RISC-V : de l'expérience universitaire au silicium de niveau entreprise — ce que l'ISA open source signifie pour l'industrie des puces

En 2010, une équipe de l'UC Berkeley s'est lancée dans la conception d'un jeu d'instructions qu'elle pourrait utiliser dans le cadre de la recherche académique sans avoir à naviguer parmi les complexités de licences d'ARM ou de x86. Le résultat fut RISC-V — prononcé « risk five » — une ISA propre et minimaliste publiée dans le domaine public. Seize ans plus tard, RISC-V International compte plus de 4 000 organisations membres, l'architecture est ratifiée pour tout ce qui va des microcontrôleurs embarqués au calcul haute performance, et elle est devenue un point focal dans la géopolitique de l'indépendance des semi-conducteurs.

Ce qu'est réellement RISC-V

Une ISA définit l'interface entre le matériel et le logiciel : l'ensemble des instructions qu'un processeur comprend, l'organisation des registres, le modèle mémoire. Le x86 d'Intel et l'ARM d'ARM Holdings sont les ISA dominantes, respectivement pour les serveurs/PC et pour le mobile/l'embarqué. Toutes deux sont propriétaires. L'utilisation d'ARM nécessite une licence auprès d'ARM Holdings ; cette licence coûte de l'argent et s'accompagne de restrictions d'usage. RISC-V n'a pas de propriétaire. N'importe qui peut l'implémenter, le modifier et commercialiser des produits basés sur celui-ci sans verser de redevances ni demander d'autorisation.

RISC-V n'est pas une puce. C'est une spécification — un document décrivant quelles instructions un processeur doit prendre en charge. Le jeu d'instructions entier de base (RV32I ou RV64I pour 32 bits et 64 bits respectivement) est volontairement minimal. Des extensions ajoutent le calcul en virgule flottante (F, D), les opérations atomiques (A), les instructions compressées (C), le traitement vectoriel (V), et bien d'autres. Un processeur implémentant le RV64GC — la configuration la plus courante pour les processeurs applicatifs — prend en charge le jeu de base ainsi que les extensions à usage général et les instructions compressées.

Où RISC-V est déjà déployé

L'ampleur du déploiement est plus vaste que la plupart des gens ne l'imaginent. L'ESP32-C3 d'Espressif, une puce WiFi et Bluetooth utilisée dans d'innombrables appareils IoT et produits électroniques grand public, embarque un processeur RISC-V monocœur. La puce coûte environ 1 $ en volume et est expédiée à plusieurs centaines de millions d'unités par an. Western Digital utilise des cœurs RISC-V personnalisés dans les contrôleurs de ses SSD et disques durs — un déploiement représentant bien plus d'un milliard de cœurs. Les microcontrôleurs de GPU de NVIDIA sont passés de cœurs propriétaires Falcon à RISC-V à partir des cartes de génération Turing en 2018.

Google a ajouté RISC-V comme ABI prise en charge dans Android 13 fin 2023, première étape vers un Android fonctionnant sur des processeurs applicatifs RISC-V. Le noyau Linux prend en charge RISC-V dans la branche principale depuis 2017. GCC, LLVM/Clang et Rust disposent tous de cibles RISC-V matures. L'écosystème des chaînes de compilation, qui était le point faible il y a cinq ans, s'est considérablement renforcé.

Pour du silicium plus puissant, SiFive — une start-up américaine qui conçoit des cœurs RISC-V commerciaux — a produit les familles P870 et X280, ciblant le calcul en périphérie et, à terme, des charges de travail serveurs d'entrée de gamme. La division T-Head d'Alibaba a open-sourcé son cœur XuanTie C910 en 2021, une implémentation RISC-V 64 bits haute performance qu'Alibaba utilise en interne et sous licence en externe. Plusieurs ordinateurs monocarte RISC-V — le StarFive VisionFive 2, le Milk-V Pioneer — font désormais tourner des environnements de bureau Linux complets.

L'accélérateur géopolitique

La courbe d'adoption de RISC-V s'est fortement accentuée après 2020, lorsque les contrôles à l'exportation américains ont commencé à restreindre les exportations de technologies semi-conductrices vers la Chine. ARM Holdings, entreprise britannique mais intégrant des technologies conçues aux États-Unis dans ses cœurs, faisait face à l'incertitude quant à la possibilité de maintenir ses licences avec les entreprises chinoises. Huawei, en particulier, a accéléré ses investissements dans des alternatives RISC-V après que les États-Unis l'ont effectivement empêchée d'utiliser les cœurs les plus avancés d'ARM.

La Chine représente désormais une part significative de l'activité mondiale de développement RISC-V. T-Head d'Alibaba, l'ISCAS (Institut de technologie informatique de l'Académie chinoise des sciences), StarFive et des dizaines d'entreprises plus petites expédient du silicium RISC-V. Le gouvernement chinois a intégré le développement de RISC-V dans ses plans d'autosuffisance en semi-conducteurs. La nature ouverte de RISC-V signifie que les contrôles à l'exportation américains ne peuvent pas bloquer l'accès à la spécification de l'ISA elle-même — seulement à des implémentations spécifiques ou à des composants de chaînes de compilation provenant d'entreprises américaines.

Cela a créé une dynamique intéressante : RISC-V International, qui gouverne la spécification, compte des membres tant aux États-Unis qu'en Chine. La spécification est développée de manière collaborative. Les implémentations concurrentes, elles, sont distinctes.

L'extension vectorielle et les charges de travail IA

L'extension V (vectorielle) de RISC-V a été ratifiée en 2021 et est désormais prise en charge matériellement par plusieurs processeurs, dont le T-Head C910 et le X280 de SiFive. Le traitement vectoriel permet un parallélisme de type SIMD pour des opérations comme la multiplication matricielle — le calcul fondamental dans l'inférence de réseaux de neurones. Cela rend RISC-V pertinent pour les accélérateurs IA en périphérie, qui constituent un marché en forte croissance.

Plusieurs start-ups développent des puces d'inférence IA basées sur des cœurs vectoriels RISC-V, précisément parce que l'ISA ouverte leur donne un contrôle total sur le mix d'instructions sans contraintes de licence. Pour du silicium personnalisé conçu pour une architecture de modèle spécifique, cette flexibilité est déterminante.

Là où des lacunes subsistent

Les serveurs et les ordinateurs portables sont les deux marchés sur lesquels RISC-V n'a pas encore démontré de performances compétitives à grande échelle. Les processeurs applicatifs RISC-V les plus rapides en 2026 sont globalement comparables aux puces ARM Cortex-A55 de milieu de gamme d'il y a plusieurs années — suffisants pour l'embarqué et des charges de travail périphériques d'entrée de gamme, mais pas compétitifs face à Apple Silicon, AMD Zen 5, ni même l'ARM Cortex-X4. Cet écart s'explique en partie par le fait que les processeurs ARM et x86 bénéficient de décennies d'optimisation microarchitecturale, de budgets de R&D colossaux et d'une fabrication sur les nœuds de processus les plus avancés.

La fragmentation de l'écosystème est une préoccupation structurelle. L'extensibilité de RISC-V — la fonctionnalité qui fait sa flexibilité — signifie aussi que différentes puces peuvent implémenter différentes extensions, rendant plus difficile l'écriture de logiciels fonctionnant bien partout. ARM a résolu ce problème en maintenant un contrôle strict de ses profils ; l'ouverture de RISC-V implique qu'il existe davantage de variations dans ce que « RISC-V » signifie en pratique.

Le projet RISC-V Software Ecosystem (RISE), lancé en 2023 avec le soutien de Google, Intel, Qualcomm et d'autres, travaille à coordonner le développement de la pile logicielle et à prévenir la fragmentation. L'efficacité de cette initiative déterminera dans une large mesure si RISC-V pourra accéder aux marchés de la haute performance ou restera principalement solide dans les applications embarquées et IoT, où les exigences de compatibilité sont plus restreintes.

La trajectoire est clairement ascendante. RISC-V ne déplace pas ARM ni x86 à court terme — ces architectures disposent de trop d'avance en termes de performances, de profondeur d'écosystème et d'investissements industriels. Ce qu'il fait en revanche, c'est conquérir un espace large et croissant sur les marchés de l'embarqué, de l'IoT et du calcul en périphérie, tout en construisant les prérequis d'écosystème nécessaires à une future poussée vers le calcul haute performance. L'industrie des puces observe attentivement.