微處理器指令集架構(gòu)（Instruction Set Architecture，ISA）是溝通軟硬件運(yùn)算之間的橋梁，是處理器的靈魂,。包括復(fù)雜指令集運(yùn)算（Complex Instruction Set Computing，CISC）,、精簡(jiǎn)指令集運(yùn)算（Reduced Instruction Set Computing，RISC）,、顯式并行指令集運(yùn)算（Explicitly Parallel Instruction Computing,，EPIC）、超長(zhǎng)指令字指令集運(yùn)算（Very Long Instruction Word,，VLIW）四類,。
主流的微處理器指令集架構(gòu)RISC和CISC的對(duì)比
由于ARM（RISC架構(gòu)）和Intel（CISC架構(gòu)）兩大巨頭的壟斷地位、專利限制,、高昂專利費(fèi),，令行業(yè)用戶越來(lái)越不堪重負(fù)；兩大主流架構(gòu)無(wú)論在技術(shù)上,、知識(shí)產(chǎn)權(quán)上還是流程上都愈發(fā)臃腫,、復(fù)雜和緩慢，也在一定程度上限制甚至阻礙了技術(shù)的進(jìn)步和行業(yè)的發(fā)展,。
6月底arm建立了riscv-basics.com 的網(wǎng)站,，以“設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片之前需要考慮的五件事”為主題從從成本、生態(tài)系統(tǒng),、碎片化風(fēng)險(xiǎn),、安全性和設(shè)計(jì)保證方面攻擊RISC-V 攻擊,。不過(guò)RISC-V在7月9日也建立了arm-basics.com 的網(wǎng)站對(duì)arm進(jìn)行反擊。次日,，也就是7月10日,，arm關(guān)閉了攻擊網(wǎng)站，并發(fā)表聲明：“我們最初建立網(wǎng)頁(yè)的目的是列出圍繞RISC-V商業(yè)化產(chǎn)品需要考慮的關(guān)鍵因素,，旨在為激烈的行業(yè)辯論提供信息,。遺憾的是，結(jié)果與我們的初衷不同,，這個(gè)頁(yè)面與arm的協(xié)作文化不一致,，所以我們已經(jīng)將其刪除。事實(shí)上,，我們的許多員工也表示不喜歡這個(gè)網(wǎng)頁(yè),。立即刪除這個(gè)網(wǎng)頁(yè)的是因?yàn)槲覀兘^不希望給人一種攻擊開(kāi)源的印象，因?yàn)槲覀円彩窃S多不同領(lǐng)域開(kāi)源社區(qū)的支持者,?！?/p>
arm與RISC-V的事件只是兩個(gè)精簡(jiǎn)指令集競(jìng)爭(zhēng)的一個(gè)縮影。顧名思義,，RISC-V是RISC的第五個(gè)版本。RISC-V何以會(huì)引得arm如此緊張呢,？
David Patterson教授和RISC指令集
David Andrew Patterson（1947年11月16日出生）是美國(guó)計(jì)算機(jī)先驅(qū)和學(xué)者,，是美國(guó)科學(xué)院、工程院,、藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院三院院士,。自1976年以來(lái)一直擔(dān)任加州大學(xué)伯克利分校計(jì)算機(jī)科學(xué)教授，并在2016年退休后加入谷歌,。他目前還是RISC-V基金會(huì)的董事會(huì)副主席,。
Patterson以其對(duì)RISC處理器設(shè)計(jì)的開(kāi)創(chuàng)性貢獻(xiàn)而聞名，創(chuàng)造了RISC這一術(shù)語(yǔ),，并領(lǐng)導(dǎo)了Berkeley RISC項(xiàng)目,。截至2018年，全球有99%的新芯片使用RISC架構(gòu),。他還與Randy Katz一起領(lǐng)導(dǎo)RAID存儲(chǔ)研究,。
Patterson教授因在RISC領(lǐng)域的杰出成就，獲得2017年度圖靈獎(jiǎng)（圖靈獎(jiǎng)是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的全球最高獎(jiǎng)項(xiàng),，被譽(yù)為計(jì)算機(jī)界的諾貝爾獎(jiǎng)）,。
我們還是了解一下RISC指令集的情況。RISC的發(fā)展可以追溯到1980年代,。David Patterson教授是RISC指令集的發(fā)明人,。1980年,，他和學(xué)生David Ditzel在“The case for the reducedinstruction set computer”論文中創(chuàng)造了RISC一詞。
1981年,，在David Patterson的帶領(lǐng)下,，加州大學(xué)伯克利分校的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)起草了RISC-1，這就是今天RISC架構(gòu)的基礎(chǔ),。RISC-1原型芯片有44500個(gè)晶體管,，擁有31條指令。包含78個(gè)32位寄存器,，分為6個(gè)窗口,，每個(gè)窗口包含14個(gè)寄存器，另外還有18個(gè)全局變量,，寄存器占用大部分面積,，控制和指令只占用芯片面積的6%，而同時(shí)代的芯片設(shè)計(jì)里要占用約50%的面積,。
隨后在1983年發(fā)布了RISC-II原型芯片,包含138個(gè)寄存器,，分為8個(gè)窗口，每個(gè)窗口有16個(gè)寄存器,，另外還有10個(gè)全局變量,，但是只有39000個(gè)晶體管。接著在1984年和1988年發(fā)布了RISC-III和RISC-IV,。
而RISC的設(shè)計(jì)理念也催生了一系列新架構(gòu),，包含了許多我們耳熟能詳?shù)拿郑鐚W(xué)術(shù)上認(rèn)為比較成功的DEC Alpha,、被寫(xiě)入經(jīng)典教科書(shū)的MIPS,、繞過(guò)指令級(jí)并行度障礙，追求線程級(jí)并行的SUN SPARC,、服務(wù)器的王者IBM Power,、以及現(xiàn)在統(tǒng)治嵌入式市場(chǎng)的arm。
RISC-V的沖擊
2010年,，Patterson教授的研究團(tuán)隊(duì)準(zhǔn)備啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目,，需要設(shè)計(jì)CPU，因而要選擇一種指令集,。他們調(diào)研了包括arm,、MIPS、SPARC,、X86等多個(gè)指令集,，發(fā)現(xiàn)它們不僅設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，而且還存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題,。
由于ARM,、MIPS,、SPARC、X86等處理器架構(gòu)的復(fù)雜性和相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的限制,，Patterson教授決定和團(tuán)隊(duì)一起發(fā)明一種全新的指令集架構(gòu),，可以被任何學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)或商業(yè)組織自由使用。
于是臨時(shí)組建一個(gè)四人小組,，從零開(kāi)始設(shè)計(jì)一套全新的指令,，四人小組包括David Patterson、Krste Asanovic兩位教授與Andrew Waterman,、Yunsup Lee兩個(gè)博士生集,！
這個(gè)項(xiàng)目的目標(biāo)是新指令集能滿足從微控制器到超級(jí)計(jì)算機(jī)等各種尺寸的處理器，能支持從FPGA到ASIC到未來(lái)器件等各種實(shí)現(xiàn),，能高效地實(shí)現(xiàn)各種微結(jié)構(gòu),，能支持大量的定制與加速功能，能和現(xiàn)有軟件棧與編程語(yǔ)言很好的適配,，最重要的一點(diǎn)就是要穩(wěn)定——不會(huì)改變,，不會(huì)消失。
四人小組用了3個(gè)月時(shí)間完成了RISC-V指令集的初始設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā),，之后于2011年5月第一次公開(kāi)標(biāo)準(zhǔn),。2014年，RISC-V的第一批標(biāo)準(zhǔn)定型,。其間,，隨著標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和改進(jìn)，進(jìn)行了多次流片驗(yàn)證,。
RISC-V（第五代精簡(jiǎn)指令集）是David Patterson教授基于其30多年在精簡(jiǎn)指令集RISC領(lǐng)域的深入積累，在2010年到2014年期間帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研發(fā)出的最新一代CPU芯片設(shè)計(jì)指令集,。RISC-V是基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算(RISC)原理建立的開(kāi)放指令集架構(gòu)(ISA),，RISC-V是在指令集不斷發(fā)展和成熟的基礎(chǔ)上建立的全新指令。RISC-V指令集完全開(kāi)源,、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,、易于移植Linix系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì),，擁有完整工具鏈,。
RISC-V雖然不是第一個(gè)開(kāi)源的的指令集(ISA)，但它很重要,，因?yàn)檫@是第一個(gè)被設(shè)計(jì)成可以根據(jù)具體場(chǎng)景可以選擇適合的指令集的指令集架構(gòu),。基于RISC-V指令集架構(gòu)可以設(shè)計(jì)服務(wù)器CPU,，家用電器CPU,，工控CPU和傳感器CPU,。
作為一個(gè)開(kāi)源的指令集架構(gòu)，RISC-V讓用戶有機(jī)會(huì)避免Intel x86知識(shí)產(chǎn)權(quán)體系的鎖定和ARM高昂的芯片特許使用費(fèi),，這使得全球芯片行業(yè)的企業(yè)都對(duì)RISC-V報(bào)以極大的關(guān)注和興趣,。
Patterson教授和團(tuán)隊(duì)于2015年成立了RISC-V基金會(huì)以推動(dòng)RISC-V架構(gòu)的運(yùn)用和發(fā)展。
基金會(huì)吸引了全世界150多家企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的加入,，包括Google,、IBM、三星,、高通,、西部數(shù)據(jù)、英偉達(dá),、微軟,、惠普等國(guó)際巨頭，也包括中天微,、中興微,、華為、阿里,、中科院計(jì)算所,、高云等下多家中國(guó)單會(huì)員，形成了RISC-V生態(tài)圈,。
目前已經(jīng)獲得了眾多業(yè)界巨頭的支持,，例如英偉達(dá)表示在配合GPU使用的底層微控制器中使用RISC-V設(shè)計(jì)；西部數(shù)據(jù)宣布未來(lái)幾年將用RISC-V芯片取代其目前使用的全部處理器芯片,；美高森美發(fā)布全球第一個(gè)支持RISC-V開(kāi)放指令集體系架構(gòu),；特斯拉近期已加入RISC-V基金會(huì)，準(zhǔn)備在新款芯片中使用RISC-V架構(gòu),。
業(yè)界人士表示,，眾多巨頭宣布采用RISC-V，得益于RISC-V的五大優(yōu)勢(shì)：
1,、極簡(jiǎn),。RISC-V憑借技術(shù)上的后發(fā)優(yōu)勢(shì)，擁有精簡(jiǎn)的篇幅長(zhǎng)度,，比起冗長(zhǎng),、指令繁多、互不兼容的傳統(tǒng)商業(yè)架構(gòu),，優(yōu)勢(shì)十分明顯,。
2、干凈,。RISC-V清晰區(qū)分了用戶和特權(quán)指令子集,，避免了對(duì)特殊微架構(gòu)和特殊工藝的要求,，因此具有普適性，可顯著降低成本,。
3,、模塊化。RISC-V的指令分為核心基礎(chǔ)指令集和標(biāo)準(zhǔn)可擴(kuò)展指令子集,?；A(chǔ)指令集很小，但是可以根據(jù)用戶需求去加載擴(kuò)展集,，后者確保了指令能夠應(yīng)用于不同場(chǎng)景,。
4、可擴(kuò)展,。充分考慮了芯片設(shè)計(jì)的可擴(kuò)展性和專用性需求,，具有變長(zhǎng)指令編碼，并預(yù)留了大量的可用編碼空間,，使得未來(lái)指令擴(kuò)展方便可行,。
5、穩(wěn)定,。經(jīng)過(guò)若干年的迭代,，基準(zhǔn)指令和一些標(biāo)準(zhǔn)可擴(kuò)展指令已經(jīng)確定，新功能的實(shí)現(xiàn)只需增加擴(kuò)展子集,，而無(wú)需發(fā)布整個(gè)指令集的新版本,。
由于RISC-V使用BSD License開(kāi)源協(xié)議，指令集徹底開(kāi)放,，給予使用者很大自由,，允許使用者修改和重新發(fā)布開(kāi)源代碼，也允許基于開(kāi)源代碼開(kāi)發(fā)商業(yè)軟件發(fā)布和銷售,。這樣吸引了一批創(chuàng)業(yè)公司的進(jìn)入,。RISC-V最初的開(kāi)發(fā)者之一Krste Asanovic教授創(chuàng)辦SiFive推出全球首款基于開(kāi)源指令集RISC-V架構(gòu)的商用SoC Freedom E310-G000和開(kāi)發(fā)板HiFive1；Patterson的弟子譚章熹創(chuàng)立OURS,，基于RISC-V架構(gòu)開(kāi)發(fā)物聯(lián)網(wǎng)處理器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)加速系統(tǒng)級(jí)芯片,；法國(guó)Greenwave 正使用RISC-V架構(gòu)為低功耗設(shè)備開(kāi)發(fā)人工智能芯片,；Esperanto也瞄準(zhǔn)人工智能應(yīng)用,，希望能集成4000個(gè)RISC-V處理器，展開(kāi)并行計(jì)算,。
據(jù)業(yè)界人士表示,，由于ARM高昂的芯片特許使用費(fèi)，正在逐漸把谷歌（Google）,、高通（Qualcomm）,、三星（Samsung）等眾多高科技公司推到了同一條戰(zhàn)線上,。巨頭們正在試圖開(kāi)發(fā)新的開(kāi)源芯片設(shè)計(jì)，為智能駕駛,、AI等新興技術(shù)提供一種成本更低的芯片,。
RISC-V帶給中國(guó)CPU和芯片行業(yè)發(fā)展的歷史性機(jī)遇
面對(duì)洶涌而至的RISC-V，有業(yè)界人士表示,，RISC-V技術(shù)過(guò)去若干年的出現(xiàn)和發(fā)展,，為中國(guó)芯片行業(yè)的發(fā)展提供了歷史性機(jī)遇。中國(guó)過(guò)去數(shù)十年在芯片發(fā)展領(lǐng)域遭遇到了知識(shí)產(chǎn)權(quán)受限,、生態(tài)體系缺失,、研發(fā)成本高昂、市場(chǎng)需求復(fù)雜等諸多挑戰(zhàn),，使得發(fā)展成效總是不盡人意,、難以突破。RISC-V技術(shù)的出現(xiàn),，為突破上述四個(gè)方面的難關(guān),，提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)和絕佳的發(fā)展時(shí)機(jī)。
第一,，開(kāi)源開(kāi)放突破知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘,。RISC-V的開(kāi)源特性將有助于中國(guó)突破長(zhǎng)期以來(lái)處理器芯片領(lǐng)域的知識(shí)產(chǎn)權(quán)限制。在過(guò)去幾十年時(shí)間里,，中國(guó)一直努力在芯片領(lǐng)域,、尤其是復(fù)雜處理器芯片領(lǐng)域巨額投入、謀求突破,，然而收效甚微,。
究其原因，首先就是國(guó)外諸如Intel,、ARM等巨頭經(jīng)過(guò)幾十年的技術(shù)發(fā)展,，建立了極為嚴(yán)苛的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)體系。我中國(guó)如果使用現(xiàn)有的x86或ARM技術(shù),，就無(wú)法繞過(guò)其知識(shí)產(chǎn)權(quán)限制,。從Intel手上根本不可能獲得x86授權(quán)。ARM雖然給出授權(quán)的公司多一些,，但授權(quán)費(fèi)也異常昂貴,，且談判流程極其復(fù)雜冗長(zhǎng)，亟待發(fā)展的小微初創(chuàng)企業(yè)根本無(wú)法承受,。
其次,，Intel、ARM這些巨頭公司也不可能對(duì)中國(guó)企事業(yè)單位授權(quán)其最核心的芯片設(shè)計(jì)技術(shù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)，而是以此控制中國(guó)技術(shù)發(fā)展,、阻礙中國(guó)科研體系進(jìn)步,。而RISC-V采用了最為靈活的BSD開(kāi)源協(xié)議，將RISC-V徹底開(kāi)放,，BSD開(kāi)源協(xié)議極其適合中國(guó)國(guó)情,，與中國(guó)秉持的開(kāi)放共享、互利共贏的發(fā)展理念完美貼合,，使中國(guó)相關(guān)行業(yè)能夠從根本上規(guī)避國(guó)際傳統(tǒng)芯片巨頭樹(shù)立的知識(shí)產(chǎn)權(quán)壁壘,、高昂的特許使用費(fèi)乃至政治因素帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，更能有助于相關(guān)行業(yè)產(chǎn)業(yè)化的蓬勃發(fā)展,。
第二,，流片驗(yàn)證確保體系完整。RISC-V指令集已經(jīng)經(jīng)過(guò)了全球范圍內(nèi)多次流片驗(yàn)證,，確保了芯片從設(shè)計(jì),、樣片到量產(chǎn)全體系的完整有效。
眾所周知,，芯片研制除了指令集作為核心技術(shù)之一,，還需要一個(gè)龐大而復(fù)雜的生態(tài)，涉及上下游軟硬件的諸多環(huán)節(jié),。指令集除了具備卓越的技術(shù)特點(diǎn),，還需要能夠制定統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，由生態(tài)系統(tǒng)中的企業(yè)一致遵守,；更需要足夠開(kāi)放包容,、面向足夠廣的市場(chǎng)，令生態(tài)中的參與者能通過(guò)對(duì)接豐富的客戶資源獲得經(jīng)濟(jì)效益,。
中國(guó)在歷史上也曾嘗試研發(fā)完全自主的指令集,，然而未能成功實(shí)現(xiàn)。究其原因,，除了科研實(shí)力尚不成熟,，更主要的原因就是局限于一國(guó)之中的指令集，無(wú)法吸引上下游企業(yè)的協(xié)同參與,，無(wú)法推動(dòng)整個(gè)生態(tài)的積極發(fā)展,，從而失去了生存的根基。
而RISC-V指令集在過(guò)去幾年的發(fā)展中,，已經(jīng)經(jīng)歷了上百次不同商業(yè)公司和研發(fā)機(jī)構(gòu)的流片驗(yàn)證,，已經(jīng)證明生態(tài)具備完整支持的能力。此外,，RISC-V基金會(huì)中Google,、三星,、高通等等國(guó)際大型公司的參與,，也使其生態(tài)體系不斷成熟壯大,。采用RISC-V技術(shù)，將使得中國(guó)能夠?qū)Ｗ⒂谔幚砥骷夹g(shù)的發(fā)展,，而無(wú)需擔(dān)憂生態(tài)體系的完整有效,。
第三，精簡(jiǎn)指令降低研發(fā)成本,。RISC-V極為精簡(jiǎn)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)能夠大大降低芯片研發(fā)周期和研發(fā)成本,。
x86與ARM架構(gòu)的發(fā)展過(guò)程伴隨了現(xiàn)代處理器架構(gòu)技術(shù)過(guò)去幾十年的不斷發(fā)展成熟。作為商業(yè)企業(yè),，為了能夠保持架構(gòu)的向后兼容性,，架構(gòu)不得不保留許多過(guò)時(shí)的定義，導(dǎo)致其指令數(shù)目多,，指令冗余嚴(yán)重,，文檔數(shù)量龐大，x86和ARM的架構(gòu)文檔都有上千頁(yè),。所以在這些架構(gòu)上開(kāi)發(fā)新的操作系統(tǒng)或者直接開(kāi)發(fā)應(yīng)用,，技術(shù)門(mén)檻很高，研發(fā)過(guò)程復(fù)雜,，往往需要經(jīng)過(guò)反復(fù)驗(yàn)證修改才能成型,，極大增加了研發(fā)周期和成本。
相比之下,，RISC-V架構(gòu)作為2014年才定型的最新標(biāo)準(zhǔn)技術(shù),，完全沒(méi)有歷史包袱，而是能夠從過(guò)往各種指令集的發(fā)展演變歷史中汲取了大量經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),，借助計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展已經(jīng)成為比較成熟技術(shù)的優(yōu)勢(shì),，從輕上路。RISC-V基礎(chǔ)指令集則只有40多條,，加上其他的模塊化擴(kuò)展指令總共幾十條指令,。 RISC-V的規(guī)范文檔僅有145頁(yè)，而“特權(quán)架構(gòu)文檔”的篇幅也僅為91頁(yè),。
這意味著使用RISC-V架構(gòu)進(jìn)行芯片設(shè)計(jì)的工程師們能更容易上手,、更快進(jìn)行開(kāi)發(fā)驗(yàn)證，大為縮短芯片的研發(fā)周期,、降低成本,。在中國(guó)，各個(gè)行業(yè)和領(lǐng)域都對(duì)芯片有著大量的需求,，唯有成本更低,、迭代更快的RISC-V技術(shù)才能滿足這些需求、支撐中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。
第四,，擴(kuò)展模塊滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景需求,。由于RISC-V具有與眾不同的模塊化架構(gòu)，能夠靈活搭配,，可以滿足各類應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)處理器芯片的不同要求,。
RISC-V架構(gòu)相比其他成熟的商業(yè)架構(gòu)的一個(gè)最大不同，在于它是一個(gè)模塊化的架構(gòu),。其不同模塊能以非常靈活多變的方式組織在一起,，從而可以通過(guò)一套統(tǒng)一的架構(gòu)滿足各種不同的應(yīng)用。
這種模塊化特性是傳統(tǒng)的x86與ARM架構(gòu)不具備的,。例如,，ARM的架構(gòu)分為A、R和M三個(gè)系列,，分別針對(duì)于應(yīng)用操作系統(tǒng)（Application）,、實(shí)時(shí)（Real-Time）和嵌入式（Embedded）三個(gè)領(lǐng)域，彼此之間并不兼容,。在出現(xiàn)交叉領(lǐng)域的復(fù)雜應(yīng)用時(shí),，這樣的不兼容性會(huì)增加開(kāi)發(fā)工作量，并降低芯片和系統(tǒng)的性能,。
相比之下,，模塊化的RISC-V架構(gòu)能夠使得用戶根據(jù)具體場(chǎng)景需求靈活選擇不同的模塊組合，既可以實(shí)現(xiàn)低功耗小面積的數(shù)據(jù)采集功能,，又能夠?qū)崿F(xiàn)高性能運(yùn)算量大的應(yīng)用操作系統(tǒng)場(chǎng)景,，更能保證不同場(chǎng)景共同部分的相互兼容。
這意味著,，針對(duì)中國(guó)目前龐大復(fù)雜的不同芯片應(yīng)用需求,，在物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算,、人工智能,、大數(shù)據(jù)、輔助及自動(dòng)駕駛等諸多定制化的工業(yè),、民用等領(lǐng)域,，RISC-V都能夠提供靈活高效并且相互兼容的解決方案。
第五,，定義安全自主可控芯片,。因RISC-V的擴(kuò)充彈性優(yōu)勢(shì)，中國(guó)有機(jī)會(huì)定義自已的安全和其他擴(kuò)充指令集,。
中國(guó)在最近一二十年隨著半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的成長(zhǎng),，特別是各類CPU項(xiàng)目的開(kāi)展,，積累了具有CPU設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)能力的人材。如可順勢(shì)推動(dòng)RISC-V這個(gè)快速成長(zhǎng)的開(kāi)放指令集和這些人才有機(jī)相結(jié)合,，可將原有大量的人材和經(jīng)驗(yàn)積累投注到產(chǎn)業(yè)上落地,，產(chǎn)生良性循環(huán)，加速中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展,。
RISC-V在中國(guó)的現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展探討
中國(guó)RISC-V的現(xiàn)狀
目前，RISC-V在中國(guó)的工業(yè)界和學(xué)術(shù)界已經(jīng)引起了不少關(guān)注,。在RISC-V基金會(huì)中,，臺(tái)灣晶心科技是創(chuàng)始會(huì)成員，中天微和中興微是鉑金會(huì)員,，華為,、阿里巴巴、芯原微電子是白金會(huì)員,，聯(lián)發(fā)科,、上海謹(jǐn)嶸科技、西安優(yōu)矽科技,、廣東高云,、君正、比特大陸則是銀牌會(huì)員,。除此之外,，更有一批初創(chuàng)公司在關(guān)注和使用RISC-V。國(guó)內(nèi)的RISC-V的愛(ài)好者也已經(jīng)在推動(dòng)國(guó)內(nèi)社區(qū)建設(shè)表明中國(guó)初步踏進(jìn)了RISC-V生態(tài)圈,。
同時(shí)還有更多的科研機(jī)構(gòu)也開(kāi)始涉足RISC-V的研究工作,。如中科院計(jì)算所還有王元陶研究員與張磊副研究員團(tuán)隊(duì)在基于RISC-V研制智能IoT芯片；中科院計(jì)算所包云岡團(tuán)隊(duì)發(fā)布了一種新的標(biāo)簽化體系結(jié)構(gòu)并采用RISC-V開(kāi)發(fā)了FPGA原型系統(tǒng)（即標(biāo)簽化RISC-V）,；一些航天航空院所也開(kāi)始啟動(dòng)基于RISC-V處理器的預(yù)研項(xiàng)目[1],。
同時(shí)，我們也要看到,，國(guó)內(nèi)關(guān)注RISC-V社區(qū)的愛(ài)好者在不斷增加,，但是中國(guó)國(guó)內(nèi)目前只是應(yīng)用學(xué)習(xí)RISC-V的階段，缺乏RISC-V開(kāi)源社區(qū)中的技術(shù)貢獻(xiàn)者,；對(duì)RISC-V前沿技術(shù)進(jìn)行深入研究的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)不多,，更缺乏對(duì)RISC-V實(shí)現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研貫通的全局把控。
關(guān)于未來(lái)發(fā)展的探討
上海市經(jīng)濟(jì)信息委近日發(fā)布了《上海市經(jīng)濟(jì)信息化委關(guān)于開(kāi)展2018年度第二批上海市軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金（集成電路和電子信息制造領(lǐng)域）項(xiàng)目申報(bào)工作的通知》,，其中項(xiàng)目指南中包含基于RISC-V指令集架構(gòu)的處理器芯片方向：支持基于RISC-V指令集架構(gòu),、32位及以上的處理器芯片的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，內(nèi)核需擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)[2],。
這是國(guó)內(nèi)首個(gè)支持RISC-V的相關(guān)政策,。也許大家從中看出一點(diǎn)端倪,。
首先要對(duì)接政府政策和資源。通過(guò)和中央及地方政府保持匯報(bào)溝通,，引導(dǎo)RISC-V技術(shù)在國(guó)內(nèi)的發(fā)展契合我國(guó)半導(dǎo)體芯片戰(zhàn)略發(fā)展方向,，協(xié)助平臺(tái)上的產(chǎn)學(xué)研各方了解和對(duì)接相應(yīng)政策導(dǎo)向和扶持資源。
第二要對(duì)接有芯片需求的各行業(yè)用戶企業(yè),。將下游企業(yè)需求在平臺(tái)上及時(shí)發(fā)布,，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)鏈的形成發(fā)展。
第三要對(duì)接國(guó)內(nèi)外高校和科研機(jī)構(gòu),。推進(jìn)RISC-V的基礎(chǔ)和理論研究以及在前沿研究領(lǐng)域的應(yīng)用,，支撐有關(guān)科研體系的建立和發(fā)展，推動(dòng)科研成果的產(chǎn)業(yè)化,，支持掌握RISC-V架構(gòu)的學(xué)術(shù)和工程人才的培育,。
第四要對(duì)接使用RISC-V進(jìn)行芯片研發(fā)和制造的企業(yè)。支持RISC-V架構(gòu)運(yùn)用企業(yè)研發(fā)工作的體系化開(kāi)展,，引導(dǎo)生態(tài)系統(tǒng)中其他仿真,、驗(yàn)證、封測(cè),、操作系統(tǒng),、應(yīng)用軟件、數(shù)據(jù)采集和處理等技術(shù)企業(yè)的孵化發(fā)展,，加強(qiáng)企業(yè)間交流合作和技術(shù)共享,。
第五要對(duì)接RISC-V國(guó)際基金會(huì)。建立RISC-V中國(guó)基金會(huì),，和RISC-V基金會(huì)建立聯(lián)系,、促進(jìn)交流，不斷將國(guó)際最新科研技術(shù)成果介紹到國(guó)內(nèi),，更將中國(guó)的研究,、產(chǎn)業(yè)成果在允許的范圍內(nèi)有序恰當(dāng)?shù)幕仞亣?guó)際開(kāi)源社區(qū)，有效促進(jìn)RISC-V技術(shù)體系在全球范圍內(nèi)的進(jìn)一步發(fā)展,。
第六要對(duì)接半導(dǎo)體芯片產(chǎn)業(yè)資本,。引入有實(shí)力、有資源,、有信譽(yù)的各方資本,，協(xié)助其與處在不同發(fā)展階段、有不同融資需求的相關(guān)企業(yè)進(jìn)行對(duì)接交流,、促成雙方投融資合作,。
必須通過(guò)構(gòu)建中國(guó)微處理器架構(gòu)產(chǎn)業(yè)化平臺(tái)，推動(dòng)RISC-V技術(shù)在國(guó)內(nèi)的系統(tǒng)性和規(guī)模性發(fā)展,、形成有機(jī)的RISC-V芯片生態(tài)體系,，推動(dòng)各相關(guān)產(chǎn)業(yè)全方位共同發(fā)展,、全鏈條深度互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)各方的互利互惠,、合作共贏,。
中國(guó)微處理器架構(gòu)發(fā)展思考
鑒于RISC-V的開(kāi)放性，全世界范圍內(nèi)越來(lái)越多國(guó)家的政府項(xiàng)目開(kāi)始選擇RISC-V,，除了美國(guó)DARPA,，印度、以色列選擇RISC-V作為國(guó)家級(jí)處理器指令集,。而中國(guó)擁有著巨大的芯片需求,，政府一直希望能把國(guó)產(chǎn)芯片產(chǎn)業(yè)做大做強(qiáng)。包云崗研究員表示,，各方都在努力,，但思路不同,，導(dǎo)致目前“軍閥割據(jù)”的狀態(tài),，整個(gè)產(chǎn)業(yè)一盤(pán)散沙，嚴(yán)重分散基礎(chǔ)軟件開(kāi)發(fā)力量,。中科院計(jì)算所包云崗研究員表示,，有必要考慮推行指令集國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[1]。
對(duì)于選擇何種指令集,，包云崗研究員表示,，基于RISC-V或者重新設(shè)計(jì)一套指令集均可行，并非唯一的答案,。
對(duì)于前者,，RISC-V生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)初步建成，我們需要在生態(tài)系統(tǒng)中做出更多的貢獻(xiàn),，樹(shù)立起威信才能爭(zhēng)取到更多話語(yǔ)權(quán),。
另一方面，重新設(shè)計(jì)也并非不可行,，因?yàn)殚_(kāi)放指令集RISC-V給我們兩個(gè)啟發(fā)：
一是指令集與芯片具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)可以分離,。這就形成了第一個(gè)可行性條件，國(guó)內(nèi)各家芯片商可以采用統(tǒng)一的,、免費(fèi)的開(kāi)放指令集,，但各個(gè)廠商可以有各自的內(nèi)部模塊實(shí)現(xiàn)，并可以申請(qǐng)專利予以保護(hù),。這樣既可以構(gòu)建同一個(gè)軟件生態(tài)系統(tǒng),，又保持了芯片企業(yè)之間的獨(dú)立性。
二是如果各方目標(biāo)一致,，推行一套全新的指令集并沒(méi)有那么困難,。2012年國(guó)內(nèi)各方都認(rèn)為“從零開(kāi)始設(shè)計(jì)一套全新的指令集是一項(xiàng)讓人望而卻步的工作”,，但RISC-V卻是從一個(gè)為期3個(gè)月的項(xiàng)目開(kāi)始成長(zhǎng)起來(lái)的，這給了我們很大啟發(fā),，關(guān)鍵還是各方目標(biāo)需要達(dá)成一致,。然后配以RISC-V采取的組合措施，結(jié)合國(guó)家政策,，相信也可以建立起一套基于全新指令集的生態(tài)系統(tǒng),。
微處理器指令集事關(guān)整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。希望政府能下定決心,，推行指令集國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),，不管是選用RISC-V，還是自行開(kāi)發(fā)一套新指令集,。
[1]包云崗：關(guān)于RISC-V成為印度國(guó)家指令集的一些看法
[2]《上海市經(jīng)濟(jì)信息化委關(guān)于開(kāi)展2018年度第二批上海市軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金（集成電路和電子信息制造領(lǐng)域）項(xiàng)目申報(bào)工作的通知》