RISC-V 是加州大學(xué)伯克利分校開(kāi)發(fā)人員在 2010 年構(gòu)想的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)指令集架構(gòu) （ISA），正在不斷發(fā)展壯大。

RISC-V 中的 RISC 代表精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)，這意味著它旨在簡(jiǎn)化給計(jì)算機(jī)的每條單獨(dú)指令。

由于 RISC-V 是一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，任何人都可以實(shí)施、定制和擴(kuò)展 ISA 以滿足他們的要求。不過(guò)，RISC-V 并不是第一個(gè)開(kāi)放的 ISA：一些較舊的 RISC ISA，包括 POWER 和 SPARC，已經(jīng)作為開(kāi)源發(fā)布到公共領(lǐng)域。例如，OpenRISC 項(xiàng)目已被證明在學(xué)術(shù)界和業(yè)余愛(ài)好者圈子中很受歡迎。然而，以前的開(kāi)源架構(gòu)每一個(gè)能夠獲得像 RISC-V 這樣的全行業(yè)牽引力。

RISC-V 有什么了不起的？

一句話：自由。無(wú)論您是種子初創(chuàng)企業(yè)、家庭愛(ài)好者還是行業(yè)重量級(jí)人物，RISC-V 都提供了一種為您的設(shè)備設(shè)計(jì)和構(gòu)建芯片的方法，該芯片經(jīng)過(guò)定制以包含您需要的一切，而沒(méi)有您不需要的一切。

RISC-V 也是一個(gè)無(wú)國(guó)界的 ISA。鑒于阻礙當(dāng)今半導(dǎo)體技術(shù)自由貿(mào)易的前所未有的地緣政治和供應(yīng)鏈影響，從美國(guó)和歐洲到中國(guó)和俄羅斯的公司正在轉(zhuǎn)向甚至合作加強(qiáng) RISC-V 作為全球開(kāi)放規(guī)范。RISC-V 成功的另一個(gè)關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素是它的靈活性。隨著摩爾定律的放緩以及設(shè)計(jì)芯片的成本和復(fù)雜性飆升，芯片設(shè)計(jì)人員正在從工藝節(jié)點(diǎn)擴(kuò)展轉(zhuǎn)向采用專業(yè)計(jì)算來(lái)滿足新的計(jì)算需求。

與不允許自由修改的商業(yè) ISA 不同，RISC-V 還允許用戶實(shí)施自定義指令和擴(kuò)展，從而啟用高度專業(yè)化的芯片，針對(duì)獨(dú)特和特定的工作負(fù)載進(jìn)行優(yōu)化。擴(kuò)展包括原子操作并支持以 AI 和 HPC 為中心的處理，例如浮點(diǎn)數(shù)學(xué) （bfloat）、矩陣乘法、向量擴(kuò)展和量化。

最初對(duì) RISC-V 的負(fù)面評(píng)價(jià)主要圍繞著肆無(wú)忌憚的定制以及這將導(dǎo)致碎片化的危險(xiǎn)。更嚴(yán)格控制的商業(yè) ISA 的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)是能夠以最小的適應(yīng)在不同處理器 IP 之間移植代碼。移除控件，您最終可能會(huì)得到數(shù)千個(gè)不同定制的“碎片化”版本的處理器 IP，每個(gè)版本都只能成功運(yùn)行專門(mén)編寫(xiě)的與之兼容的軟件。

RISC-V International 協(xié)調(diào) RISC-V 指令集架構(gòu) （ISA） 的開(kāi)發(fā)，正在采取措施減輕碎片化，讓任何人構(gòu)建自定義擴(kuò)展以公開(kāi)發(fā)布它，以便它可以得到 RISC- 的批準(zhǔn)和標(biāo)準(zhǔn)化。

RISC-V芯片能做什么？

該行業(yè)很快就接受了 RISC-V，并且沒(méi)有放緩的跡象。出于顯而易見(jiàn)的原因，學(xué)術(shù)界已經(jīng)接受 RISC-V 作為免費(fèi)的教學(xué)工具。在企業(yè)市場(chǎng)中，各種規(guī)模的公司，小到個(gè)人，都在使用 RISC-V ISA 設(shè)計(jì)硬件以適應(yīng)廣泛的應(yīng)用，包括人工智能 （AI）、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VR 和 AR，統(tǒng)稱為XR）、汽車、云、高性能計(jì)算 （HPC）、物聯(lián)網(wǎng) （IoT）、存儲(chǔ)、邊緣設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

RISC-V 已經(jīng)走在明確的道路上，可以在嵌入式領(lǐng)域獲得重要的市場(chǎng)份額，在用于設(shè)備主應(yīng)用處理器之外的輔助功能的處理器中。這些是深度嵌入的應(yīng)用程序——最終用戶不知道 RISC-V 在芯片中，但它在那里執(zhí)行關(guān)鍵功能，如上電排序、狀態(tài)機(jī)控制以及電壓調(diào)整和監(jiān)控。

然而，每周，我們都會(huì)看到頭條新聞暗示 RISC-V 在高性能應(yīng)用中的應(yīng)用。2022 年 6 月，博洛尼亞大學(xué)的大學(xué)生與意大利最大的超級(jí)計(jì)算中心 CINECA 合作，產(chǎn)生了第一臺(tái)能夠表現(xiàn)出平衡功耗和性能的 RISC-V 超級(jí)計(jì)算機(jī)。2022 年 9 月，NASA 宣布其下一代高性能航天計(jì)算 （HPSC） 處理器將基于 RISC-V 構(gòu)建。

RISC-V 的 5 大優(yōu)點(diǎn)

RISC-V 已經(jīng)存在了一段時(shí)間，如果你在這里，那是因?yàn)槟懵?tīng)說(shuō)過(guò)它。但也許你仍然需要確信它是未來(lái)？如果您仍然想知道它的潛力和好處，這里有五個(gè)關(guān)于 RISC-V 的好處。

1. RISC-V 是一個(gè)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)

讓我們從簡(jiǎn)單的開(kāi)始。這不是什么新鮮事，但讓我們弄清楚開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)的含義。

開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)并不一定意味著開(kāi)源。RISC-V 架構(gòu)通常被描述為“開(kāi)源”，這是不準(zhǔn)確的。正如我們?cè)?這篇關(guān)于 RISC-V 架構(gòu)許可的文章中所解釋的那樣，RISC-V 就像 C、Wi-Fi 或 LTE，RISC-V International 分別扮演著 ANSI、IEEE 802.11 和 3GPP 的角色定義和管理人們可以自由選擇實(shí)施的標(biāo)準(zhǔn)。但這是一個(gè)書(shū)面標(biāo)準(zhǔn)——不是實(shí)現(xiàn)或微架構(gòu)。與其他開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)一樣，RISC-V 許可證可以是開(kāi)源的也可以是商業(yè)的。

因此，RISC-V 指令集架構(gòu) （ISA） 是開(kāi)放的，這意味著它是免費(fèi)的，任何人都可以下載文檔以隨意使用它，而無(wú)需征得任何人的許可。這很棒，因?yàn)樗试S較小的開(kāi)發(fā)人員、公司和團(tuán)體（如學(xué)者）設(shè)計(jì)和構(gòu)建硬件，而無(wú)需支付昂貴的專有 ISA 許可和版稅。RISC-V 可供所有人使用。

2. RISC-V 對(duì)大學(xué)研究人員具有吸引力

您可能已經(jīng)知道 RISC-V 于 2010 年作為加州大學(xué)伯克利分校的一個(gè)大學(xué)研究項(xiàng)目開(kāi)始。正如我們剛剛提到的它帶來(lái)的有趣的財(cái)務(wù)方面，看到越來(lái)越多的大學(xué)研究人員研究這并不奇怪。

現(xiàn)在，研究人員可以通過(guò)兩種方式做到這一點(diǎn)。感謝加州大學(xué)伯克利分校等各種學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)的工作，有可用的 RISC-V ISA 的免費(fèi)開(kāi)源實(shí)現(xiàn)。這些可以在大學(xué)項(xiàng)目中用于完成沒(méi)有開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)就不可能完成的工作。

更進(jìn)一步，大學(xué)還可以與正在開(kāi)發(fā)大學(xué)課程的 RISC-V 公司合作。讓今天的學(xué)生成為明天的工程師的好方法！Codasip 例如有一個(gè) 大學(xué)課程。通過(guò)與學(xué)術(shù)界合作，我們可以加速 RISC-V IP 和設(shè)計(jì)自動(dòng)化的開(kāi)發(fā)。讓大學(xué)研究人員致力于 RISC-V 是其成功解決未來(lái)技術(shù)挑戰(zhàn)的另一個(gè)關(guān)鍵。

3. RISC-V 允許定制

這就是 RISC-V 的真正潛力所在。

RISC-V 開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)允許人們進(jìn)行定制。然而，大多數(shù)商業(yè)公司不支持這一點(diǎn)。他們銷售標(biāo)準(zhǔn)的、固定的產(chǎn)品。當(dāng)然，如果你設(shè)計(jì)自己的代碼，那么自由就在那里——但對(duì)大多數(shù)人來(lái)說(shuō)，這是不可能的。一些公司，比如 Codasip，提供了兩全其美：定制和豐富的 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)。由于 RISC-V 是一種分層且可擴(kuò)展的 ISA，這些公司允許您實(shí)現(xiàn)基線指令集、可選擴(kuò)展，并為給定應(yīng)用程序添加自定義擴(kuò)展。

讓我在這里澄清一件事。不要混淆自定義和配置。能夠選擇緩存的大小很棒，但這不是自定義。定制意味著能夠修改指令集架構(gòu)和微架構(gòu)。這非常強(qiáng)大，因?yàn)檫@就是您如何設(shè)計(jì)一個(gè)完全適合您的獨(dú)特需求的特定應(yīng)用處理器。

4. RISC-V 給你自由和所有權(quán)

現(xiàn)在讓我們更進(jìn)一步。通過(guò)允許定制，RISC-V 允許您獨(dú)立。您可以根據(jù)需要修改的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)工作。您現(xiàn)在可以按照自己的方式做自己的事情，同時(shí)仍然可以談?wù)摌?biāo)準(zhǔn) RISC-V 架構(gòu)和軟件互操作性的優(yōu)勢(shì)。這是非常強(qiáng)大的東西，在許多行業(yè)領(lǐng)域都將是至關(guān)重要的。

讓我們以汽車為例。擁有差異化的能力是在如此快速發(fā)展的行業(yè)取得成功的關(guān)鍵。該行業(yè)的參與者需要一流的質(zhì)量 IP，還需要處理器設(shè)計(jì)自動(dòng)化技術(shù)，該技術(shù)具有通過(guò)處理器定制加速創(chuàng)新的潛力。

5. RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展迅速

RISC-V 標(biāo)準(zhǔn)由 RISC-V International 維護(hù)， RISC-V International 吸納了 70 個(gè)國(guó)家的 3，100 多名 RISC-V 成員。

過(guò)去有新的處理器和新的 ISA。但 RISC-V 的不同之處在于生態(tài)系統(tǒng)。正如英特爾和 Arm 都表明的那樣，這是處理器架構(gòu)成功的關(guān)鍵因素。更多的生態(tài)系統(tǒng)參與者意味著更多的軟件、更多的工具：這意味著更多的開(kāi)發(fā)人員選擇該 ISA、更多的商業(yè)牽引力，這反過(guò)來(lái)又在加速良性循環(huán)中吸引更多的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴。正是這種螺旋式推動(dòng)了 RISC-V 的市場(chǎng)成功。

RISC-V 適合所有人。這就是它的偉大之處。隨著更多的參與者，從工具和 IP 提供商到采用者，只有更多的選擇才能帶來(lái)更大的創(chuàng)新。

如何在我的產(chǎn)品中使用 RISC-V 芯片？

理論上，RISC-V ISA 是開(kāi)放的，任何人都可以下載并使用它來(lái)設(shè)計(jì)自己的定制硅芯片。事實(shí)上，事情并沒(méi)有那么簡(jiǎn)單。

考慮到，平均而言，設(shè)計(jì)新芯片的 75% 以上的時(shí)間和成本都用于功能驗(yàn)證——確保芯片在流片（在硅片中物理實(shí)現(xiàn)）之前能夠按預(yù)期運(yùn)行——然后進(jìn)行驗(yàn)證。

隨著芯片設(shè)計(jì)者采用更小的工藝節(jié)點(diǎn)，這一工藝變得越來(lái)越昂貴。在 3nm 上設(shè)計(jì)一些東西可能需要由數(shù)千名工程師組成的設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)工作數(shù)萬(wàn)小時(shí)并花費(fèi)數(shù)億美元來(lái)完成功能驗(yàn)證步驟。

與從頭開(kāi)始模擬、設(shè)計(jì)和驗(yàn)證 RISC-V 芯片相關(guān)的成本相比，從不斷增長(zhǎng)的商業(yè) IP 供應(yīng)商列表中許可現(xiàn)成和預(yù)先驗(yàn)證的 RISC-V 內(nèi)核通常具有經(jīng)濟(jì)意義。大多數(shù)供應(yīng)商也為專門(mén)的工作負(fù)載提供定制服務(wù)。

當(dāng)然，如果您要滿足規(guī)模經(jīng)濟(jì)以使您能夠使用 RISC-V ISA 設(shè)計(jì)出真正獨(dú)特的東西，您將需要能夠與 RISC-V ISA 一起進(jìn)行仿真的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化 （EDA） 工具，設(shè)計(jì)和驗(yàn)證您的設(shè)計(jì)。

審核編輯 ：李倩