8月28日，由芯原股份主辦的“第三屆滴水湖中國RISC-V產(chǎn)業(yè)論壇”在上海滴水湖洲際酒店召開。芯科集成電路（蘇州）有限公司（以下簡稱“芯科集成”）正式發(fā)布了基于RISC-V架構(gòu)的高性能車規(guī)級MCU——CX3288。


車規(guī)級MCU國產(chǎn)替代率僅1%

近年來，在汽車電氣化、網(wǎng)聯(lián)化、智能化趨勢之下，汽車對于MCU的需求高速增長。比如傳統(tǒng)燃油豪華車單車的MCU用量大概100顆左右，但是智能電動汽車單車的MCU用量則大幅增長至300顆左右。特別是在2020底全球芯片產(chǎn)能緊缺之后，隨著智能汽車的銷量的快速增長，引發(fā)了整個汽車產(chǎn)業(yè)的嚴(yán)重“缺芯”。2021年初，眾多的歐美汽車大廠由于車用MCU的緊缺，甚至還通過歐美政府向晶圓代工大廠臺積電施壓，要求其提升車用MCU的產(chǎn)能。

根據(jù)ICInsights數(shù)據(jù)，全球MCU市場規(guī)模在經(jīng)歷2020年下降后，隨著2021年全球經(jīng)濟(jì)復(fù)蘇達(dá)到196億美元，預(yù)計2022年將會繼續(xù)保持增長趨勢，達(dá)到215億美元，同時，ICInsights預(yù)測從2021年到2026年，全球MCU市場規(guī)模的復(fù)合增長率約為6.7%，在2026年達(dá)到272億美元。其中，2021年全球車規(guī)級MCU市場規(guī)模為76億美元，預(yù)計到2025年全球車規(guī)級MCU市場規(guī)模超過110億美元。

但是在目前的MCU市場，主要被NXP、Microchip、瑞薩電子、意法半導(dǎo)體、英飛凌所占據(jù)，這五家MCU廠商占據(jù)了2021年全球MCU銷售額的82.1%份額。這些廠商同樣也是全球車規(guī)級MCU的主要供應(yīng)商。相比之下，國內(nèi)芯片廠商在車規(guī)級MCU領(lǐng)域仍非常的薄弱。

據(jù)芯科集成聯(lián)合創(chuàng)始人、資深技術(shù)市場總監(jiān)王超介紹：“按照一些專業(yè)的評估機構(gòu)，國產(chǎn)車規(guī)級MCU在國內(nèi)市場占有率應(yīng)該是有3%-5%。但是按照我們跟客戶實際去溝通，比如南方某大小OEM/主機廠，雖然其研發(fā)能力也很強，什么樣的國產(chǎn)MCU都愿意去測試，但是實際上國產(chǎn)替代率也就1%左右。從一個角度來看，不管是從存量市場還是從增量市場來說，對于國內(nèi)的車規(guī)級MCU廠商來說，存在著巨大的替代增長空間。”


RISC-V將是新的突破口？

那么，為何國產(chǎn)車規(guī)級MCU領(lǐng)域如此薄弱？

首先，國內(nèi)廠商之前很多都沒有做過車規(guī)級MCU，在這塊缺乏成功經(jīng)驗。因為，車規(guī)級MCU相比非車規(guī)MCU有著很大的不同。

比如，芯片在運行當(dāng)中遇到了隨機失效或者系統(tǒng)失效的時候，系統(tǒng)怎么去處理、避免長時間的一些“死機”，能夠盡快做到合適的反應(yīng)，這是功能安全最核心的一個內(nèi)容。芯片廠商需要符合ISO26262 ASIL標(biāo)準(zhǔn)要求。

在信息安全方面，隨著汽車傳感器、ECU越來越多，軟代碼越來越多，以及聯(lián)網(wǎng)化，將不可避免的帶來各種各樣的信息安全風(fēng)險。所以芯片廠商在信息安全方面，也需要滿足HSE和 Evita Medium HSM的要求。

同時，隨著智能汽車技術(shù)的持續(xù)升級，軟件復(fù)雜度也在日益增加。比如L3~L5級自動駕駛，代碼行數(shù)預(yù)計將達(dá)到3億~5億行。因此，汽車芯片的嵌入式開發(fā)工具也需要符合AUTOSAR 架構(gòu)要求的MCAL（MCAL處于AUTOSAR架構(gòu)的最底層，和具體的芯片強綁定，且不同的芯片使用不同的MCAL配置工具）。

嚴(yán)格的安全、可靠性準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)為汽車MCU樹立了較高的技術(shù)和準(zhǔn)入壁壘。汽車MCU作為控制器件的核心芯片，需在復(fù)雜運行環(huán)境里（包括高溫、低溫、不同濕度等）安全運行15年＋，可靠性要求逼近0PPM（0PPM，每百萬零缺陷）。此外，在車規(guī)標(biāo)準(zhǔn)下，須從設(shè)計、制造、封裝、測試到量產(chǎn)后層層設(shè)計、 層層嚴(yán)控。車載用MCU產(chǎn)品在獲得 AEC-Q100、ISO26262等標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證后，仍需較長時間的整車廠、Tier1 的驗證和導(dǎo)入時間。這些對于希望進(jìn)入汽車市場的國產(chǎn)MCU廠商來說都是巨大考驗。

其次，相對于ARM Cortex內(nèi)核壟斷消費電子市場，x86壟斷PC市場，汽車MCU市場的內(nèi)核架構(gòu)則比較多元。目前國外的車規(guī)級MCU大廠的內(nèi)核架構(gòu)基本都是基于私有架構(gòu)（比如英飛凌、Microchip、德州儀器、瑞薩等）或者是Arm架構(gòu)（比如恩智浦、英飛凌、Microchip），但是這些老牌廠商經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)建立起來自己強大的生態(tài)體系。這也意味著國產(chǎn)廠商如果想要沿著他們原有的路線來追趕，必然會比較吃力。

但是，隨著全新開源的RISC-V架構(gòu)的興起，則給了更具自主可控特性的國產(chǎn)汽車MCU芯片廠商一個新的切入點。

雖然Arm架構(gòu)和廠家自研架構(gòu)目前占據(jù)車載娛樂/車身/底盤等應(yīng)用的絕大部分份額。但是RISC-V兼具開源和通用優(yōu)勢，近幾年已經(jīng)成為主流廠商布局的重點方向。比如瑞薩電子也開辟了全新的RISC-V MCU產(chǎn)品線。

另外，國內(nèi)MCU廠商很多之前都還是在做8位MCU和16位MCU。但是隨著汽車邁向“三化”對MCU的規(guī)格要求進(jìn)一步提升。32位MCU廣泛應(yīng)用于儀表板控制、車身控制、 多媒體信息系統(tǒng)、引擎控制，以及新興的智能性和實時性的安全系統(tǒng)及動力系統(tǒng)、 ADAS 等領(lǐng)域。

數(shù)據(jù)顯示，在2021年汽車MCU市場32位MCU占比已經(jīng)達(dá)到了70%，預(yù)計到2026年市占率將達(dá)到74.02%。所以從這個市場來看，對于32位的RISC-V MCU來說是很好的一個機會，將有著數(shù)十億美元的替代空間。

王超表示：“目前國內(nèi)外主要MCU/MPU公司均開始在RISC-V方向布局。覆蓋領(lǐng)域有協(xié)處理器、物聯(lián)網(wǎng)、邊緣AI、通用MCU等，并積極向車規(guī)處理器、多核高效能計算等領(lǐng)域推進(jìn)。得益于在價格、性能、靈活性、自主可控等方面的優(yōu)勢，也促使了RISC-V在汽規(guī)級MCU市場與Arm等其他架構(gòu)MCU分享市場的格局已形成。

值得注意的是，近幾年來，國內(nèi)新興的車規(guī)級MCU廠商很多都不約而同的選擇了RISC-V架構(gòu)來做自己的車規(guī)級MCU，比如云途半導(dǎo)體、武漢二進(jìn)制、國芯科技以及芯科集成。


中國RISC-V產(chǎn)業(yè)發(fā)展的三大關(guān)鍵問題

新的發(fā)展產(chǎn)生新的問題，飛速發(fā)展的RISC-V，如何解決軟件生態(tài)、專利保護(hù)和人才培養(yǎng)三大關(guān)鍵問題？


加入RISE組織或建立本土軟件生態(tài)項目

“RISC-V開放的硬件平臺，是為了打造RISC-V開源的軟件生態(tài)。問題在于有了RISC-V開發(fā)板，雖然容易開源，但各寫各的軟件就容易出現(xiàn)重復(fù)投入，”中國RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟理事長、芯原股份創(chuàng)始人、董事長兼總裁戴偉民博士在此次論壇上說道。

十幾年前，Arm與其他Arm SoC公司共同成立了非盈利開源組織Linaro，定期討論需要成立什么項目，實現(xiàn)什么功能，然后分配到各個項目中執(zhí)行，項目由Linaro的開發(fā)人員和成員公司的開發(fā)者組成，根據(jù)項目要求完成相應(yīng)的開發(fā)，然后上傳到Linaro自己維護(hù)的分支或者開源分支中。

Linaro的開發(fā)成果基本開源，最后成功為Arm的開源生態(tài)做出貢獻(xiàn)。

仿照Linaro，近期由13家企業(yè)發(fā)起了RISE（RISC-V Software Ecosystem）項目，以此推動RISC-V軟件生態(tài)的發(fā)展。

對于中國RISC-V企業(yè)而言，是否需要加入RISE完善軟件生態(tài)？

經(jīng)過激烈的圓桌討論，參與圓桌會議的嘉賓得出了比較一致的結(jié)論：

由國際巨頭牽頭的RISE確實能夠引領(lǐng)軟件生態(tài)，但組織者有自己的核心圈，任意一家中國企業(yè)倘若只是作為單個成員加入，提出的建議很難被重視采納，中國RISC-V企業(yè)應(yīng)該先聯(lián)合成立自己的區(qū)域性組織，先小范圍討論，再派出有一定影響力的成員作為代表加入RISE，更有利于中國RISC-V產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，更加高效。


像Linux那樣保護(hù)專利

RISC-V勢頭兇猛，當(dāng)x86和Arm倍感威脅時，專利問題將成為RISC-V企業(yè)不得不面臨的問題，如果其他CPU IP公司發(fā)起有關(guān)CPU微架構(gòu)的專利訴訟， RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)的健康發(fā)展將受到阻礙。

2004年，微軟將開源操作系統(tǒng)Linux視為嚴(yán)重的競爭威脅，并實施專利政策，利用4500專利打壓Linux。

2005年，IBM、Red Hat、NEC、SUSE、PHILIPS、SONY聯(lián)合成立了開放發(fā)明網(wǎng)絡(luò)OIN（Open Invention Network），作為共享的防御性專利池，用以保護(hù)Linux及其相關(guān)的開源項目。

直到2018年，微軟終于結(jié)束與Linux競爭，并加入OIN擁抱開源，并免費許可其全部專利組合給OIN成員，包括6萬專利。

今天，RISC-V需要吸取Linux的經(jīng)驗，建立自己的專利聯(lián)盟。

此次滴水湖論壇上，芯原微電子、芯來智融半導(dǎo)體、平頭哥、時擎智能、上海思爾芯、鉅泉光電、芯思原與上海恒銳知識產(chǎn)權(quán)服務(wù)有限公司共同啟動成立RISC-V專利聯(lián)盟，這一聯(lián)盟由RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（CRVIC）發(fā)起，并正在號召邀請更多RISC-V企業(yè)加入。

在高校競賽中普及RISC-V

Arm能夠在中國市場上扎根，與高校的緊密合作發(fā)揮了重要作用，培養(yǎng)RISC-V人才是否也需要像Arm那樣使用開發(fā)板教學(xué)？

浙江海洋大學(xué)實驗室主任陳宏銘博士表示，單純研發(fā)RISC-V開發(fā)課程不容易激發(fā)學(xué)生的興趣，培養(yǎng)RISC-V的人才需要讓學(xué)生參與到競賽中，這樣學(xué)生才愿意花時間研究，真正做到產(chǎn)學(xué)聯(lián)動。

清華大學(xué)集成電路學(xué)院副教授及博士生導(dǎo)師何虎則表示，在培養(yǎng)RISC-V人才時，沒有特別關(guān)注某一產(chǎn)品或系統(tǒng)，而是將RISC—V的開源特性作為研究計算機體系結(jié)構(gòu)的好標(biāo)的。

“最近幾年，我們投入了大量的力量在做基于RISC-V GPGPU的設(shè)計，完全實現(xiàn)一個在RISC-V指令集基礎(chǔ)上的GP-GPU指令級架構(gòu)。目前我們正在推動成立一個開源的社區(qū)，然后能夠吸引廣大的用戶來參加。”何虎說道

在產(chǎn)學(xué)研共建下，RISC-V越來越有能力與Arm和x86抗衡，迎接我們的，將是全新的架構(gòu)時代嗎？