關于RISC-V你需要知道的大事兒

最近都在弄全志以及平頭哥的risc-v ，如果有正在用的小伙伴歡迎入群交流答疑，不用的或者沒弄過的勿入，謝謝！

RISC-V里面的細節(jié)特別多，如果你不是專門從事處理核心或者工具鏈開發(fā)的沒必要了解那么細致。

RISC-V作為處理器領域的新秀頻繁出現(xiàn)于學術與產(chǎn)業(yè)新聞。

2022年6 月 21 日，RISC-V 國際組織宣布了 2022 年的首批四項規(guī)格和擴展的批準 ——RISC-V 高效跟蹤（E-Trace）、RISC-V 主管二進制接口（SBI）、RISC-V 統(tǒng)一可擴展固件接口（UEFI）規(guī)格，以及 RISC-V Zmmul 純乘法擴展。

什么是RISC-V？

RISC-V, 其中文名稱是第五代精簡指令集(Reduced Instruction Set Computing)。該指令集是由加州大學伯克利分校發(fā)布的一套用于處理器的指令集。

2010年，該學校的研究團隊準備做一個CPU，但是Intel和ARM高昂的授權費用讓他們下決心自己做一套開源的指令集。于是經(jīng)過了幾個月的努力，后來就有了RISC-V。該指令集一經(jīng)推出就受到了廣泛關注，后來成立了RISC-V基金會，專門負責RISC-V的維護與推廣。

2. 什么是指令集，指令集與處理芯片之間有什么關系？

處理器是一塊芯片。而芯片并不會自己工作，需要有人告訴它該做什么操作。例如告訴芯片下個操作做加法，這就是一條指令。

在人類社會中指令基本上是以語言或者聲音的形式存在，而在計算機系統(tǒng)中，指令是以二進制數(shù)存在的。一個芯片指令的合集就叫指令集。指令集規(guī)定了二進制數(shù)的格式、尋址方式、操作類型等。市面上常見的指令集有PC機常用的X86指令集、ARM的指令集等等。

一般來講，先有指令集，才會有芯片來支持指令集。所以指令集可以說是芯片的早期藍圖。指令集類似一種標準，定義了芯片支持的功能。而芯片是一個實物，實現(xiàn)指令集定義的功能。所以你常聽的RISC-V處理器，實際上是支持了RISC-V指令集的處理器芯片。

3. 為什么RISC-V在國內如此受關注？

RISC-V作為較新的指令集，技術上是有一定的優(yōu)勢，其實最大的原因是這個指令集是開源免費的，基于這套指令集設計的芯片無論用于科研和商業(yè)均無需給Intel和ARM上稅。目前市面上常見的指令集都是要收費的，例如華為麒麟芯片，就購買了ARM家的指令集。這些有指令集知識產(chǎn)權的公司均為國外公司，非常不利于我國實現(xiàn)關鍵芯片的自主可控。

目前，國內外已經(jīng)有非常多的RISC-V核心RTL代碼，好多是開源的，如果你感興趣可以下載一個研究研究。如果用于商用，國內外也有許多商業(yè)公司提供穩(wěn)定的RISC-V IP核心。例如國外的SiFive公司、Microsemi公司、國內的阿里平頭哥、芯來科技等公司。

4. RISC-V技術上有什么優(yōu)勢？

技術優(yōu)點總結起來就一句話：短小精悍、擴展性強。處理器發(fā)展了非常多年，里面的坑坑洼洼都被研究的清清楚楚，但是由于ARM和X86的指令集一路走來，需要兼容的東西多，包袱越來越重，導致指令集越來越復雜。

RISC-V吸取了這些經(jīng)驗后指令集每個功能都被安排的明明白白，所以夠精簡。RISC-V最基礎的指令數(shù)目僅僅有40多條

5. RISC-V指令集與芯片目前還有哪些問題？

最大的問題是RISC-V作為一個開源的指令集架構，其相關的編譯器、開發(fā)環(huán)境、甚至成品芯片等相關生態(tài)仍然還在建立之中，生態(tài)不夠強大，大規(guī)模應用還需要一個過程。

6. RISC-V指令集里有什么？

RISC-V作為一個模塊化的指令集，其指令集分成了若干模塊。又分為32bit和64bit版本。所以叫RV32, RV64。

7. RISC-V的核心是如何與AI加速核心集成的？

從整體實現(xiàn)方式上來講，共有兩種方式可以實現(xiàn)AI加速核心與RISC-V計算核心的集成。

方法一是總線外設方案，該方案可以直接把AI加速核心當作一個總線高速外設掛載于SOC系統(tǒng)。

方案二是RISC-V指令集獨有的辦法，擴展RISC-V核心方案。利用RISC-V指令集可擴展的特性，添加專門的AI指令，在設計微內核時加入一個指令派送單元，將AI加速指令直接派送給AI加速核心。

實際上，由于神經(jīng)網(wǎng)絡計算的過程中幾乎不需要條件判斷等操作，規(guī)律的乘加操作占據(jù)大多數(shù)運行時間，兩種實現(xiàn)方案并無本質差別。

擴展RISC-V核心的方案優(yōu)勢在于當總線外設較多時，共用了微內核資源，減少了總線開銷。而擴展RISC-V核心方案的缺點是對RISC-V編譯工具鏈要做少許修改，增加額外的工作量。

8. 最后，總結來講，RISC-V需要了解什么？

RISC-V是一種處理器指令集。

RISC-V處理器指支持RISC-V指令集的芯片。

RISC-V主要優(yōu)勢在于開源免費、短小精煉、擴展性強。

RISC-V目前的問題在于生態(tài)不成熟。

RISC-V與加速核心集成有總線方案和擴展指令集方案。

特點：

完全開源

對指令集使用，RISC-V基金會不收取高額的授權費。

架構簡單

RISC-V架構秉承簡單的設計哲學。體現(xiàn)為：

在處理器領域，主流的架構為x86與ARM架構。x86與ARM架構的發(fā)展的過程也伴隨了現(xiàn)代處理器架構技術的不斷發(fā)展成熟，但作為商用的架構，為了能夠保持架構的向后兼容性，其不得不保留許多過時的定義，導致其指令數(shù)目多，指令冗余嚴重，文檔數(shù)量龐大，所以要在這些架構上開發(fā)新的操作系統(tǒng)或者直接開發(fā)應用門檻很高。

而RISC-V架構則能完全拋棄包袱，借助計算機體系結構經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)成為比較成熟的技術的優(yōu)勢，從輕上路。RISC-V基礎指令集則只有40多條，加上其他的模塊化擴展指令總共幾十條指令。

易于移植Lnix

現(xiàn)代操作系統(tǒng)都做了特權級指令和用戶級指令的分離，特權指令只能操作系統(tǒng)調用，而用戶級指令才能在用戶模式調用，保障操作系統(tǒng)的穩(wěn)定。

RISC-V提供了特權級指令和用戶級指令，同時提供了詳細的RISC-V特權級指令規(guī)范和RISC-V用戶級指令規(guī)范的詳細信息，使開發(fā)者能非常方便的移植linux和unix系統(tǒng)到RISC-V平臺。

模塊化設計

RISC-V架構不僅短小精悍，而且其不同的部分還能以模塊化的方式組織在一起，從而試圖通過一套統(tǒng)一的架構滿足各種不同的應用場景。用戶能夠靈活選擇不同的模塊組合，來實現(xiàn)自己定制化設備的需要，如RV32IMFDC的指令集，使用Machine Mode（機器模式）與User Mode（用戶模式）兩種模式。

完整的工具鏈

對于設計CPU來說，工具鏈是軟件開發(fā)人員和cpu交互的窗口，沒有工具鏈，對軟件開發(fā)人員開發(fā)軟件要求很高，甚至軟件開發(fā)者無法讓cpu工作起來。在cpu設計中，工具鏈的開發(fā)是一個需要巨大工作量的工作。

如果用RISC-V來設計芯片，芯片設計公司不再擔心工具鏈問題，只需專注于芯片設計，RISC-V社區(qū)已經(jīng)提供了完整的工具鏈，并且RISC-V基金會持續(xù)維護該工具鏈。當前RISC-V的支持已經(jīng)合并到主要的工具中，比如編譯工具鏈gcc, 仿真工具qemu等

開源實現(xiàn)

BOOM: Christopher Celio的RV64亂序處理器實現(xiàn)。

成功的流片案例

已經(jīng)有機構和商業(yè)公司流片的案例。可關注RISC-V社區(qū)了解具體信息。

社區(qū)貢獻

完整的工具鏈維護，大量的開源項目。

最后的最后，我個人是很看好RISC-V的發(fā)展前景的。

也許我國在這個領域里會出現(xiàn)下一個Intel或者ARM實現(xiàn)真正的處理器強國夢。但目前階段RISC-V也確實存在各種各樣的問題。

生態(tài)不全面等等問題會給商業(yè)化帶來不小的挑戰(zhàn)。

同時，似乎現(xiàn)在都喜歡炒概念，從可穿戴設備到VR/MR/AR，共享經(jīng)濟，再到AI，再到RISC-V，物聯(lián)網(wǎng)等等。一個又一個風口，如何鑒別哪些是概念哪些真的可以改變世界還是得多學習。

例如RISC-V和AI，我個人覺得從技術角度來講RISC-V可以給AI加速SOC提供一些靈活度，但是遠達不到顛覆AI加速器的程度，只是相比于ARM家的處理器解決了一些癢點而已。

希望國內RISC-V可以穩(wěn)步發(fā)展，不盲目追熱點，找準其優(yōu)勢。要么出現(xiàn)一批拳頭產(chǎn)品，打破壟斷。要么干脆做到舊時王謝堂前燕飛入尋常百姓家，把CPU做成Linux一樣徹底開源的東西。