2010年，RISC-V項(xiàng)目創(chuàng)始人David Patterson、Andrew Waterman、Yunsup Lee和Krste Asanovic開(kāi)始思考，既然在互聯(lián)網(wǎng)、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)、編譯器、圖像等行業(yè)都有開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)、免費(fèi)及開(kāi)放的實(shí)現(xiàn)方式和私有化的實(shí)現(xiàn)方式，那么有沒(méi)有可能在處理器IC領(lǐng)域也打造一個(gè)真正開(kāi)源的、免許可、免授權(quán)費(fèi)用指令集架構(gòu)？未來(lái)，能否用模塊化IC或者是用軟件定義硬件的理念，輔之以社區(qū)的方式，去設(shè)計(jì)和維護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)？在這一背景下，RISC-V項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。g5iesmc

“總的來(lái)看，RISC-V技術(shù)完善度越來(lái)越高，生態(tài)多樣性越來(lái)越體現(xiàn)，參與者越來(lái)越多”。 2022 RISC-V中國(guó)峰會(huì)主席、平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠提供的數(shù)據(jù)顯示，目前，RISC-V國(guó)際基金會(huì)已經(jīng)布局70多個(gè)技術(shù)小組開(kāi)展技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定；超過(guò)160個(gè)面向各領(lǐng)域處理器核，各行業(yè)滲透率越來(lái)越深；SPECint性能首次超過(guò)10分，進(jìn)入高性能計(jì)算的行列；會(huì)員超過(guò)3100家，比2021年增加130%。Semico Research則預(yù)計(jì)，到2025年全球?qū)⒂?24億顆RISC-V架構(gòu)的處理器內(nèi)核。g5iesmc

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2022 RISC-V中國(guó)峰會(huì)主席、平頭哥半導(dǎo)體副總裁孟建熠g5iesmc

一些標(biāo)志性的事件也令人印象深刻，包括：

• RISC-V處理器在IoT的應(yīng)用規(guī)模超100億，用12年的時(shí)間完成了走出校園到量產(chǎn)100億顆初級(jí)階段。更為重要的是，中國(guó)公司的出貨量占50%，在技術(shù)和應(yīng)用上的貢獻(xiàn)度越來(lái)越高。
• Clockwork發(fā)布首臺(tái)基于RISC-V的便攜式計(jì)算機(jī)，盡管性能還比較弱，但或許10年后來(lái)看，它的一小步可能是RISC-V架構(gòu)的一大步；
• Intel設(shè)立10億美元?jiǎng)?chuàng)新基金，全面支持RISC-V生態(tài)發(fā)展；
• SiFive估值超25億美元，賽道熱度快速提升。

孟建熠預(yù)測(cè)稱，隨著RISC-V技術(shù)和應(yīng)用的繼續(xù)演進(jìn)，以下3個(gè)趨勢(shì)將成為必然：首先，RISC-V將繼續(xù)向高主頻、高性能演進(jìn)，2022年將成為RISC-V生態(tài)性能從1GHz走向2GHz之年；其次，隨著穩(wěn)定硬件的出現(xiàn)，RISC-V架構(gòu)軟硬件全棧成為必然趨勢(shì)，從IP到SOC、到開(kāi)發(fā)板、SOM、操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等方面將得到全面的優(yōu)化；最后，RISC-V架構(gòu)將走向更廣的生態(tài)合作，在商業(yè)合作上將會(huì)有更多的新模式、軟件持續(xù)豐富，應(yīng)用不斷多樣化。 g5iesmc

商業(yè)ISA的浮沉

其實(shí)在RISC-V出現(xiàn)之前，歷史上已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)多種指令集架構(gòu)(ISA)，比如DEC(PDP-11、VAX、Alpha)、英特爾(i960、i860、Itanium)、IBM 360、MIPS、SPARC、Arm等，各自命運(yùn)跌宕起伏。其中，IBM 360指令集架構(gòu)擁有超過(guò)50年的歷史，是現(xiàn)存最老的指令集架構(gòu)，得益于良好的軟件生態(tài)，IBM目前仍能夠銷售大型機(jī)；MIPS先后被賣給了Imagination和Wave Computing公司，現(xiàn)在也走上了開(kāi)源的道路；Sun公司將SPARC開(kāi)源后又被Oracle公司并購(gòu)，如今已消失無(wú)影蹤。g5iesmc

最終，經(jīng)過(guò)時(shí)間和市場(chǎng)的檢驗(yàn)，超過(guò)99%的筆記本/臺(tái)式機(jī)/服務(wù)器芯片都是基于AMD64指令，超過(guò)99%的手機(jī)及平板的芯片都是基于Arm v7/v8指令架構(gòu)。之所以會(huì)出現(xiàn)這樣的情況，業(yè)內(nèi)人士分析稱主要原因在于這些指令集架構(gòu)的生命力往往與核心公司的經(jīng)營(yíng)狀況、股權(quán)結(jié)構(gòu)、商業(yè)目標(biāo)、戰(zhàn)略規(guī)劃息息相關(guān)，“一榮俱榮，一損俱損”，存在著很大的風(fēng)險(xiǎn)。g5iesmc

和歷代指令集架構(gòu)相比，RISC-V主要有五點(diǎn)區(qū)別：g5iesmc

（1）簡(jiǎn)潔：較其他商用指令集小很多。g5iesmc

（2）全新設(shè)計(jì)：吸取了前輩的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，用戶和特權(quán)指令集明確分離，和微架構(gòu)/工藝技術(shù)脫鉤。g5iesmc

（3）模塊化ISA：提供短小精干的基本指令集+標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展(1+N)，為將來(lái)預(yù)留足夠空間。g5iesmc

（4）穩(wěn)定性：基本及標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展ISA不會(huì)再改變，通過(guò)可選擴(kuò)展而非更新ISA的方式來(lái)增加指令。g5iesmc

（5）通過(guò)社區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)：由行業(yè)或?qū)W術(shù)專家及軟件開(kāi)發(fā)者組成的社區(qū)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以共享RISC-V軟件生態(tài)系統(tǒng)。g5iesmc

可以將傳統(tǒng)CPU增量ISA和RISC-V ISA分別比喻為“大而全的自助餐”和“想吃什么點(diǎn)什么的菜單”。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是傳統(tǒng)CPU ISA猶如大而全的自助餐，各種應(yīng)用所需指令應(yīng)有盡有，不管想不想要，人均消費(fèi)300元；而RISC-V ISA的設(shè)計(jì)理念更像是為用戶提供了“必選菜+可選菜”的菜單組合，基礎(chǔ)指令是必選菜，可擴(kuò)展指令是可選菜，用戶可以根據(jù)自己的需要，自主選擇不同的菜品組合，消費(fèi)金額大幅下降。g5iesmc

當(dāng)然，菜單中“菜品”的增加與否，會(huì)由RISC-V基金會(huì)決定何時(shí)在菜單中添加一個(gè)新菜（擴(kuò)展指令），并在硬件和軟件技術(shù)委員會(huì)（IG）進(jìn)行擴(kuò)展指令集的公開(kāi)討論后，只會(huì)就技術(shù)來(lái)討論增加的重要性。即使菜單上出現(xiàn)了新菜，它們?nèi)匀皇强蛇x的，而不是所有未來(lái)實(shí)現(xiàn)的必須要求。這樣，硬件是否需要實(shí)現(xiàn)完全取決于應(yīng)用程序的需要，模塊化組合方式實(shí)現(xiàn)了更小的面積和更低的功率，這對(duì)嵌入式IoT應(yīng)用至關(guān)重要。g5iesmc

時(shí)機(jī)成熟了嗎？

對(duì)于任何新技術(shù)，特別是一項(xiàng)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，人們總是會(huì)問(wèn)“時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟了嗎？”這樣的問(wèn)題。那么，RISC-V目前處于什么階段呢？包括生態(tài)系統(tǒng)、芯片/系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員的平臺(tái)選擇、安全性、軟件、投資等在內(nèi)問(wèn)題是否得到了很好的解決？g5iesmc

中國(guó)科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍研究員對(duì)此回應(yīng)稱，Arm指令集經(jīng)過(guò)了30多年的發(fā)展才達(dá)到目前的狀態(tài)，而RISC-V指令集到現(xiàn)在只有短短12年的時(shí)間，但2021年的出貨量就超過(guò)100億顆，軟硬件生態(tài)也得到了極大的豐富，從他個(gè)人的角度來(lái)看，“RISC-V的商用時(shí)機(jī)已經(jīng)到來(lái)，雖然目前可能還是局限于一些對(duì)算力和軟件生態(tài)豐富程度要求并不太高的領(lǐng)域。”g5iesmc

如果從生態(tài)繁榮程度進(jìn)行對(duì)比，RISC-V目前可能處在Arm在2000-2005年的階段——市場(chǎng)上關(guān)于Arm的資料、書籍、培訓(xùn)班大量出現(xiàn)，企業(yè)對(duì)Arm開(kāi)發(fā)者需求爆增，在嵌入式領(lǐng)域與X86、MIPS展開(kāi)了非常激烈的競(jìng)爭(zhēng)。RISC-V現(xiàn)在的情形與那時(shí)非常相似，教育科研、文檔材料、人才培訓(xùn)、商用場(chǎng)景、出貨量…整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)處于發(fā)力的階段，無(wú)論是個(gè)人還是企業(yè)，都已經(jīng)走出了觀望的階段。g5iesmc

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中國(guó)科學(xué)院軟件研究所總工程師武延軍研究員g5iesmc

“RISC-V跟其它主流架構(gòu)相比，最大區(qū)別在于它是開(kāi)源的，這就可以調(diào)動(dòng)全球生態(tài)的力量去改進(jìn)升級(jí)，這樣就會(huì)讓它更易并行去完善技術(shù)、率先響應(yīng)新的需求，這跟傳統(tǒng)上一家公司維護(hù)一個(gè)架構(gòu)是完全不同的模式。”孟建熠強(qiáng)調(diào)稱，從產(chǎn)業(yè)的角度來(lái)看，RISC-V是在以開(kāi)源的方式推動(dòng)一種新的體系結(jié)構(gòu)，就像Linux這種全球開(kāi)源的操作系統(tǒng)一樣，大家都可廣泛參與，都有機(jī)會(huì)，“那些在體系結(jié)構(gòu)上尋求創(chuàng)新和突破的公司可以持續(xù)進(jìn)來(lái)了。“g5iesmc

讓RISC-V在中國(guó)更加“普惠”

“中國(guó)芯”一直是一個(gè)很熱的話題，政府、產(chǎn)業(yè)、基金、市場(chǎng)都非常有興趣想去了解RISC-V指令集會(huì)給他們的產(chǎn)品和商業(yè)模式帶來(lái)哪些影響；另一方面，芯片產(chǎn)業(yè)涉及的領(lǐng)域極廣，從傳感器、圖像/音視頻處理，到5G通信、GPU、人工智能，再到最頂層的CPU，然而從國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況來(lái)看，國(guó)內(nèi)在CPU方面投資巨大，但投資效率不高，甚至事倍功半，所以當(dāng)開(kāi)源免費(fèi)的RISC-V指令集出來(lái)之后，中國(guó)產(chǎn)業(yè)界自然對(duì)其抱有極大的期望。g5iesmc

巨量的市場(chǎng)、大規(guī)模的計(jì)算機(jī)工程師團(tuán)隊(duì)和專業(yè)人才、足夠豐富的應(yīng)用場(chǎng)景，是中國(guó)相對(duì)于世界上其它國(guó)家而言具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為最能充分發(fā)揮RISC-V的多樣性特點(diǎn)。g5iesmc

RISC-V國(guó)際基金會(huì)CTO Mark Himelstein指出，“RISC-V是人類第一次以開(kāi)源開(kāi)放模式，由全世界參與構(gòu)建的計(jì)算生態(tài)體系。“在武延軍看來(lái)，這也是中國(guó)從發(fā)展初期就可以深度參與、發(fā)揮核心貢獻(xiàn)的新指令集架構(gòu)和新生態(tài)，是難得的歷史機(jī)遇。另一方面，中國(guó)沒(méi)有國(guó)外老牌廠商和機(jī)構(gòu)的歷史包袱，沒(méi)有已經(jīng)存在的商業(yè)利益，使中國(guó)有機(jī)會(huì)在一個(gè)全新的視角、一個(gè)全新的架構(gòu)下面進(jìn)行一些開(kāi)創(chuàng)性工作。但相應(yīng)的劣勢(shì)也比較明顯，就是中國(guó)目前在一些技術(shù)領(lǐng)域，尤其是在處理器IP核與核心基礎(chǔ)軟件(編譯工具鏈、操作系統(tǒng))方面，沒(méi)有國(guó)外巨頭在歷史上積累的豐富經(jīng)驗(yàn)，在高端核心人才和知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的儲(chǔ)備也存在一定差距。g5iesmc

例如，從軟件的角度來(lái)看，目前還是有很多核心基礎(chǔ)軟件沒(méi)能很好的運(yùn)行在RISC-V平臺(tái)上，這里既有指令集規(guī)范不成熟的問(wèn)題，但更多的是這些基礎(chǔ)軟件包之前都運(yùn)行在X86和Arm架構(gòu)上，維護(hù)者和社區(qū)還沒(méi)有把RISC-V當(dāng)成Tier-1去對(duì)待，這其中涉及理念、投入和商業(yè)利益回報(bào)等多個(gè)問(wèn)題。g5iesmc

孟建熠則提醒產(chǎn)業(yè)界說(shuō)，接下來(lái)，RISC-V硬件架構(gòu)還需要變得更加穩(wěn)定和可靠，這樣才能確保上層軟件的適配更加容易，更加豐富，為各領(lǐng)域今后向縱深方向發(fā)展奠定基礎(chǔ)。道理其實(shí)也不復(fù)雜，因?yàn)樯蠈榆浖Ｔ截S富，就愈加看不到底層的硬件架構(gòu)，所以硬件的穩(wěn)定性是軟件無(wú)縫移植的基礎(chǔ)。g5iesmc

因此，在剛剛結(jié)束的2022 RISC-V中國(guó)峰會(huì)上，幾家本土頭部企業(yè)也都帶來(lái)了自己最新的RISC-V芯片平臺(tái)：g5iesmc

阿里平頭哥發(fā)布首個(gè)高性能RISC-V芯片平臺(tái)“無(wú)劍600”及SoC原型“曳影1520”，首次兼容龍蜥Linux操作系統(tǒng)并成功運(yùn)行LibreOffice，刷新全球RISC-V一系列紀(jì)錄?；跓o(wú)劍600軟硬件全棧平臺(tái)，開(kāi)發(fā)者和廠商可快速開(kāi)發(fā)RISC-V芯片，推動(dòng)邁向2GHz高性能RISC-V邊、云應(yīng)用新時(shí)代。g5iesmc

賽昉科技則發(fā)布了全球首款量產(chǎn)高性能RISC-V多媒體處理器——昉·驚鴻7110(JH7110)，和全球性能最高的量產(chǎn)RISC-V單板計(jì)算機(jī)——昉·星光2(VisionFive 2)，推動(dòng)RISC-V在高性能應(yīng)用領(lǐng)域漸入佳境。g5iesmc

中科院計(jì)算所、北京開(kāi)源芯片研究院、騰訊、阿里、中興通訊、中科創(chuàng)達(dá)、奕斯偉、算能等形成的聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，開(kāi)始開(kāi)展第三代香山(昆明湖架構(gòu))的聯(lián)合開(kāi)發(fā)。中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員包云崗在博文中寫道：香山聯(lián)合團(tuán)隊(duì)的形成，標(biāo)志著得到了香山及其開(kāi)源模式得到了產(chǎn)業(yè)界的初步認(rèn)可，為跨越“從原型到產(chǎn)品”這個(gè)死亡之谷邁出了關(guān)鍵一步。g5iesmc

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中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所研究員包云崗g5iesmc

“今后，如果開(kāi)源軟件與RISC-V的開(kāi)源架構(gòu)能夠很好地實(shí)現(xiàn)整合，提供非常好的軟硬一體解決方案，那么在Total Solution上就會(huì)非常好的呈現(xiàn)出它的普惠特點(diǎn)。”孟建熠說(shuō)。g5iesmc

結(jié)語(yǔ)

盡管RISC-V相關(guān)軟硬件技術(shù)和生態(tài)未完全成熟，高性能芯片的商用落地尚需繼續(xù)尋求突破。但中國(guó)工程院院士倪光南表示，要實(shí)現(xiàn)芯片產(chǎn)業(yè)自主可控的目標(biāo)，就必須要打破主流CPU架構(gòu)壟斷的格局，RISC-V的出現(xiàn)為推動(dòng)中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了新的機(jī)遇。而生態(tài)發(fā)展是決定RISC-V從物聯(lián)網(wǎng)邁向高性能應(yīng)用領(lǐng)域的關(guān)鍵，需要社會(huì)各界的共同努力。g5iesmc