芯片制造商對開源ISA的興趣標志著的一個的重大轉(zhuǎn)變,，但它還需要持續(xù)的行業(yè)支持才能取得成功。 

過去幾年，開源指令集架構(gòu)（ISA）RISC-V吸引了半導體行業(yè)的大量關注，但其未來的成功與否將取決于半導體行業(yè)的合作水平。現(xiàn)在它面對的最大問題是該行業(yè)對RISC-V成功的承諾,。

RISC-V帶來的真正價值在于生態(tài)系統(tǒng)的承諾以及行業(yè)內(nèi)專家共同致力于ISA未來的機會。這個生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)在看來可能還不存在，但在其未來的路線圖中,，它確實存在。RISC-V將像摩爾定律路線圖一樣,，推動制造技術(shù)超過半個世紀 ,。

現(xiàn)在，過往的摩爾定律的路線圖正在逐漸脫離軌道,，這就是整個行業(yè)都出現(xiàn)了如此多架構(gòu)創(chuàng)新的原因,。

在最近的Hot Chips 30大會上，展示了數(shù)十種新的芯片架構(gòu),，包括當中包括了多處理器（multiple processors）,，新內(nèi)存配置和不同的封裝方法。正如HP Labs的研究科學家R. Stanley Williams最近觀察到的那樣,，“自摩爾定律開始以來,，摩爾定律的終結(jié)可能是計算領域中發(fā)生的最好的事情。因為一個時代的結(jié)束,，會推動一個新的創(chuàng)造時代的產(chǎn)生,。”

RISC-V的最大好處之一就是它的架構(gòu)是開源的,?！坝辛薘ISC-V，通過協(xié)作在硬件中產(chǎn)生的任何創(chuàng)新都將創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟效益”,， Microsemi可編程解決方案業(yè)務部產(chǎn)品架構(gòu)和規(guī)劃主管Ted Speers說,。“但是誰能獲得獎勵,，或者獎勵是什么樣的回報,，仍然需要弄明白”，他接著說。

圖1.最近節(jié)點的設計成本,。資料來源：Handel Jones,，IBS

這不僅僅是為了便宜?！癓icense費用只是前沿SoC設計成本的一小部分,，”Linley Group的首席分析師Linley Gwennap說?！凹軜?gòu)和IP加起來不到設計成本的15％,。而在這15％中，CPU成本只占很小的一部分,。為什么有人會花費數(shù)億美元來節(jié)省100萬美元呢,？”

目前，Gwennap可以指出RISC-V許多不如其他競爭架構(gòu)的地方,。盡管如此,，整個生態(tài)系統(tǒng)中的公司仍然采用這個沒有經(jīng)過太多證明的核心。

這些“嘗鮮者”正在關注長期情況,。

“如果只看到RISC-V的實施和技術(shù),，或者單純將其與其他競爭對手進行點對點的對比，這是一個很大的錯誤”,，SiFive的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席架構(gòu)師和RISC-V基金會的Krste Asanovic說道,。“這不是人們跳到RISC-V的原因,。人們只是看到了未來的發(fā)展方向,，可以從這里看到方向?！?/p>

這樣說的話,，為什么那些人愿意當?shù)谝粋€吃螃蟹的人么？“你這是在為未來選擇自由”,，Asanovic補充說,。“早期的嘗鮮者是不希望以任何方式被鎖定,，他們準備擺脫目前的狀態(tài),。

這個說法似乎引起了共鳴。

“由于成本和復雜性的提高,，定制芯片在過去10年中一直處于低迷的狀態(tài)”,，Imperas營銷副總裁Kevin McDermott表示?！暗缛斯ぶ悄芎臀锫?lián)網(wǎng)等新市場已經(jīng)創(chuàng)造了巨大的潛力,，這些設備的要求指向了定制芯片,，那就意味著定制芯片的需求重新被擺到桌面上來?！?/p>

正確的目標

目前看來,，正在開發(fā)的RISC-V架構(gòu)在生態(tài)系統(tǒng)依然存在局限性。Rambus首席技術(shù)官Martin Scott表示,，“最好的解決方案并不需要對大量的遺留應用程序向后兼容和做到運行一致性”,，“你越接近邊緣，越想控制安全屬性或某些特殊的加速功能,，又或者你第一次做一些新的或自主的特殊應用,，這就是RISC-V真正有趣的地方?！?/p>

它不僅僅是一個單一的產(chǎn)品,?！叭藗兿Ｍ谒麄兊漠a(chǎn)品中建立標準的軟件基礎,，” Asanovic補充道?！皩τ谄渌虂碚f,，他們的核心可能在一個領域或多個領域中都表現(xiàn)很好，但最終你都會為每個應用程序挑選一個不同的核心,?！?/p>

這就是Arm、Intel和Synopsys（ARC）以及Cadence（Tensilica）等廠商過去表現(xiàn)良好的原因之一,。它們提供了大量必要的基礎設施和生態(tài)系統(tǒng)支持,，當中包括了與所有主要代工廠建立了深厚的合作關系以及大量的制造流程認證。

“替代方案是從一個相當封閉的生態(tài)系統(tǒng)中拿出一個非常大的架構(gòu)授權(quán),，”Scott指出,。

Microsemi的Speers也同意這個觀點?！霸S多使用RISC-V的公司最初的起點都是在較大型SoC中選擇控制核心作為小型實現(xiàn),。人們從小規(guī)模嘗試開始，構(gòu)建屬于他們自己的生態(tài)系統(tǒng),，這個可以根據(jù)他們的SoC的不同方面進行定制,。”Speers補充說,。

這與SiFive所看到的也符合,。

“我們一般要求微芯片的時鐘比較快，但大芯片則沒有那么高的運行速度要求,，Asanovic說,?！笆袌鰧@種靈活性的需求也正在提升，但沒有一家供應商可以提供所有這些,。因為沒有人想只是為了滿足在某些產(chǎn)品中擁有不同形狀核心的要求而重建他們的軟件堆棧,。他們想要一個統(tǒng)一的軟件，并在此之上構(gòu)建各種各樣的可用實踐,?！?/p>

業(yè)務模型

這意味著不同的業(yè)務模型。

“舊的模式是你選擇核心供應商,，你得到他們的ISA,，”Asanovic說?！靶履Ｐ褪牵何疫x擇RISC-V然后我選擇供應商,。我可以在每個產(chǎn)品的不同的芯片上使用不同供應商的核心，我甚至可以建立自己的核心,。我也可以使用開源核心或商業(yè)支持的核心,。“

這就顯著提高了設計的靈活性,，這與目前最先進的工藝節(jié)點處的設計因為晶體管縮放帶來的越來越嚴格的設計規(guī)則形成鮮明對比,。

Rambus Scott表示：“這是一種柔韌性和靈活性，在架構(gòu)周圍也具有很大的透明度,，在這些地方你很可能會做出一些你過去不會做的事情,，或者以高度差異化的方式做事?！薄斑@是一種從原子水平開始,，并以正確的方式做到的能力，而不是別人為你決定,?！?/p>

這種級別的靈活性在過去并不存在。

“他們很聰明,，因為他們讓ISA開源,，而不是微架構(gòu)，” Speers斷言,?！爸坝幸粋€叫做open core 32的開源項目，那是歐洲一個充滿活力的開源硬件集團,。但他們開放的是處理器的實現(xiàn),。而對于RISC-V，它開放的是指令集,，你可以使用它來實現(xiàn)從最小的IoT設備芯片到服務器級處理器的任何級別的IC,。RISC-V不但有開源IP,，還有商業(yè)IP的專有實現(xiàn)，但毫無疑問,，它們將擁有與過去IP供應商不同的商業(yè)模式,。“

這正是RISC-V讓工程師們興奮的原因之一,。

“圍繞RISC-V開展的一些活動正在賦予其這種獨立感,，” McDermot說?！拔椰F(xiàn)在可以投資一些我認為很好的解決方案,。因為其合規(guī)性和兼容性，我也可以選擇在其他地方重復利用這項投資,?！?/p>

合作

然而，新的RISC-V架構(gòu)要求產(chǎn)業(yè)界以過去從未見過的水平進行合作,。行業(yè)內(nèi)部以及產(chǎn)業(yè)界和學術(shù)界之間必須緊密合作,，才能推動RISC-V繼續(xù)前進。Asanovic的第三個身份——加州大學伯克利分校教授就是這種要求的重要證明,。

“RISC-V來自學術(shù)界,，在這個領域使用產(chǎn)業(yè)界ISA制造芯片一直是不可能的,，因為他們太復雜了,，還被IP所束縛，你無法與他人分享你的工作,。而在學術(shù)界,，你可以建立在別人的基礎上。所以我們創(chuàng)建了RISC-V來實現(xiàn)我們想要進行的研究,，再然后它就被業(yè)界采用了,。

現(xiàn)在，工業(yè)界發(fā)生的事情正在被反饋到學術(shù)界：軟件被移植,，分發(fā)可用,，大學研究小組可以使用這個ISA，他們也可以使用商業(yè)支持的完整堆棧軟件來進行修改,。

大學發(fā)展正在良性循環(huán)：部署在工業(yè)界,、行業(yè)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的問題，正在被送回學術(shù)界解決,，然后他們可以立即重新使用,。“

而事實上,，我們也的確發(fā)現(xiàn)了一些問題,。

“普林斯頓大學的研究人員做了一些工作,，可以證明雖然RISC-V內(nèi)存一致性模型中（memory consistency model）沒有錯誤，但在堆棧中補上其缺失的一部分可以以使其堅如磐石,，”Speers說,。“因為有研究人員正在研究RISC-V,，并且因為它完全開放,，所以它開發(fā)了一個非常強大的內(nèi)存一致性模型。這是每個人現(xiàn)在都能從中受益的東西,?！?/p>

這也使大學畢業(yè)生與招聘公司更加相關。

McDermott指出：“各組之間的技術(shù)交流更加緊密,，學術(shù)界多年來也一直在教授諸如新型架構(gòu)等主題,。”“學生可以提供最先進,，相關和有用的東西,。每個畢業(yè)生想要做的就是帶上他們的一些證書參加面試，證明他們是一位有實際經(jīng)驗的雇員,。以上是前景的融合,，對我們的行業(yè)來說大有裨益?！?/p>

這也促進了行業(yè)內(nèi)的合作,。Scott表示：“競爭對手比以往更加團結(jié)”，“在文化方面,，我倍受鼓舞,，它激發(fā)了我很久沒見過的合作和興奮。但這并不能保證有良好的效果,。我們也看到人們從學術(shù)界的木制品（woodwork ）中走出來,，因為RISC-V的存在，他們與那些有興趣消費他們正在做的事情的人建立了聯(lián)系,。RISC-V正在產(chǎn)生一些彌合鴻溝的潛力,，特別是在安全領域?！?/p>

固化（Hardening）硬件

然而,，許多人需要的不僅僅是ISA。

“一張白紙是一項艱巨的任務,，” McDermott說,。“RISC-V的一個優(yōu)點是,，如果我可以給你90％的解決方案,，并且你可以修改它,，那么它就會讓你“運轉(zhuǎn)”起來，但你不需要重新發(fā)明輪子,，因為你有一個基礎設施和基礎,，你可以在它上面提供一些東西?！?/p>

但是,，必須注意不要增加核心和額外的baggage。

“他有一個永遠存在的,、非常簡單的核心,，這將成為人們可以建立的穩(wěn)定基礎?！盇sanovic解釋說,。“它是模塊化的,，所以你只需要包含你所需要的模塊,。但它的設計，讓它可以通過多種方式進行擴展,，當中包括了標準擴展,，然后是項目可能添加的自定義擴展?！?/p>

擴展的數(shù)量將隨著時間的推移而增長,。

“RISC-V的成功促進了硬件項目中更多的開源協(xié)作，” ANSYS首席軟件開發(fā)人員Allen Baker說,?！癗vidia開源了他們的深度學習加速器，并將其集成到RISC-V SoC中,。Bluespec的Piccolo核心已經(jīng)向公眾發(fā)布Western Digital承諾支持開源社區(qū)。除了標準CPU和SoC之外,，向量指令（vector instruction）擴展正在推動GPU,，神經(jīng)網(wǎng)絡和其他多核架構(gòu)的開發(fā)。該標準的開放性和可擴展性使其幾乎可以應用于任何應用程序,?；旧希魏慰删幊探M件都可以采用RISC-V,，從不斷增長的軟件工具集中受益,。”

It takes a lot of effort to prepare a core for some markets. “For RISC-V as an architecture to succeed in areas like automotive, RISC-V must be a commercial success and not just a feel-good story,” says Chris Jones, vice president of marketing for Codasip. “ISO 26262 is an expensive proposition for IP suppliers requiring tremendous financial and human capital commitments. Only successful IP providers will be able to make such investments.”

為一些市場準備核心需要付出很多努力,。

“例如,，如果RISC-V想在汽車等領域取得成功,，那么它必須取得商業(yè)上的成功，而不僅僅是一個感覺良好的故事,，” Codasip營銷副總裁Chris Jones說,。“ ISO 26262對于還需要巨額資金和人力資本承諾的IP供應商來說,，是一個昂貴的主嘗試,，因為只有成功的IP提供商才會進行此類投資?！?/p>

軟件生態(tài)系統(tǒng)

長期（Long-term）的成功將取決于強大的軟件生態(tài)系統(tǒng),。

“盡管RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)尚未像Arm一樣完善，但它可能已經(jīng)超過了其他第三方處理器IP,，” 西門子事業(yè)部Mentor營銷總監(jiān)Neil Hand表示：“這主要是因為很多倍受矚目的公司開始關注該標準,，并轉(zhuǎn)移到這個平臺上來?！?/p>

The move has a good economic foundation. “The maintenance of processors and tool chains has become cost-prohibitive to most, thus an attractive candidate to outsource,” adds Jones. “However, outsourcing to traditional legacy processor suppliers is also an expensive proposition. These economic factors are contributing to the rise of RISC-V and to the success of companies that offer tools to support and maintain processor architectures.”

此舉具有良好的經(jīng)濟基礎,。

“處理器和工具鏈的維護對大多數(shù)人而言成本過高，因此這是一個有吸引力的外包（outsource）候選人,，”瓊斯補充說,。“然而,，外包給傳統(tǒng)的處理器供應商也是一個昂貴的方式,。正式在這些經(jīng)濟因素的推動下，促成了RISC-V的興起,，以及提供支持和維護處理器架構(gòu)工具公司的成功,。”

Speers說：“許多大型公司的表現(xiàn)相當不錯,?！薄癓inux已經(jīng)被推廣，但它還需要做兩件事,。一個是LLVM編譯器,，第二個是Java虛擬機。我們在操作系統(tǒng)方面取得了很好的進展,，當中包括了RTOS支持,。調(diào)試生態(tài)系統(tǒng)也運行良好。IP生態(tài)系統(tǒng)的賣家包括具有調(diào)試/跟蹤功能的UltraSoC公司,，他們正在開發(fā)合作伙伴關系,。市場表現(xiàn)也相當?shù)摹！?/p>

EDA行業(yè)也開始有所回應,。

“我希望RISC-V生態(tài)系統(tǒng)能夠超越IP,，” OneSpin Solutions的技術(shù)營銷顧問Tom Anderson說?！氨姸鄬嵤镋DA供應商提供了機會和用戶,。這是一個全新的ISA，對正式驗證針I(yè)SA的實現(xiàn)已經(jīng)有相當大的興趣,。我希望EDA供應商能夠提供驗證IP（VIP）和正式應用,，以幫助用戶驗證他們的RISC-V設計?！?/p>

 “從學術(shù)研究到商業(yè)應用的轉(zhuǎn)變需要一個跨越鴻溝式的飛躍,，” Breker Verification Systems首席營銷官Dave Kelf指出?！耙厥潜匦璧?，例如廣泛的合規(guī)能力和商業(yè)級工具，這些都將到來,。商業(yè)公司推動強大的生態(tài)系統(tǒng)需要良性循環(huán),，這反過來又說服其他公司啟動項目?！?/p>

結(jié)論

摩爾定律越來的逐漸失效正在影響半導體行業(yè)的許多方面,。RISC-V的出現(xiàn)，表明該行業(yè)愿意尋找替代品,。正如大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士所證實的那樣,，這顯然和往常不一樣。

雖然宣布RISC-V取得成功可能為時尚早,，但我們正在很穩(wěn)當?shù)叵蜻@個目標前進,。引用丘吉爾的話 —— “現(xiàn)在這不是結(jié)束。這甚至還沒開始結(jié)尾,。但它可能是開始的結(jié)束,。”

接下來的兩年將會令人興奮,。Jones預測,，“2019年，您將看到RISC-V和以前的處理一樣,，在更多的應用領域取得重大的成功?！?/p>