更簡(jiǎn)單、更快,、更低功耗的硬件，且具有免費(fèi),、開放、簡(jiǎn)單的指令集架構(gòu),。這聽起來是再好不過的，更高興的是目前RISC-V正在推進(jìn)這一工作,。RISC-V是加州大學(xué)伯克利分校工程師開發(fā)的指令集架構(gòu)（ISA）,，現(xiàn)在由一個(gè)基金會(huì)管理。

　　人們已經(jīng)知道,，隨著摩爾定律不再像過去一樣提供高效的回報(bào),，那就意味著獨(dú)立的通用處理器也不再是創(chuàng)新的“熱土”。

　　Microsemi的SoC業(yè)務(wù)部門的產(chǎn)品架構(gòu)和規(guī)劃高級(jí)技術(shù)總監(jiān),，RISC-V基金會(huì)的董事會(huì)成員Ted Speers說：“我們不應(yīng)該在處理器上花那么多錢,，處理器的成本應(yīng)該要下降。那就需要你從加速器和新架構(gòu)等方面進(jìn)行創(chuàng)新,?！?/p>

　　Sonics首席技術(shù)官Drew Wingard指出：“從技術(shù)上講，管理復(fù)雜性的能力已經(jīng)擴(kuò)張到了32位RISC微處理器,，而這已經(jīng)不再被視為復(fù)雜的處理對(duì)象,。”

　　Drew Wingard說：“微處理器指令集架構(gòu)的入行門檻是軟件和生態(tài)系統(tǒng),?？偟膩碚f，微處理器的基礎(chǔ)技術(shù)沒有什么神奇的地方,。RISC-V本質(zhì)上把它帶到了下一個(gè)邏輯層次上,，讓我們嘗試捕獲一個(gè)指令集架構(gòu)以及足夠的結(jié)構(gòu)和自動(dòng)化，這樣我們就可以更容易地構(gòu)建處理器家族,。我們會(huì)選擇將它作為一個(gè)開源的IP來分配,，這樣社區(qū)就可以添加進(jìn)來。它具有開源運(yùn)動(dòng)的一面,，也具有可配置處理器運(yùn)動(dòng)的一面,，它有機(jī)會(huì)讓我們重新看待微處理器IP的成本?！?/p>

　　這個(gè)市場(chǎng)的商業(yè)終端很可能與Linux相同,，廠商增加了自己的IP和技術(shù)支持。 現(xiàn)在,，RISC-V核心的供應(yīng)商包括Nvidia,，Andes Technology，Cortus和Codasip,。

　　基于RISC-V的Rocket 核心映射到運(yùn)行Linux的ZedBoard上,。（來源：HotChips）

　　目前，社會(huì)上主流的ISA是x86,、ARM,、ARC,,、MIPS 以及PowerPC，以及在GPU和DSP中使用的其他ISA,。但橫空出世的RISC-V已經(jīng)開始取得一些進(jìn)展,。Nvidia宣布其SoC將包含RISC-V控制處理器,。軟核供應(yīng)商Andes Technology同樣采用RISC-V的64位架構(gòu),。

　　NetSpeed Systems營(yíng)銷與業(yè)務(wù)發(fā)展副總裁Anush Mohandass表示，從架構(gòu)的角度看,，RISC-V既簡(jiǎn)單又優(yōu)雅,，但處理器的成功要比處理器本身更重要。

　　Mohandass說：“關(guān)鍵問題是軟件生態(tài)系統(tǒng),。它們會(huì)如何發(fā)展？這是一個(gè)先有雞還是先有蛋的問題,。開發(fā)者比設(shè)計(jì)更多，有人必須啟動(dòng)這個(gè)過程,，這就是Intel主宰數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，以及ARM主宰移動(dòng)領(lǐng)域的原因,。是的,，當(dāng)中一部分是架構(gòu),。但有一部分是生態(tài)系統(tǒng),。一旦它獲得了動(dòng)力，就必須用新的架構(gòu)來打破這種模式,。RISC-V會(huì)在新興的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)行對(duì)沖,，因?yàn)槟抢餂]有一個(gè)大型的統(tǒng)一平臺(tái)。RISC-V在那里會(huì)有機(jī)會(huì),。 ”

　　支持RISC-V平臺(tái)的人同意這一觀點(diǎn),。加州大學(xué)伯克利分校教授，RISC-V基金會(huì)的主席,，SiFive的聯(lián)合創(chuàng)始人Krste Asanovic 正在對(duì)其版本進(jìn)行商業(yè)化,。。他表示：“對(duì)于小型集團(tuán)來說,，RISC-V實(shí)施起來是相當(dāng)簡(jiǎn)單的,，這樣就使得開啟許多不同的RISC-V內(nèi)核成為可能。所以市場(chǎng)上的多樣性就更大了,。處理器設(shè)計(jì)工程團(tuán)隊(duì)可以從多個(gè)供應(yīng)商（甚至是開放源碼）中找到一個(gè)符合他們需求的版本,，或者他們可以自己做一個(gè)設(shè)計(jì),。自由是這里最大的特征?！?/p>

　　Asanovic認(rèn)為,，RISC-V可以平衡競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境，并允許供應(yīng)商在質(zhì)量或定制的實(shí)現(xiàn)方面進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng),。

　　采用RISC-V的挑戰(zhàn)

　　然而,，任何新技術(shù)都面臨著挑戰(zhàn),。對(duì)于RISC-V而言,，一個(gè)障礙是將其作為一個(gè)單一標(biāo)準(zhǔn)，保持ISA的一致性,。

　　“如果將RISC-V分裂,，會(huì)有許多不同的RISC-V ISA，它們完全不兼容,，所以基金會(huì)的目標(biāo)是確保有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn),。大多數(shù)核心供應(yīng)商都明白，RISC-V的最大優(yōu)點(diǎn)是通用的軟件堆棧,。其開發(fā)成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了任何核心的開發(fā)成本,。這對(duì)其他核心提供商來說具有巨大的吸引力。他們不需要維護(hù)編譯器,、連接器,、操作系統(tǒng)，以及其他所有東西,。這些全部是由社區(qū)完成的,。”

　　然而,，達(dá)到成熟和信賴的程度需要時(shí)間,。

　　Sonics的Wingard說：“如果您今天使用的是主流的指令集架構(gòu)之一，那么可選擇的調(diào)試環(huán)境不會(huì)超過五種,。你可以在這個(gè)支持社區(qū)里提出任何其他的東西,，并且從供應(yīng)商那里得到多種的選擇，這些供應(yīng)商都擁有悠久的歷史和良好的商業(yè)模式,。RISC-V世界將不得不重新創(chuàng)造所有這一切,，或者弄清楚如何將其適用于現(xiàn)在面向ARM生態(tài)系統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)的最主要的生態(tài)系統(tǒng)?；蛘呦朕k法讓它適應(yīng)目前最主流的芯片設(shè)計(jì)生態(tài)系統(tǒng),，即ARM生態(tài)系統(tǒng)。 RISC-V五核的商業(yè)供應(yīng)商必須在這方面做出自己的決定,，這對(duì)RISC-V項(xiàng)目而言是一個(gè)巨大的障礙,。”

　　采用RISC-V的另一個(gè)障礙是對(duì)實(shí)現(xiàn)技術(shù)的優(yōu)化,。

　　Wingard說：“他們有了能工作的核心,，他們已經(jīng)證明了這一點(diǎn)，但是他們是否要進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試,，證明比第7代核心實(shí)現(xiàn)商業(yè)指令集架構(gòu)更有效呢?可能暫時(shí)不會(huì),。在應(yīng)用程序中，有時(shí)會(huì)有很多需要處理的問題,。我們有一項(xiàng)重要的工作需要去做,。我們可以提出一個(gè)觀點(diǎn)，在大量的SoC中,，CPU應(yīng)該被稱為控制處理單元,，而不是中央處理單元，而這個(gè)控制處理器的實(shí)際吞吐量可能無關(guān)緊要,。但對(duì)于那些設(shè)計(jì)這些芯片的人來說,，他們永遠(yuǎn)都不會(huì)確定。 這就像是他們寧愿擁有的設(shè)計(jì)余量,。對(duì)于給定的處理頻率,，他們寧愿得到一臺(tái)性能更高的機(jī)器?！?/p>

　　而且，由于RISC-V指令集可以由用戶進(jìn)行擴(kuò)展,，其中一些改動(dòng)將影響核心與芯片其余部分的交互,。他解釋說:“這里有幾門課。一種是增加可以出現(xiàn)在NoC上的新交易類型,，或者增加直接與某種緊密耦合的加速器直接對(duì)話的能力,，比如ARM的DynamiQ技術(shù)，在這種技術(shù)中,，他們有能力直接連接AI協(xié)處理器,。”

　　Asanovic承認(rèn),，處理這種分裂是一項(xiàng)挑戰(zhàn),。但是這個(gè)基金會(huì)的成立是為了管理這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，并且讓大家都認(rèn)同,。想要使用RISC-V商標(biāo)的公司必須先通過兼容性測(cè)試,。

　　他說：“另一個(gè)挑戰(zhàn)是處理專利問題。我們?cè)诨A(chǔ)ISA的設(shè)計(jì)上非常小心。這很簡(jiǎn)單,。我們喜歡把它叫做“無聊的RISC”,，于是我們回到最初的RISC原則。Dave Patterson與（加州大學(xué)伯克利分校）的本科生一起進(jìn)行家譜搜索,，基本上展示出了所有指令的譜系,。 對(duì)于基礎(chǔ)ISA，他們將其追溯到RISC I,，RISC II,，RISC III，RISC IV,?！?/p>

　　在會(huì)員協(xié)議中，會(huì)員同意不根據(jù)基礎(chǔ)ISA規(guī)范互相起訴,，如果他們執(zhí)意這樣做,，就會(huì)失去他們的權(quán)利。Asanovic指出：“但是,，如果你在專利挑戰(zhàn)方面考察其他專有的ISA,，那么你并沒有太多的保護(hù)，你會(huì)看到公司A起訴公司B使用了公司C的IP,。就像我們最近看到的圖形引擎一樣,，所以即使你從X購(gòu)買，一些公司也會(huì)支持它,。對(duì)于RISC-V來說也是如此,。公司正在提供核心，并在標(biāo)準(zhǔn)的商業(yè)環(huán)境下提供保護(hù),?！?/p>

　　雖不成熟，但在成長(zhǎng)

　　RISC-V指令集架構(gòu)還不成熟,?！癛ISC-V還處在發(fā)展的早期階段，”Asanovic如是說：“對(duì)于RISC-V而言,，并不是所有一切都已經(jīng)構(gòu)建起來并切實(shí)存在的,，但是該領(lǐng)域正在以令人難以置信的速度被填充。開源社區(qū)更樂于開源的RISC-V,，因此最好最聰明的做法是志愿幫助我們推進(jìn)相關(guān)事項(xiàng),。”

　　而大多數(shù)使用RISC-V的項(xiàng)目都屬于微控制器類,，對(duì)于Unix級(jí)應(yīng)用處理器而言,，該指令集走向應(yīng)用將需要更長(zhǎng)的時(shí)間,。今年基金會(huì)的目標(biāo)是確立標(biāo)準(zhǔn)的Unix平臺(tái)，因此工程團(tuán)隊(duì)有必要了解標(biāo)準(zhǔn)Unix版本所需的內(nèi)容,。

　　Asanovic說：“對(duì)于開發(fā)人員而言,，該領(lǐng)域發(fā)展的一個(gè)重大的里程碑發(fā)布第一塊Unix開發(fā)板，這樣他們就可以開始移植Unix,。對(duì)于RISC-V指令集架構(gòu),，可以考慮插入的應(yīng)用實(shí)際處于低端和高端，諸如機(jī)器學(xué)習(xí)加速器,，網(wǎng)絡(luò)處理或存儲(chǔ)控制器之類的新應(yīng)用程序,，甚至是超級(jí)計(jì)算機(jī)。在這些領(lǐng)域,，人們可以嘗試新的ISAs,。”

　　如果你想構(gòu)建自己的芯片,，在現(xiàn)有領(lǐng)域內(nèi)你的工作范圍其實(shí)非常有限,，所以在高端市場(chǎng)做自己的事，同時(shí)卻擁有一個(gè)好的軟件端口是人們對(duì)高端產(chǎn)品感興趣的原因,。如果你是大型云服務(wù)提供商之一,，那你肯定想做自己的處理器芯片。 RISC-V指令集架構(gòu)可能是你非常感興趣的東西,，在三到四年的時(shí)間里,，它甚至可能會(huì)被大量使用。

　　對(duì)設(shè)計(jì)流程影響

　　實(shí)際上,，從微架構(gòu)的角度來看,，RISC-V對(duì)設(shè)計(jì)流程的影響可能很大。

　　“如果因?yàn)檎谑褂貌煌涌诙艞壥褂矛F(xiàn)有的IP內(nèi)核生態(tài)系統(tǒng),，可能會(huì)碰到一些重大的中斷,。但在綜合、布線等方面,，沒有任何影響?！盬ingard稱,。

　　“當(dāng)我們開始著手構(gòu)建芯片升級(jí)所需的基礎(chǔ)設(shè)施，諸如調(diào)試基礎(chǔ)架構(gòu)等,，RISC-V是有重大影響的,。這也就是開源RISC-V社區(qū)必須投入大量精力的地方，唯有如此,，才能使之成為與現(xiàn)有豐富技術(shù)相媲美的技術(shù),。在軟件層面上，圍繞數(shù)據(jù)庫(kù)和設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序有大量相關(guān)的工作要做。對(duì)于設(shè)計(jì)流程的這些階段,，目前存在一大堆工作,。”

　　關(guān)于對(duì)設(shè)計(jì)流程的影響,，Mohandass在短期內(nèi)只關(guān)注一個(gè)問題,。“假設(shè)你有一個(gè)新的ISA,、一個(gè)新的處理器,，短期內(nèi)必須徹底驗(yàn)證其性能，當(dāng)它實(shí)時(shí)運(yùn)行時(shí),，人們比較關(guān)注魯棒性能,，關(guān)注架構(gòu)是否可靠？是否起作用,？一旦它在硅片量產(chǎn)中得到證實(shí)時(shí),，這些問題就消失了。只有這樣,，您才會(huì)看到精致而簡(jiǎn)單的架構(gòu)的真正好處,。”

　　“盡管RISC-V并不是第一個(gè)開源ISA,，但是在過去幾年中一直處于整合的半導(dǎo)體行業(yè),，開源RISC-V的到來很有意思?！盡obivil的CEO Ravi Thummarukudy表示,。

　　“隨著行業(yè)發(fā)展成熟，企業(yè)主要是通過整合實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)增長(zhǎng),。規(guī)模較小的企業(yè)發(fā)現(xiàn),，在大多數(shù)細(xì)分市場(chǎng)中很難取代現(xiàn)有的巨頭，那就別說發(fā)展成熟,。隨著半導(dǎo)體制造成本的增加,，對(duì)小型初創(chuàng)企業(yè)的投資，尤其是在新CPU架構(gòu)方面的投資減少了,。那么在CPU架構(gòu)上突破創(chuàng)新的唯一現(xiàn)實(shí)可能性在于,，通過匯聚集體創(chuàng)造力和可用資金來打造開源環(huán)境?！?/p>

　　與此同時(shí),，云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)也在推動(dòng)半導(dǎo)體的“消費(fèi)”。

　　“在數(shù)據(jù)中心方面,，英特爾的ISA主要占據(jù)了處理器市場(chǎng),，ARM和其他架構(gòu)占有極小的市場(chǎng)份額,，” Thummarukudy稱，“我不期望這個(gè)情況有多大變化,。然而,，在終端或傳感器方面，事情則完全不同,。這就是今天市場(chǎng)上最大的創(chuàng)新,。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的處理器架構(gòu)需要低功耗、高性價(jià)比的CPU,，這種需求給初創(chuàng)企業(yè)提供了一條創(chuàng)新途徑,，它們可以用較小的預(yù)算創(chuàng)新各種新的SoC。這也是RISC-V最大的優(yōu)勢(shì),?！?/p>

　　與此同時(shí)，Thummarukudy還補(bǔ)充說,，在這樣一個(gè)軟件驅(qū)動(dòng)的世界里,，對(duì)RISC-V ISA的軟件支持至關(guān)重要。ISA的成功與否將取決于一個(gè)穩(wěn)定的軟件生態(tài)系統(tǒng)創(chuàng)建和維護(hù)的時(shí)間有多快,，以便短期內(nèi)啟用與RISC-V相關(guān)的許多新應(yīng)用,。

　　Uniquify營(yíng)銷副總裁Graham Bell認(rèn)為，RISC-V指令集架構(gòu)將推動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域新一輪熱潮,，特別是當(dāng)它需要在半導(dǎo)體設(shè)計(jì)IP中看到的可擴(kuò)展功能（例內(nèi)存編譯器）,，并將其引入到?jīng)]有專有路障的處理器開發(fā)中。

　　“RISC-V支持對(duì)解決問題的指令集定義,，節(jié)省硅和相關(guān)成本,，并允許對(duì)低功耗和處理性能要求進(jìn)行適當(dāng)均衡。它能夠?yàn)橐坏蕉f(wàn)美元支出的項(xiàng)目創(chuàng)造功能性硅片,，這意味著對(duì)于那些打算開始原型項(xiàng)目的人來說,，門檻已經(jīng)大幅度下降。我們甚至可以看到在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域之外的企業(yè)家眾籌的項(xiàng)目資金,。除了降低入門成本外,，RISC-V可以免去專有CPU IP的特許權(quán)使用費(fèi)（專利費(fèi)），并使得生產(chǎn)成本持續(xù)降低,，進(jìn)而推動(dòng)更多產(chǎn)品更快投入市場(chǎng),。

　　Microsemi的Speers表示，Linux支持受到里程碑式的“碰撞”,，基于此，RISC-V基金會(huì)認(rèn)為,，Linux 4.1是時(shí)候應(yīng)該為RISC-V提供支持了,。

　　在軟件前端的另一個(gè)考慮是使用硬件交換機(jī)來轉(zhuǎn)換軟件方法的可能性,。

　　“如果我是高級(jí)工程經(jīng)理，或者工程總監(jiān),，又或工程副總裁,，我將使用RISC-V指令集架構(gòu)開始我的軟件方法的過渡。你已經(jīng)有了一個(gè)過渡過程,，還有一個(gè)開關(guān),，由于人們將不得不用新的調(diào)試器或其他工具來調(diào)試RISC-V， 你有一個(gè)轉(zhuǎn)換,，你有一個(gè)開關(guān),，因?yàn)槿藗儗⒉坏貌皇褂眯碌恼{(diào)試器或其他工具為RISC-V，因此方法也要有小小的改變,?！盜mperas銷售副總裁Larry Lapides表示。

　　然而,，從商業(yè)模式的角度來看,，RISC-V是具有破壞性的，Mohandass說,?！斑@是完全的開源方式，它試圖削弱ARM的影響力,，削弱CPU或其他核心如工作以及它們的受重視程度,。

　　Wingard認(rèn)為，如果RISC-V成功,，它將更像是Linux模型,，其次，它像是任一種其他開源商業(yè)模式,，因?yàn)橥ǔ４蠖鄶?shù)開源項(xiàng)目背后都只有很少數(shù)公司,。

　　如果您想在商業(yè)環(huán)境中使用開源代碼，那么向開放源代碼項(xiàng)目貢獻(xiàn)最多代碼的用戶群組成一種服務(wù)型公司,，這使得人們?cè)谏虡I(yè)環(huán)境中感到很舒服,，這并不少見。但是在Linux世界中,，圍繞這個(gè)角色（服務(wù)型公司）的競(jìng)爭(zhēng)很激烈,。

　　首先，沒有一家公司是Linux內(nèi)核最大的貢獻(xiàn)者,。

　　第二,，代碼行的總量非常巨大。

　　第三,，如果沒有一些類數(shù)據(jù)庫(kù)和應(yīng)用程序,，以及構(gòu)建塊和編碼的東西,，操作系統(tǒng)本身就不是很有趣，所以有很多很多的東西需要考慮,。

　　已經(jīng)有許多相關(guān)的組織,，其中紅帽是最大的，但它們絕不是唯一的,。人們對(duì)Linux的不同變體感到非常興奮,，他們采取不同商業(yè)模式的支付方式，但實(shí)際上絕大多數(shù)非桌面計(jì)算現(xiàn)在都在Linux上運(yùn)行,，而且這些機(jī)器中的大多數(shù)被用于商業(yè)目的,。我們可以從這里看到，軟件服務(wù)公司需要支付費(fèi)用,，它們已經(jīng)達(dá)到了一種無處不在的程度,，證明這種基于服務(wù)的模式和企業(yè)授權(quán)的模式是有效的。