—3 个处理器研究项目。该计划下的 SHAKTI 处理器项目旨在开发第一个印度本土的工业级处理器；其目标是研制 6 款基于 RISC-V 指令集的开源处理器核，其中涵盖了 32 位单核微控制器、64 核 64 位高性能处理器和安全处理器等。2016 年 1 月，印度电子信息技术部资助 4 500 万美元研制一款基于 RISC-V 指令集的 2 GHz 四核处理器。2017 年，印度政府表示将大力资助基于 RISC-V 的处理器项目，使 RISC-V 成为印度的国家事实指令集。2020 年 8 月，印度政府在全国发起“微处理器挑战”（Microprocessor Challenge）项目，以推动 RISC-V 微处理器的自主研发，提高国家的半导体设计和制造能力。
以色列、巴基斯坦、俄罗斯寻求多元化指令集架构共同发展。2017 年，以色列国家创新局成立 GenPro 工作组，旨在开发基于 RISC-V 的快速、高效且独立的处理平台。2019 年，巴基斯坦政府宣布将 RISC-V 列为国家级“首选架构”（preferred architecture）。2021 年，俄罗斯公布了一项以 RISC-V 部件为中心的国家数字化计划，该计划基于俄罗斯自研 Elbrus 芯片进行 RISC-V 部件扩展研究。
中国试图通过 RISC-V 打破芯片领域技术封锁。2021 年，在《中华人民共和国国民经济和 社会 发展第十四个五年规划和 2035 年远景目标纲要》中，我国首次明确将“开源”列入五年发展规划；“十四五”期间，将支持数字技术开源社区等创新联合体发展，完善开源知识产权和法律体系，鼓励企业开放软件源代码、硬件设计和应用服务。同时，各级政府也积极布局 RISC-V 架构芯片。2018 年 7 月，上海市经济和信息化委员会发布的《上海市经济信息化委关于开展 2018 年度第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金（集成电路和电子信息制造领域）项目申报工作的通知》将 RISC-V 相关产业列入政府产业扶持对象，而从事 RISC-V 架构相关设计和开发的公司将获得政策倾斜。2020 年 2 月，广东省人民政府办公厅印发的《加快半导体及集成电路产业发展若干意见的通知》中明确将 RISC-V 芯片设计列入广东省重点发展方向。2021 年 11 月，北京市委市政府印发《北京市“十四五”时期国际 科技 创新中心建设规划》，明确指出要研发基于 RISC-V 的区块链专用加速芯片，进一步提高芯片集成度，提高大规模区块链算法性能。
我国 RISC-V 架构芯片领域的重要研究方向态势与热点
学术界和产业界日益重视 RISC-V 的安全体系结构设计及验证。处理器安全对设备隐私信息的保护至关重要；设计 RISC-V 安全处理器及安全验证是 RISC-V 领域乃至体系结构领域的研究热点。特权模式和物理内存保护是安全嵌入式处理器的必备特性，RISC-V 指令集架构也采用特权模式来保障处理器的安全；同时，该架构提供了物理内存保护单元（PMP）实现内存访问控制以保证内存安全。其中，北京信息 科技 大学和清华大学微电子学研究所焦芃源等以一款 32 位 RISC-V 安全处理器为研究对象，通过异常处理程序对处理器状态、异常信息进行观测，提出了一套 RISC-V 特权模式和物理内存保护功能的测试方案；天津大学微电子学院刘强等设计了一种抗功耗分析攻击的 RISC-V 处理器的实现方法；上海交通大学并行与分布式系统研究所开发了基于 RISC-V 架构的全新可信执行环境“蓬莱”。同时，产业界许多公司以扩展硬件 IP 模块的方式推出安全解决方案，包括加密库、信任根、安全库等。
深耕物联网等新兴领域，特定领域专用 RISC-V 芯片蓬勃发展。当前，X86 和 ARM 两大指令集分别主宰了服务器+个人电脑（PC）和嵌入式移动设备；同时，物联网（IoT）、智联网（AIoT）等应用领域正在为 RISC-V 的发展提供新的机遇。RISC-V 架构能为物联网行业带来显著的灵活性和成本优势，同时也能推动异构计算系统的快速发展，因而能够适应智能物联网时代下的大容量万亿设备互联，场景丰富及碎片化和多样化需求。RISC-V 在加速和专用处理器领域，主要应用包括航天器的宇航芯片设计，面向物联网的智能芯片，面向安全的芯片，用作服务器上的主板管理控制器，以及图形处理器（GPU）和硬盘内部的控制器等。学术界，如中国科学院计算技术研究所（以下简称“计算所”）泛在计算团队，开展了基于 RISC-V 核心的轻量级神经网络处理器的研究， 探索 了 RISC-V 内核在物联网设备中的应用；上海市北斗导航与位置服务重点实验室则开展了基于 RISC-V 指令集的基带处理器扩展研究项目。而产业界则在控制领域与物联网领域涌现出大量的基于 RISC-V 的产品和应用案例。例如，阿里平头哥半导体有限公司的开源玄铁 RISC-V 系列处理器已应用于微控制器、工业控制、智能家电、智能电网、图像处理、人工智能、多媒体和 汽车 电子等领域。
寻求突破物联网生态， 探索 进入服务器、高性能处理器领域。目前，RISC-V 的研究及应用领域主要集中在以物联网为基础的工业控制、智能电网等多场景。但 RISC-V 因其本身低功耗、低成本特性，具备进入服务器、高性能领域的潜力。服务器定制化及 HPC 对加速和异构平台的需求增加，为 RISC-V 进入服务器和 HPC 领域提供了机会。计算所包云岗提出产业界可利用 AMD 公司的 Chiplet（小芯片）方式将中央处理器（CPU）、加速、输入/输出（I/O）放在不同晶圆上，其中 CPU 部分使用 RISC-V 架构，用 Chiplet 方式组成一个服务器芯片，以进入服务器市场。2021 年 6 月，计算所包云岗团队推出“香山”开源高性能 RISC-V 处理器核。它第一版架构代号“雁栖湖”，基于 28 nm 工艺流片。这标志着在计算所、鹏城实验室的技术支持下，国内发起的高性能 RISC-V 处理器开源项目正式诞生。
我国发展 RISC-Ⅴ 架构芯片的问题与建议
适当聚焦 RISC-V 架构，加快发展中国芯片产业体系。目前，国内处理器产业及科研领域所采用的指令集包罗万象，学术界和产业界基于 ARM、MIPS、PowerPC、SPARC、RISC-V、X86 等多种指令集进行了扩展。但多样化的指令集必然会分散基础软件开发力量，导致编译、 *** 作系统等基础软件开发者由于精力有限而无法兼顾多种指令集的优化，延缓自主生态的建设。近几年，随着 RISC-V 基金会从美国迁至瑞士，其治理架构发生重大变化，我国科研机构和企业在 RISC-V 基金会理事会高级别会员的比例显著提高。我国在 RISC-V 生态中的影响力日益增长，这为我国芯片产业的发展提供了新的机遇，以及开发新赛道的可能性。建议：我国在目前暂无成熟自主指令集架构的情况下，应抓住开源 RISC-V 架构兴起的机遇，调整芯片领域技术路线和产业政策，适当聚焦 RISC-V 架构，加快发展中国芯片产业体系。
促进 RISC-V 在处理器教育领域的应用，培育芯片设计人才。芯片领域的创新门槛高、投入大，严重阻碍了领域创新研究。芯片设计及制造的多个环节都需要巨额的资金与大量的人力投入。这种高门槛导致人才储备不足，因此如何能够降低芯片设计门槛成为亟待解决的问题。RISC-V 的开源性降低了创新投入门槛，发展开源芯片/硬件成为中国培育设计人才的新发展模式。2019 年 8 月，中国科学院大学启动了“一生一芯”计划，其目标是通过让本科生设计处理器芯片并完成流片，培养具有扎实理论与实践经验的处理器芯片设计人才。该计划是国内首次以流片为目标的教育计划，由 5 位 2016 级本科生主导完成一款 64 位 RISC-V 处理器 SoC 芯片设计并实现流片。事实上，学生是 RISC-V 整个生态建设中不可或缺的力量；包括上海 科技 大学在内的许多国内院校都在与企业一同培养人才，通过课程作业设计与企业研发相关联，将企业最新的技术及时引入课堂，充分发挥开源化的优势。建议：国家教育管理机构应当积极推进 RISC-V 产学相结合的发展模式，培育更多芯片设计人才。
（《中国科学院院刊》供稿）说到ARM指令集，毫无疑问，该指令集霸占了移动市场的全部份额，目前甚至盯上了X86的市场，包括电脑领域甚至是服务器领域，ARM的优势是低功耗性能，而且成本很低，这是X86无法做到的。
目前苹果已经着手开始了ARM芯片对于英特尔X86处理器的替代，但不同于其他ARM芯片，苹果的A系列处理器虽然也是ARM芯片，但是和ARM的关系很小，自研程度很高，不像安卓手机芯片商需要从ARM那里买核心架构授权，所以苹果根本不怕ARM断供。
安卓芯片商的主要几家，高通，华为，联发科，都是采用的ARM公版架构，就连一直采用自研猫鼬核心的三星也决定要放弃自研，用上公版架构，实际上高通之前也有自研核心，但最后发现还是公版最香，其实现在安卓芯片在CPU部分差别都已不大，主要还是GPU和基带方面。
为什么苹果可以不用买ARM的架构核心，而其他芯片商每年都需要从ARM那里购买最新版的架构，比如目前在使用的A77，那么到了明年就是A78了，首先肯定不是因为没有自研的实力，比如三星就是自研，而且跑分还特别高，但跑分没输过，体验没赢过。
其实根本还是生态问题，生态可以认为就是一个统一的标准，华为，高通，联发科，三星，等等其他芯片商都是安卓系统，安卓系统虽然开放的，但却是受限于谷歌的，为了生态的统一性，为了减少开发人员或者各类工程人员的任务量，那么就需要遵循安卓系统的规则。
如果都去搞自研核心的芯片，那么这样一来谷歌安卓就需要做大量的适配工作，针对不同的芯片进行各种优化，而且不光安卓系统，APP应用开发商也是如此，也必须进行各类适配工作，否则很有可能出现BUG，或者是应用兼容问题。
如此一来安卓的碎片化问题会更严重，系统也会越来越臃肿，这显然不利于后续发展，所以安卓系统直接找ARM合作，最新版本的安卓系统适配最新版本的ARM架构，这样一来安卓的适配工作大大降低，只需要针对ARM的官方架构做适配，其他芯片商也只需要用ARM的公版架构，既保证了安卓多元化的特性，同时省了很多不必要的麻烦。
所以苹果就非常好理解了，苹果自始至终是软硬件一体，拥有更多自主权，而且苹果的A系列处理器每年就一款，手机机型数量也很少，在自己的圈子里，自己想怎么优化怎么优化，而安卓芯片商必须看谷歌的态度，因此苹果的ARM处理器才可以不用受限于ARM，自成一派，包括Mac OS从X86迁移到ARM也会非常容易。
目前华为虽然购买了ARM V8指令集的永久授权，但是只要华为还在用安卓系统那么就必须要用ARM的最新的公版架构，否则就会出现很多各种各样的问题，理论上安卓是很开放的，但想要最好的体验，那么ARM公版架构是最好选择，想要不依赖于ARM的公版架构很简单，有了自己的 *** 作系统就可以了。
有了自己的 *** 作系统，并且形成完美的生态，这样一来也就可以反哺硬件，那么此时甚至可以不用依赖于ARM指令集都可以，甚至可以给别的指令集进行优化适配工作，而华为的鸿蒙其实就是这样的布局，当然肯定也有其他公司也在布局，不过对于国内来说，如果想建立这样的生态， *** 作系统只要一个就可以了，指令集也选定一个进行发展就可以了。
同样国内如果形成这样的生态也是非常有利的，毕竟我们国家有着13亿的人口，打造出一个软件生态，同时再指定一个硬件指令集，形成类似于Windows和X86这样的软硬件结盟，那么很多问题都可以迎刃而解，而这个过程的首要就是打造出有生态优势的 *** 作系统，而未来的物联网就是一个难得的机会。
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数字芯片是半导体行业里市场空间最大，技术壁垒最高的赛道。之前我们分析过的那些尖端设备和材料，主要都是为数字芯片打造的。
目前芯片设计这些赛道里，IGBT和模拟芯片领域都有IDM厂商，但数字芯片很少有做全产业链的，大家专注于自己的环节，分工合作。
这是因为IGBT和模拟芯片虽然技术和资金壁垒也很高，但生命周期长。数字芯片的发展却遵循摩尔定律，不但研发需要大量资金，晶圆代工需要大量资本购买设备，迭代又非常快。
等你把这一代产品全都配置好了，人家下一代产品又出来了，还得接着追，这就是数字芯片最难的地方。
数字芯片的工作原理简单来说就是通过晶体管控制电流的“开”和“关”，来表达数据信息的“1”和“0”，或者逻辑判断的“是”与“非”，所以数字电路也称开关电路或逻辑电路。
其组成主要就是工作在开关状态的晶体管，所以数字芯片的规模大小由其中的晶体管数量决定，摩尔定律说的也是每隔18个月晶体管数量增加一倍，因此晶体管数量对数字芯片性能起决定性作用。
数字芯片包含七种类别，分别是逻辑电路、通用处理器、存储器、单片系统SoC、微控制器MCU、定制电路ASIC和可编程逻辑器件。将来我们会对其中主要类别进行逐个分析。
简单的逻辑电路通常由门电路构成，基本是由与门、或门和非门电路排列组合而成，这些系列的电路也称为组合逻辑电路。
数量庞大的逻辑电路芯片经过不同的排列组合，理论上可以处理非常复杂的控制和运算问题。
但当下的芯片集成度很高，许多自成系统的逻辑电路可以集成在芯片内部，一个芯片就可以实现复杂的功能，也就没人愿意用大量小芯片去实现一个大系统。
所以目前逻辑电路芯片仅用于小型电子产品中，以及在大系统的通用大芯片之间的连接电路上。
通用处理器一般指服务器用和桌面计算用的CPU芯片，也包括GPU、DSP、APU等。
它是规模最大、结构最复杂的一类数字电路芯片，由海量逻辑电路组成，包含了控制、存储、运算、输入输出等完整的数据和信息处理系统，这次我们先分析CPU这一细分领域。
01 什么是CPU
CPU也叫中央处理器，是计算机的运算和控制中心，主要功能是完成计算机指令的执行和数据处理，因此CPU与内部存储器、输入输出设备被认为是计算机三大核心部件。
控制单元是CPU的控制中心，当下达指令时，控制单元负责将存储器中的数据发送至运算单元并将运算后的结果存回存储器中。
运算单元负责执行控制单元的命令，进行算术运算和逻辑运算。
存储单元是CPU中数据暂时存储的位置，其中寄存有待处理或者处理完的数据。寄存器相比内存可以减少CPU访问数据的时间，也可以减少CPU访问内存的次数，有助于提高CPU的工作速度。
按照处理信息的字长，CPU可分为四位微处理器、八位微处理器、十六位微处理器、三十二位微处理器以及六十四位微处理器等，后续还在不断拓展。
CPU作为集成电路的一部分，现在全球集成电路市场受益于5G、可穿戴设备和云服务等应用领域发展，依旧在稳步增长。
中国是全球最大的集成电路市场，增速也是全球最快，2012-2020年九年间集成电路产业市场规模复合增长率达到1681%。
集成电路进出口市场上，我国存在较大逆差，而且逆差还在拉大，国产化替代空间广阔。
CPU的下游市场涵盖服务器、桌面端、移动 PC端、智能手机以及物联网、人工智能、 汽车 电子、智能穿戴等新兴应用领域。
目前桌面端和移动PC端发展平缓，服务器受益于云化趋势增速较快，智能手机受益于5G换机潮迎来一波周期性机会，行业中长期发展还得看那些新兴领域，但新兴领域并不完全是CPU的增量市场，比如新能源 汽车 。
目前全球新能源 汽车 销量持续增长， 汽车 三化（电动化、智能化、共享化）势不可挡，电子成本占总成本的比率逐步提升，发展空间很大，2021年全球 汽车 芯片市场规模预计可达到440亿美元。
按应用场景划分，车用计算芯片可以划分为智能座舱芯片和自动驾驶芯片、车身控制芯片。
由于单纯一个的CPU已经无法满足智能 汽车 的算力要求，将CPU与GPU、FPGA、ASIC等通用或专用芯片异构融合的SoC方案成了各大AI芯片厂商算力竞争的主赛道。
不仅智能 汽车 ，在物联网和人工智能等领域，传统CPU也出现了不能适应市场要求的情况。
随着物联网设备灵活性要求日益提高，芯片向低功耗、高性能方向发展，MCU和SoC脱颖而出。
人工智能常用的AI芯片通常是针对人工智能算法做了特定加速设计的芯片，如GPU、FPGA、ASIC和神经拟态芯片。
虽然深度学习算法上CPU不如AI芯片，但做大规模推理，CPU比较有优势，再加上CPU优势领域的市场空间广阔，应用场景丰富，国内 科技 企业持续研发国产CPU依然势在必行。
目前CPU主要市场份额仍在海外企业手中。随着国内技术进步，国内CPU也在变得更好用，再加上政策持续加码，国产替代确定性较高。
02 CPU芯片架构
芯片架构也叫指令集架构，简单来说就是芯片的执行流程，不同指令集架构的芯片就是执行步骤的不同。
目前CPU指令集架构主要分为复杂指令集（CISC）和精简指令集（RISC）两大类。
复杂指令集支持的指令更多，每种运算都有自己的完整指令。由于只有少部分指令会反复使用，精简指令集就是对其进行精简，不用每种运算都有完整指令。
复杂指令集更适用于运算复杂的电脑CPU，精简指令集更适用于运算要求较低，功耗也较低的手机CPU。
在这两种指令集基础上又产生了不同的架构，也就是在指令集基础上实现对CPU内的控制单元、运算单元、存储单元等部件的一系列完整设计和安排。
03 X86架构
CISC的架构主要就是X86架构，目前Intel和AMD两家独大。
Intel和Windows组成了“Wintel”联盟，击败了苹果、IBM、摩托罗拉的Power联盟，垄断桌面市场长达20多年。直到目前，服务器、桌面和移动PC主要使用的还是X86架构处理器，Intel依然占据大部分市场。
后来随着AMD第二代Epyc处理器“罗马”问世，AMD服务器CPU市占率在短短两年内从1%增长到了8%。接着第三代Epyc处理器“米兰”发布，其服务器市场份额有望达到15%。
由于AMD服务器芯片性价比较高，又有台积电7nm制程技术加成，越来越多数据中心开始采购AMD的产品。
X86架构之所以覆盖范围这么广，除了起步早、性能高、兼容性好之外，还跟它生态完善有关，目前全球65%以上的软件开发商都为X86提供服务，你想自己设计一个架构，没有生态也就没有人使用。
现在X86架构在中国市场依然广阔，尤其是在服务器领域具有绝对优势，几乎占据全部服务器销量。其他非X86架构的服务器占比很小，主要都是ARM架构。
除了Intel和AMD双寡头以外，国内还有兆芯、海光和MPRC几家X86芯片商。目前X86架构的国产化替代还不太明显，兆芯2019年市占率仅01%。
04 ARM架构
RISC的架构有ARM、MIPS、Power PC、Alpha、RISC–V等。
如今超过90%的智能手机采用ARM架构，MIPS在嵌入式设备中应用广泛，而且随着性能提升，技术层面的融合，RISC架构也在不断向X86的应用领域渗透。
ARM架构由于具有成本低、功耗低、体积小、性能高等特点，非常适用移动通讯领域，在智能手机、调制解调器、车载信息设备、可穿戴设备等领域都占据绝对统治地位。
目前ARM架构是非X86架构中应用最广泛，发展最成熟的架构，市占率达到了432%。
ARM完整产品线包括微控制器、微处理器、圆形处理器、实现软件、单元库、嵌入式内存、高速连接产品、外设以及开发工具。
目前国内外主要ARM厂商有ARM、联发科、高通Qualcomm、苹果、三星电子，飞腾、华为鲲鹏、展讯SPREAD TRUM。
世界各大半导体生产商从ARM公司购买其设计的ARM微处理器核，根据各自不同的应用领域，加入适当的外围电路，从而形成自己的ARM微处理器芯片进入市场。
联发科是世界上最大的ARM手机芯片供应商，苹果、三星、高通等行业巨头均在最近几年使用ARM架构，逐步实现基于ARM的全生态链。
截至2021Q1，联发科和高通是最主要的手机CPU供应商，市场份额分别为35%和29%，同比分别增长11%和-2%。
苹果市占率为17%，三星降至9%，华为海思由于受到美国升级制裁的影响，市场份额快速下滑，降至5%。
服务器方面，非X86目前参与者包括华为、飞腾、高通、亚马逊等。
华为鲲鹏服务器是ARM服务器的重要参与者，据华为称，鲲鹏出货量已占据市场50%，未来有望发挥其在移动市场的优势，借力云端协同，抢占服务器市场更多份额。
在桌面PC市场，ARM正逐渐被更多企业应用，2011年微软开始采用ARM的Windows系统，ARM开始进入X86的传统优势领域，如今苹果MacOS、新版Windows等均采用了ARM架构。
此外，ARM在物联网、 汽车 等领域均有很大发展潜质。ARM在公共事业、智慧城市、资产管理等领域均提供了解决方案。
05 MIPS等架构
MIPS、Alpha、Power等架构已经不是市场主流应用，但在特定领域内仍在被使用。
MIPS架构是一种简洁、优化、具有高度扩展性的RISC架构，能够提供最高的每平方毫米性能和当今SoC设计中最低的能耗，已经在移动和嵌入式工业领域销售了近三十年，目前市占率9%。
MIPS多线程CPU已经广泛应用于不同领域，以及许多移动设备的LTE调制解调器中。
国内外主要MIPS芯片商主要有MIPS公司、Ikanos、龙芯中科、北京君正。不过MIPS公司两度易主后，新公司已经转向RISC-V。
龙芯和申威分别获得MIPS及Alpha永久授权发展自主指令集，我国企业成为了该架构应用产品研发和全球生态构建的单一力量，应用的也都是国家非常注重安全的领域。
Power架构在相关市场的占有率也不过1%左右，但在高性能计算领域一直拥有相当重要的地位，其一些技术特性甚至可与Intel一较高下，然而市场参与者基本只有IBM。
06 RISC-V架构
RISC–V是目前业内最被看好，最有机会弯道超车的新架构，具有完全开源、架构简单、易于移植，适用于各种设备、完整工具链， 运行效率高等特点。
这种架构目前接受度逐渐提高，有望成为继X86和ARM架构之后第三大主流指令集架构。
由于RISC-V基金会为非盈利会员制组织，所以RISC-V本身是免费的，自 RISC-V 基金会于 2015 年成立以来，RISC-V 生态系统经历了爆炸式增长，2020年成员增长率达到133%。
物联网的兴起为上游产业链提供新的成长潜力，由于RISC-V具备开源等特性，与物联网更灵活和多样的要求相吻合。
而且自中美贸易战以来，中国企业存在受制于美国不能升级架构的风险，随着RISC-V逐渐被接受，为我国芯片厂商通过RISC-V架构实现独立自主提供可行性。
Semico Research 预测，到 2025 年，市场将消耗 624 亿个 RISC-V CPU 内核，2018-2025 年复合年增长率为 1462%。其中工业领域将以使用超过167亿个内核遥遥领先。
市场研究公司Tractica也预测，RISC- V的IP和软件工具市场在2018年为5200万美元，到2025年时将增长至 11亿美元。
目前RISC-V发展时间较短，尚未一家独大，相关生态还在发展。
短期内ARM架构依然会占据中高端市场，RISC-V主要在一些碎片化的新兴市场展开应用，如物联网的轻终端场景。
这些场景需要低功耗低成本，但是往往程序不用大改、对软件生态的依赖性不高、出货量又很大，符合RISC-V阶段性的发展目标。
RISC-V允许任何厂商设计、制造和销售RISC-V芯片和软件，因此吸引了大批 科技 公司入场。
GreenWaves、IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、谷歌、华为、晶心 科技 、芯源股份、芯来 科技 、阿里平头哥、中天微、Red Hat 与特斯拉等100 多家 科技 公司加入其阵营。
07 国产CPU自主可控程度
国产CPU经历了将近20年的发展，也产生了一批有实力的企业，如前面提到的中科龙芯、天津飞腾、海光信息、上海申威、上海兆芯等。
这其中申威和龙芯自主可控程度最高。上海申威主要从事Alpha架构的研发，它是目前创新可信度最高的国产CPU厂商，基本实现完全自主可控，主供党政办公、军方和超算领域。
其次是飞腾和华为鲲鹏（海思）为代表的ARM架构国产厂商。ARM架构需要有ARM公司授权，主要有三种授权等级：使用层级授权、内核层级授权和架构/指令集层级授权。
其中指令集层级授权等级最高，企业可以对ARM指令集进行改造以实现自行设计处理器，目前海思、飞腾已经获得ARMV8永久授权。
如果他们基于V8授权发展出自己的指令集，其创新可信程度将显著提升，即使未来拿不到V9V10等新架构授权，依然可以维持先进性。
最后是海光和兆芯为代表的X86厂商，仅获得内核层级的授权，未来扩充指令集形成自主可控指令集难度较大。
物联网工程师需要掌握：物联网产业与技术导论、物联网工程概论、、Java程序设计、单片机原理及应用、无线传感网络概论、移动通信技术、蜂窝物联网技术等技术。
物联网是基于互联网、广播电视网、传统电信网等信息承载体，让所有能够被独立寻址的普通物理对象实现互联互通的网络又称为物联网域名。
物联网理念最早可追溯到比尔·盖茨1995年《未来之路》一书。在《未来之路》中，比尔·盖茨已经提及物互联，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起重视。
扩展资料：
物联网专业毕业生需掌握的知识与技能：
1、掌握和计算机科学与技术相关的基本理论知识；掌握物联网工程的分析和设计的基本方法。
2、了解文献检索、资料查询的基本方法，具有一定的科学研究和实际工作能力。
3、了解与物联网工程有关的法规。
4、能够运用学习知识和外文阅读能力查阅外文资料。
5、掌握文献检索、资料查询的基本方法，具有获取信息的能力。
参考资料来源：百度百科—物联网工程专业
EDN电子技术设计：请用您自己的话为读者大致介绍一下RISC-V。
胡振波：
RISC-V是一种简单、开放、免费的全新指令集架构。RISC-V最大的特点是“开放”，它的开放性允许它可以自由地被用于任何目的、允许任何人设计、制造和销售基于RISC-V的芯片或软件，这种开放性，在处理器领域是彻底的第一次。
RISC-V这种开放架构的诞生可以说是时代发展的必然。RISC-V生态体系正在全球范围内快速崛起，成为半导体产业及物联网、边缘计算等新兴应用领域的重要创新焦点。
RISC-V基金会于2015年由硅谷相关公司发起并成立，至今已有150多个企业或单位加入，包括谷歌、华为、英伟达、高通、麻省理工学院、普林顿大学、印度理工大学、中科院计算所等。目前RISC-V由基金会统一维护。
美国国防高级研究计划局（DAPRA）已连续多年通过专项方式支持RISC-V指令集的研究和实用化。2017年，印度政府大力资助基于RISC-V的处理器项目，RISC-V成为印度的事实国家指令集。我国RISC-V虽然处于起步阶段，但是发展非常迅速。今年7月，上海市政府率先发布了中国大陆首个支持RISC-V的政策，这对于RISC-V指令集在中国的发展起到了重要的推动作用。10月17日，中国RISC-V产业联盟成立，标志着我国在RISC-V生态系统建设上正式迈出了坚实的一步。
EDN电子技术设计：请分别从技术和商业的角度，分析RISC-V相对于ARM架构的优势和劣势。
胡振波：
优势非常明显，RISC-V是一种开放的架构，从 历史 的经验来看，开放的生态一定会比封闭的好。RISC-V技术是后发技术，所以能够总结前人的经验教训，做到相对简洁和干净。
但是，劣势也很明显，由于RISC-V诞生时间太短，相关的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）以及其它生态要素还在发展。目前RISC-V具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境，这是RISC-V的巨大优势，但是开源版本相比ARM的商用编译器和IDE而言，还颇有差距。
RISC-V必须依靠强有力的商业玩家来长期支持和推进，方能得到持续发展。目前从全世界范围来看，在RISC-V技术阵营中，台湾的Andes公司（晶心 科技 ）开发的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）是最为完善和先进的，几乎可以和ARM的工具相媲美。另外，还有很多RISC-V的新创公司（譬如芯来 科技 ），也会 探索 新的商业模式。
EDN电子技术设计：哪些市场应用和产品将会成为RISC-V架构快速发展的驱动力？
胡振波：
从技术的角度来讲，RISC-V架构理论上是能够实现从低功耗处理器内核到支持Linux *** 作系统的高性能处理器内核的全方位产品。譬如，目前美国的SiFive公司以及台湾地区专业处理器IP公司Andes（晶心 科技 ）都推出了有竞争力的、支持Linux的RISC-V处理器内核。芯来 科技 目前提供面向低功耗领域的RISC-V处理器内核。
处理器领域的生态建设需要一定的时间，短期内比较容易落地的是物联网和边缘计算领域：
• 由于RISC-V拥有精简、低功耗、模块化、可扩展等技术优势，因此尤其适合对生态依赖比较小的封闭或半封闭产品、深嵌入式或新兴的物联网、包含嵌入式人工智能等应用的边缘计算领域及需要定制化的场景。
• RISC-V能够为物联网行业带来显著的灵活性和成本优势，在未来的20年，物联网和边缘计算领域的处理器内核年出货量预计会达到万亿颗的规模。中国大陆由于拥有几乎全球最大的市场空间，理论上RISC-V会大有可为。
EDN电子技术设计：RISC-V对中国半导体产业的发展会带来哪些影响？
胡振波：
从长远来看，RISC-V对中国半导体产业会产生划时代的意义，主要体现在以下5个方面：
• 通过RISC-V架构摆脱国外的垄断，实现处理器内核的国产自主。这种处理器内核不是闭门造车做出来的，而是拥有全世界认可的主流架构和主流生态。
• 通过RISC-V可以极大地加强我国处理器IP话语权。IP产业处于行业最上游，远离其它产业，并没有得到产业和国家的重视。RISC-V给了中国IP产业机会，虽然目前我国在RISC-V上仍然落后，但相对于其它IP技术，落后并不太远。
• RISC-V可以推动创新和差异化。由于RISC-V的开放、简洁、可扩展以及低成本，可以给终端应用市场带来巨大创新。
• RISC-V可以明显降低芯片研发成本。RISC-V的产业链日趋完善，从处理器内核到硬件设计、 *** 作系统、开发工具、基准测试以及解决方案，全产业链具备完整性，使得行业可以均摊一切成本。
RISC-V的逐渐普及在一定程度上促进了行业本土化的发展，创造了更多行业机会，为产业界和学术界积累大量CPU人才。
EDN电子技术设计：您认为哪些因素会妨碍中国IC设计公司采用RISC-V架构？
胡振波：
以下三个主要因素会起到妨碍作用：
首先，ARM在中国影响力巨大。在芯片处理器内核方面，由于中国长期缺乏自主的通用处理器内核，几乎都是购买国外的ARM处理器内核，形成了习惯。对于RISC-V这样一种新架构的出现，很长一段时间内人们持怀疑态度。ARM在中国还成立了合资公司（全球唯一的国家），所以ARM在中国市场尤其显得强势，这使RISC-V在中国的传播相比别的国家显得非常缓慢。
其次，RISC-V被误导为免费。RISC-V架构是一种Free的指令集架构，准确地说Free应该理解为“自由“而不是“免费”，指令集架构也不是一款具体的处理器内核。大多数人对于处理器的一些基本概念并不了解，将RISC-V与“一款免费开源的处理器“划上等号，而免费往往是劣质的代名词。这种误导严重影响了RISC-V在中国的正常传播和发展。
最后，RISC-V还被误导为一种全新的设计语言和流程。虽然目前很多开源的RISC-V内核使用的是全新的设计语言和流程，但并不代表RISC-V处理器内核就等价于全新的设计语言和流程。全新的设计语言和流程带来的不确定性和质量隐忧会让IC设计公司（尤其是国内公司）感到排斥和不安，这种误导也会影响RISC-V处理器内核在国内的采纳和传播。其实RISC-V只是一种全新的处理器架构（以及衍生出的新生态），无关乎设计语言和流程。使用工业级成熟、稳健的设计方法更能设计出稳健可靠的RISC-V处理器内核，如芯来 科技 、台湾Andes公司（晶心 科技 ）以及其它一些公司使用工业级成熟、稳健的设计方法设计出的RISC-V处理器内核。
EDN电子技术设计：您专门写了一本设计RISC-V处理器的书，请为有志于从事RISC-V架构设计的IC设计工程师和高校学生提几点建议和心得体会。
胡振波：
我认为目前学习RISC-V架构正当时，因为：
RISC-V的开放性使得任何公司与个人均可依据开放的RISC-V架构设计自己所需的处理器。很多科研机构开始使用RISC-V开发处理器，独立的RISC-V处理器IP公司开始出现，一些实力雄厚的巨头（如NVIDIA、三星等）开始使用RISC-V架构开发其自有的处理器内核，可以说是旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家。因此，掌握RISC-V架构，会变成一种通用技能，对科研、学习和就业大有裨益。
当前国内CPU产业热潮方兴未艾，x86、ARM、MIPS等传统商用处理器架构在国内呈全面开花之势。龙芯、兆芯、飞腾等资深专业CPU公司在不断突破；华为、展讯等一线大公司也相继开始研发自主的处理器内核；海光、华芯通等新锐纷纷摩拳擦掌。开放的RISC-V架构的诞生，更是为此番繁华增添了精彩。同时，各种人工智能AI处理器也采用RISC-V作为核心，RISC-V的相关知识完全能够应用于AI处理器芯片领域。
综上所述，我认为学习RISC-V正当时。
但是，计算机体系结构相关书籍往往不利于初学者入门，尤其是RISC-V诞生时间太短，全英文版的指令集手册专业性强，晦涩难懂，非常不利于国内用户学习上手。另外很多对RISC-V感兴趣的初学者基本背景知识比较薄弱，需要补足。
为了促进RISC-V在国内的普及，尤其是被广大初学爱好者接受，我撰写了国内第一本关于RISC-V处理器的通俗书籍《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》，详细介绍了相关的基础背景知识，系统通俗地讲述了RISC-V的前世今生，还配套了自己开发的开源蜂鸟E203处理器内核。
目前有关如何使用RISC-V的嵌入式软件开发方面的中文资料仍然欠缺，我撰写的另一本新书《RISC-V架构与嵌入式开发快速入门》也即将上市，相信会在某种程度上缓解这一问题。
EDN电子技术设计：您创立芯来 科技 公司专门开发RISC-V内核，请谈一下公司的商业模式和愿景。
胡振波：
芯来 科技 （Nuclei System Technology Co, Ltd）作为中国大陆本土唯一专注于RISC-V处理器内核开发的公司，是RISC-V基金会银级会员，中国RISC-V产业联盟副理事长单位。
在商业模式上，主要是传统的处理器IP授权模式和面向垂直领域的深度定制模式，同时还在进行一些全新的商业模式 探索 。
我们有两个愿景：一方面，IoT和边缘计算领域的处理器内核IP年出货量会达到万亿颗。如此巨大的市场，我们希望至少这个市场的一部分属于我们本土公司，从而让大多数本土芯片公司用上国产的RISC-V处理器内核。另一方面，目前国内的RISC-V技术力量非常薄弱，希望芯来 科技 能够为RISC-V阵营做出我们中国人应该做出的贡献。
EDN电子技术设计：除了RISC-V内核外，要开发出商用的RISC-V处理器还需要哪些开发工具和环境？
胡振波：
处理器是软硬件的交汇点，所以必须有完善的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE），处理器内核才能够被用户顺利使用起来。
目前RISC-V具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE），这是RISC-V的巨大优势，但是开源版本相比ARM等传统架构的编译器和IDE而言，还颇有差距。
除了开源版本之外，还有专业公司提供的专业版本。目前从全世界范围来看，在RISC-V技术阵营中，台湾的Andes公司（晶心 科技 ）开发的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）最为完善和先进，几乎可以和ARM的工具相媲美，这一点也值得我们去学习。
延伸阅读：
RISC-V真的是中国芯片实现自主、可控、创新和繁荣的希望吗？
RISC-V架构短时间内很难挑战ARM和英特尔，未来还是有很大可能性的，比如当初谁能想象华为海思有挑战高通、苹果的能力呢？在这之前，我们要明确的知道，我们到底在谈论什么？RISC-V指的是RISC系列指令集的第五代产品，对应的是ARM指令集、英特尔的X86（含64位）指令集。下图是为了更好的帮助我们理解指令集。
指令集存储在CPU内部，引导CPU进行运算，并帮助CPU更高效运行，介于软件和底层硬件之间的一套程序指令合集。可以理解为是CPU的大脑。CPU主要有两大指令集复杂指令集架构，包含X86。精简指令集架构，包含ARM、MIPS和RISC-V。复杂指令集架构和精简指令集架构有什么区别呢？举个例子：命令一个人吃饭，那么我们应该怎么命令呢？直接对他下达“吃饭”的命令，或者命令他“先拿勺子，然后舀起一勺饭，然后张嘴，然后送到嘴里，最后咽下去”。从这里可以看到，对于命令别人做事这样一件事情，不同的人有不同的理解。
有人认为先给接受命令的人足够的训练，让他掌握各种复杂技能（在硬件中实现对应的复杂功能），那么以后就可以用非常简单的命令让他去做很复杂的事情——比如只要说一句“吃饭”，他就会吃饭。有人认为这样会让事情变得太复杂，毕竟接受命令的人要做的事情很复杂，如果你这时候想让他吃菜怎么办？难道继续训练他吃菜的方法？我们为什么不可以把事情分为许多非常基本的步骤，这样只需要接受命令的人懂得很少的基本技能，就可以完成同样的工作，无非是下达命令的人稍微累一点——比如现在我要他吃菜，只需要把刚刚吃饭命令里的“舀起一勺饭”改成“舀起一勺菜”，问题就解决了，多么简单。这就是“复杂指令集”和“精简指令集”的逻辑区别。
X86、ARM、RSIC-V这三种架构的主要应用方向：
X86：传统PC市场的主流，善于处理大数据，IP掌握在英特尔和AMD手中；ARM：移动（手机）市场，处理快数据为主，目前也使用在便携笔记本中，IP大部分掌握在ARM公司；RISC-V：当需要同时兼顾数据传输速度与传输量时，X86、ARM架构的胜任能力有限，RISC-C表现出了较强的优势。
RISC-V的优势RISC-V是全面开源免费的，允许任何用户自由修改、扩展，而ARM需要支付高昂的IP费用才可以使用。
RISC-V最大的特性在于“精简”，X86和ARM的架构篇幅动辄几百数千页，RISC-V的规范文档仅有145页，且“特权架构文档”的篇幅也仅有91页。RISC-V的基本指令数目仅40多条，加上其他的模块化扩展指令，总共也只有几十条指令。
RISC-V将不同的部分以模块化的方式组织在一起，并试图通过统一的架构来满足各种不同的应用场景，这种模块化是X86和ARM架构所不具备的。
RISC-V也可用于手机、服务器，但它的优势在于即将登场的物联网时代RISC-V作为新兴架构，以其精简的体量，或许在未来的IOT领域中能取得绝对的优势。IOT领域对AI芯片既要求高计算能力，又要求低延迟，同时芯片的成本要低。RISC-V就是站在未来的这个风口上，但能不能飞得起来还是一个未知数。
RISC-V也并不是没有对手，MIPS也属于精简指令集架构，它们有很多的相似的地方。另外英特尔、ARM、AMD等巨头都已经看到了下一场的盛宴是物联网，都已经纷纷提前布局物联网。又有谁能预测到未来会不会半路再杀出个程咬金来呢？以上个人浅见，欢迎批评指正。认同我的看法，请点个赞再走，感谢！喜欢我的，请关注我，再次感谢！
要想成为系统的的物联网工程师需要系统学习。由浅入深地对嵌入式物联网技术以及Linux平台全面掌握，能够独立胜任物联网开发、嵌入式Linux应用开发、5G周边产品开发、底层系统开发、设备驱动开发、从终端到云技术开发以及Linux衍生产品等多方面工作。可以更加系统的了解嵌入式物联网相关行业知识。具体所学知识包括：
1嵌入式C语言高级编程及行业应用
2各常用数据结构与算法相关知识，以及面向接口的编程
3GUI图形库应用开发技术
4Linux *** 作系统使用
5Linux系统编程
6Linux系统网络编程
7Linux网络路由及数据交换技术
8嵌入式数据库
9嵌入式C++语言编程，以及面向模板库的应用开发
10OpenCV、OpenGL等图像处理
11AI模型训练及场景定位识别应用
12RFID场景应用
13zigbee低功耗网络技术
14Bluebooth组网技术
15MQTT云平台搭建技术
16NB-IOT各大云平台通信技术
17基于5G技术的嵌入式物联网行业应用
18ARM体系结构
19Bootloader启动过程
20常见Bootloader源码及平台移植
21嵌入式Linux内核裁减以及移植
22嵌入式Linux平台搭建技术及技巧
23Android ROM包制作流程
24Android底层驱动开发
25嵌入式从8位到64位硬件底层开发
26嵌入式Linux设备驱动移植以及开发
如果有机会通过十个左右的大项目实践，掌握物联网+嵌入式实际项目案例开发流程，提高研发技能。
Arm在嵌入式装置处理器提供客制化指令集设计，或许也是因应近年来RISC-V开放架构设计处理器越来越受市场关注，甚至欧盟单位更计画借由RISC-V架构设计打造各类处理器产品，借此提升欧洲地区在半导体应用发展竞争力。
稍早于美国圣荷西举办的ArmTechCon2019活动中，Arm除了透露目前全球累积出货量已经超过1500亿组，同时由执行长SimonSegars再次强调计画在2023年前恢复上市，更宣布针对嵌入式装置处理器提供客制化指令集设计，同时也将以全新Mbed作业系统加快与合作伙伴在物联网应用成长，此外更宣布将与通用汽车、Toyota、DENSO、大陆集团、Bosch、恩智浦与NVIDIA在内厂商合作成立自驾车辆运算协会(AVCC)，借此推动未来的自动驾驶技术发展。
而针对嵌入式装置处理器设计提供客制化指令集，意味合作伙伴将可在无需额外支付授权费用之下，即可由Arm协助进行客制化修改，借此在市场做出差异化发展，同时也因为是由Arm提供客制化设计服务，因此并不会有软体、指令集相容问题，并且建立在新版Armv8-M指令集架构之后设计，将能使用更多新技术应用。
在此之前，Arm其实已经提供合作伙伴半客制化的处理器设计方案，例如目前Qualm已经借此打造多款半客制化的处理器产品，同时也获得不少市场支持成效，甚至能在每年以更快效率推出新款处理器，并且加入全新技术应用。
不过，此次在嵌入式装置处理器提供客制化指令集设计，或许也是因应近年来RISC-V开放架构设计处理器越来越受市场关注，甚至欧盟单位更计画借由RISC-V架构设计打造各类处理器产品，借此提升欧洲地区在半导体应用发展竞争力。
因此为了维持本身市场优势，Arm也必须持续维持更多发展d性，借此吸引更多合作伙伴持续采用旗下设计方案，避免全面转向采用RISC-V架构设计发展。
除了宣布在嵌入式装置处理器提供客制化指令集设计，Arm在此次活动更宣布透过全新Mbed作业系统加快更多物联网应用成长，并且与亚德诺半导体(AnalogDevices)、赛普拉斯半导体(Cypress)、MaximIntegrated、新唐科技(Nuvoton)、恩智浦(NXP)、瑞萨电子(Renesas)、瑞昱半导体(Realtek)、三星(Samsung)、芯科科技(SiliconLabs)，以及u-blox产品工作群在内合作伙伴维持深度整合，确保接下来的物联网应用成长动能。
另外，此次与通用汽车、Toyota、DENSO、大陆集团、Bosch、恩智浦与NVIDIA在内厂商合作成立自驾车辆运算协会，更计画进一步推动未来自驾车应用发展。
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