近來開源架構(gòu)這話題著實(shí)挺火,，尤其是RISC-V，感覺哪兒都有它,。開源架構(gòu)早就不是什么新鮮事兒了,，丫RISC-V又是打哪兒冒出來的,？

同是“開源”，有啥不同,？

說起開源指令集,，Power和SPARC經(jīng)常被人們提起，但Power和SPARC從服務(wù)器和工作站發(fā)展而來,，指令集相對龐大,。去看看Power的指令手冊[1]，900來?xiàng)l指令,，用了18頁才寫完,，需要非常有實(shí)力、財(cái)力和積累的廠商才有機(jī)會實(shí)現(xiàn),。這不明擺著就是打這“開源”的旗號等著你花錢去買“技術(shù)轉(zhuǎn)移”么,？SPARC[2]雖沒有Power那么復(fù)雜，但是體量也不小,。而且這么多年似乎只有Sun/Oracle和少數(shù)幾個廠商在玩,，在去IOE的大背景和Linux等其他開源系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫的強(qiáng)勢發(fā)展下，領(lǐng)地似乎越來越小。上一代SPARCv8標(biāo)準(zhǔn)的開源核心LEON的確在軍工航天領(lǐng)域被廣泛使用,，但在消費(fèi)類領(lǐng)域卻很少被使用,，這值得深思。

開源架構(gòu)每隔幾年就出一新東西,，然后總能帶動起一批國內(nèi)廠商開發(fā)自主創(chuàng)新處理器,，但是這次有點(diǎn)不一樣，不一樣在哪兒呢,？就是這次國內(nèi)的RISC-V參與者們很多都是民營私營企業(yè),，公司的參與程度也一點(diǎn)兒也不比科研院所差，比如很早就加入基金會里的樂鑫,、中天微等,，而不像過去都是國家和地方政府資助的幾個獨(dú)苗。這個事實(shí)的背后必然是深刻的產(chǎn)業(yè)和市場化的商業(yè)行為,。

那RISC-V到底有啥不同呢,？模塊兒化不得不提，最簡單的RV32I只有40條指令,，想功能多點(diǎn)就用其他指令模塊，像拼積木一樣,，用啥拿啥,，要啥有啥，沒啥造啥,。有點(diǎn)能力的大學(xué)生幾個月就能做一個[3],，難度下降了，再配合現(xiàn)成的工具鏈啥的,，很多有能力廠商都根據(jù)自己的需求自己做一個,。當(dāng)然這樣并不意味著RISC-V不能做大型處理器，配合其他指令集模塊,，RISC-V可以支持浮點(diǎn),、向量運(yùn)算、加密等諸多功能,。這就是RISC-V最獨(dú)到的地方：能伸能縮,。

有人說從一個指令集出現(xiàn)到得到成熟廣泛的應(yīng)用，要十幾年,。如果說是實(shí)現(xiàn)一個IBM Power或者SPARC或者x86這樣的指令集的CPU的話,，我覺得你說的沒錯，沒點(diǎn)兒積累的確起不來,。但是RISC-V因?yàn)槟K化,，因?yàn)樽銐蚝唵?，因?yàn)殚_源軟件的成熟,，因?yàn)楹茉缇湍芴峁┩暾纳鷳B(tài),，就真的用短短幾年做出了一些成果。以SiFive為例,，去年發(fā)布的FE310只是個MCU級別的芯片，今年初就已經(jīng)推出了4+1核可以運(yùn)行Linux的SoC。

碎片化還那么重要么,？

很多人就擔(dān)心碎片化這個問題，在看到了過去ARM和MIPS在碎片化上的得與失,，認(rèn)為RISC-V的碎片化問題會更加嚴(yán)重,。的確，過去ARM為了防止碎片化,，嚴(yán)格禁止用戶修改指令集,，這的確一定程度上成就了ARM。但是RISC-V解決的思路并不是嚴(yán)格限制,，像大禹治水一樣,，不是到處壘壩，靠的是疏導(dǎo),。這個體現(xiàn)在以下兩個方面：首先,，前面提到的模塊化指令集，讓廠商在實(shí)現(xiàn)的時候能夠根據(jù)自己的需求選擇標(biāo)準(zhǔn)指令集組合,，廠商完全沒有必要為不兼容付出額外的成本,。其次，指令集里預(yù)留好了大量的定制指令空間,，指令長度從16比特到1024比特理論上都支持,，這些空間就是專門給定制處理器的廠商實(shí)現(xiàn)自己的指令集的。這樣一來,，基本的軟件都能兼容,，遇到定制指令集，廠家提供預(yù)先設(shè)計(jì)好的函數(shù)庫就能在很好地保證效率的同時不失兼容性,?？梢哉f過去ARM/Intel啥都不讓你做，如今有了RISC-V,，妹妹你放心大膽的往前走,。

換個角度說，過去在PC時代,，我們真心得擔(dān)心碎片化帶來的諸多不利影響,。如今，在IoT即將迎來爆發(fā)的時代,，我們需要的是多種多樣的定制化處理器和芯片,，來完成數(shù)據(jù)采集,、低功耗、無線通信等諸多不同的工作任務(wù),。需求越差異化,，開源工具越流行，上層軟件越平臺無關(guān),，指令集碎片化所帶來的影響就越小,。樂鑫并沒有使用ARM指令集標(biāo)準(zhǔn)的CPU，就能做出今天的成績足以證明碎片化帶來的影響早已經(jīng)不是主要矛盾,。這個趨勢是很明顯的,，時代不同了。

指令集設(shè)計(jì)真不是你想的那么簡單

這時候你又說了,，RISC-V架構(gòu)簡單,，面積小功耗低，MIPS不也一樣么,？其實(shí)啊,，在CPU設(shè)計(jì)里，指令集看似是最簡單的,，但其實(shí)想把簡單的事情做好才是最難的,。一方面，RISC-V生的晚,，得算10后,，這就能讓它吸取很多前輩失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，比如寄存器窗口啊,、超長指令字啥的，很多坑都前人都踩過一遍了,。還有,，別看指令集就是那些個寄存器數(shù)量、分支跳轉(zhuǎn)啊,、Load/Store之類的,，可要想設(shè)計(jì)一個又高效，代碼密度又高的指令集可不是那么容易,。但目前為止,，RISC-V這個“學(xué)院派”們做出來的指令集，表現(xiàn)還是很不錯的,。就以很重要的指令密度這個指標(biāo)來講做的和x86_64和ARMv8不相上下[4],。指令集能夠保持高水準(zhǔn)，后面廠商的技術(shù)能力就不會受到限制,，要知道,，自身能力才是關(guān)鍵,。

關(guān)于RISC-V的設(shè)計(jì)水平到底怎樣，David Ditzel應(yīng)該最有話語權(quán),，他曾是早期的SPARC架構(gòu)師,，后創(chuàng)過一公司，叫全美達(dá),。當(dāng)年把Linus和鮑爾默拉一塊兒用RISC架構(gòu)搞了個X86 CPU,，一度讓Intel差點(diǎn)跌落神壇。這哥們兒前幾年評估了RISC-V,，越玩兒越覺得這東西不簡單,，最后的評測的結(jié)果是，和ARM/MIPS/SPARC相比,，毫不遜色[5],。之后他就果斷創(chuàng)業(yè)開搞高性能RISC-V處理器了。

錢的事兒不能不提

說完技術(shù),，就得聊聊錢的事兒了,。盡管這些個年Arm為了走量的確降低了門檻，但其實(shí)費(fèi)用也不低,，Cortex-M0和Cortex-M3盡管可以用幾萬美元就拿到授權(quán),，可是反過來卻要收高昂的版稅，而且還要按照芯片成品價抽,，用M0和M3的芯片多為低成本芯片,，這版稅直接影響利潤啊。過去,，這錢你不交也沒辦法,，因?yàn)槟阋怯靡恍﹤€小眾的CPU，生態(tài)是個大問題,，ARM背后的整個生態(tài)是個重要的背書,。但RISC-V看著很快就要改變這個局面，各大第三方廠商都開始紛紛支持RISC-V,，從商業(yè)指令仿真器到高級調(diào)試跟蹤工具應(yīng)有盡有,。蘋果、高通,、三星這些廠商很早就買了ARM架構(gòu)授權(quán),，但是你會發(fā)現(xiàn)高通和三星很早就加入RISC-V基金會，這些有自研CPU能力的大廠不出5年,，我相信就能夠隨著生態(tài)系統(tǒng)的全面完善而開始推出自己的RISC-V處理器,。

很多人覺得就算架構(gòu)免費(fèi)，但是基于這個架構(gòu)的CPU實(shí)現(xiàn)總是要收錢的吧,。這話一點(diǎn)兒沒錯,，CPU IP廠商針對不同的領(lǐng)域開發(fā)CPU然后賣給有意向的客戶,，然后收取相應(yīng)費(fèi)用。但這是不是說就和Arm這些廠商沒有區(qū)別呢,？其實(shí)不完全是,，以SiFive為例，目前的授權(quán)費(fèi)用是30-50萬美元,，能得到一個類似M4-M7的核心,，但是和ARM的不同的是，只要License Fee,，不收版稅,。但其實(shí)，SiFive CPU Core的基礎(chǔ)Rocket是完全開源的,，盡管和商業(yè)版本有少量區(qū)別,，但是對于有一定技術(shù)能力的公司，基于這個核心定制出自己的核完全沒有問題,。

一個可喜的狀況是,，目前市面上已經(jīng)有大量開源的CPU可供選擇，而且大部分都以非常寬松和商業(yè)友好的許可證發(fā)布[6],。

二次元的入口在哪,？

不論是Intel還是Arm，他們的成功絕不是僅僅因?yàn)榧夹g(shù),。Intel不只是有傲視群雄的Fab和研發(fā)團(tuán)隊(duì),，沒有Wintel聯(lián)盟這些商業(yè)決策它一樣可能完蛋。Arm做了幾十年的低功耗處理器,，可沒有創(chuàng)造性的IP核授權(quán)商業(yè)模式,，也一樣會被打敗。如果說未來會出現(xiàn)下一個在這個領(lǐng)域成功的巨頭,，那么它絕不是照搬Intel和ARM的商業(yè)模式,，一定是因?yàn)樗虡I(yè)模式和技術(shù)進(jìn)步上都取得了顯著的優(yōu)勢才能成功。

記住,，你并不需要“取代”Intel或者ARM，一旦你找到了二次元的入口,，那么在這個新的次元里,，根本就沒有x86和ARM這兩個對象。

過去沒有的”選擇”

多年來的經(jīng)驗(yàn)和事實(shí)以及研究結(jié)果告訴我們,，指令集架構(gòu)和性能的關(guān)系并不大,，Intel那么多年前的x86指令集今年依然能夠做到業(yè)界領(lǐng)先就充分證明了這一點(diǎn)。指令集,，是軟件和硬件的接口,，在兼容性層面來說是重要的一環(huán),；但是從性能來講，越是復(fù)雜和高性能的處理器,，指令集優(yōu)劣所帶來的影響就越小,。如果能夠認(rèn)識到這一點(diǎn)，我們就能夠明白RISC-V并沒有也不需要比x86或者ARM有太多技術(shù)上的創(chuàng)新,，只要給廣大廠商提供了一種選擇就夠了,。什么選擇呢，一個集大成者的指令集,，能夠充分的吸取過去30-40年的技術(shù)進(jìn)步,，并且開放、沒有壁壘,、成本趨于0的指令集,。RISC是上世紀(jì)80年的提出的，相關(guān)研究已經(jīng)無比成熟,。站在如今這個摩爾定律幾近終結(jié)的點(diǎn)上,，我們需要花費(fèi)更多的精力在DSA架構(gòu)和敏捷硬件開發(fā)上，RISC-V在其中扮演的是助攻的角色,。

去翻翻托馬斯·弗里德曼的《世界是平的》這本書吧,，“相信開放，別以為壁壘有多少幫助”,，ARM,、x86、RISC-V仍然會長期共存,，但高墻會被抹平,。

迅速成熟的生態(tài)系統(tǒng)

指令集架構(gòu)并不昂貴，昂貴的是打通上下的生態(tài)系統(tǒng),。OpenRISC面世以來,，因?yàn)樯鷳B(tài)系統(tǒng)上沒有高質(zhì)量的持續(xù)的投入，所以10多年來都沒有進(jìn)入各大工具鏈的主線,。RISC-V看似和OpenRISC很像,，但從2014年發(fā)布這短短的4年里，已經(jīng)相繼被Linux/gcc/glibc/binutils/gdb/qemu等并入官方主線,。RISC-V能夠用僅僅幾年做到OpenRISC十幾年沒做到的,，沒有基金會里各個大廠商齊心協(xié)力和腳踏實(shí)地的推動是不可能做到的?？梢哉f這些大小廠商組成的聯(lián)合團(tuán)隊(duì)各自發(fā)揮所長,，完成了過去IBM和Sun在生態(tài)系統(tǒng)上做到的所有工作，否則生態(tài)環(huán)境不會這么快成熟起來,。

有了生態(tài)系統(tǒng)的飛速進(jìn)展,，眾多廠商都能夠從中得到好處,；活躍的社區(qū)和眾多開源核心，又極大的降低了廠商們的開發(fā)門檻,；廠商的積極參與又能夠繼續(xù)推動生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展,，最終形成正反饋。面對一個門檻相對較低的“活著”的指令集,，配合迅速成熟中的生態(tài)環(huán)境,，對于很多國內(nèi)企業(yè)來說只要你有需求就有理由參與其中。

RISC-V的正確打開方式

在大眾當(dāng)中一個非常普遍的誤區(qū)和思維定勢是,，設(shè)計(jì)或者生產(chǎn)CPU/MCU芯片應(yīng)該是一個公司的主營業(yè)務(wù),，或者說一家用RISC-V的公司一定得是賣CPU/MCU的?？梢哉f,，市場上的確需要設(shè)計(jì)生產(chǎn)用于PC的、手機(jī)的以及嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用的MCU,，而這也的確是RISC-V的打開方式之一,。但是，這只RISC-V是冰山一角,，我們能看到很多企業(yè),，在自身的領(lǐng)域里，通過在自己的產(chǎn)品或者解決方案中嵌入一個RISC-V CPU來降低成本,、提高靈活性,，最終提高自身的競爭力。比如NVidia將自己原來自研的處理器,，換成了兼容RISC-V的處理器,，很快就要進(jìn)入到下一代顯卡中作為內(nèi)部控制核心；CEVA為自己的DSP通信解決方案設(shè)計(jì)了一個用于低功耗的控制處理器,；Rambus前不久剛發(fā)布的解決方案里用一顆RISC-V CPU實(shí)現(xiàn)一個孤立的系統(tǒng)以保護(hù)系統(tǒng)安全,。

前面的幾個例子闡明了RISC-V的另一種重要的打開方式，那就是幫助各個領(lǐng)域的企業(yè)來降低成本,、提高靈活性,，從而提高企業(yè)自身的競爭力，這才是商業(yè)的本質(zhì),。所以,，如果說“問正確的問題”是成功的先決條件的話。那么請問問你自己：”作為一家企業(yè),，你自身的優(yōu)勢是什么,？RISC-V是否有機(jī)會能夠幫助你提高競爭力呢,？”

新時代,，要有新思路,！