RISC-V可能真正能成為國產(chǎn)的自主的指令集架構(gòu)

最近中美貿(mào)易戰(zhàn)激戰(zhàn)正酣，中興被美國禁運的消息傳來，一時間國內(nèi)輿論大嘩，說了多年的芯片“自主研發(fā)”，這么多的國產(chǎn)芯片上市公司，似乎到了關(guān)鍵時刻就被人卡脖子了。

已經(jīng)有很多媒體談到了國產(chǎn)芯片的自主制造，但似乎沒有多少人談到芯片架構(gòu)的問題。芯片指令集架構(gòu)是溝通軟硬件運算之間的橋梁，以前曾經(jīng)有過許多的架構(gòu)，但隨著時間的推移，類似于MIPS等架構(gòu)已經(jīng)逐漸消失了。

2016年7月18日，日本軟銀宣布以243億英鎊（約合320億美元）收購英國芯片CPU IP設(shè)計公司ARM。ARM在中國有100多位合作伙伴,去年基于ARM生產(chǎn)的芯片產(chǎn)品有170億顆，而全球人口也只有70億。有業(yè)內(nèi)人士預(yù)測在物聯(lián)網(wǎng)時代，基于ARM架構(gòu)芯片將達到萬億級別。目前國產(chǎn)芯片中商業(yè)發(fā)展最好的華為海思、紫光展銳均采用ARM架構(gòu)來進行IC設(shè)計。

目前主流的架構(gòu)包括Intel的X86、ARM架構(gòu)，在日常生活中見到最多的是ARM，基本上所有的芯片公司都在采用ARM的架構(gòu)。

可以說，談到物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用已經(jīng)不能繞開ARM，但是在ARM基本上要一統(tǒng)天下，甚至侵入Intel的桌面PC和服務(wù)器業(yè)務(wù)的時候，免費開源的RISC-V誕生了。

“RISC-V可能真正能成為國產(chǎn)的自主的指令集架構(gòu)?！盧ISC-V推廣人，武漢聚芯微電子架構(gòu)師胡振波認為。他表示，RISC-V作為免費的架構(gòu)，將會和ARM產(chǎn)生競爭。在手機等傳統(tǒng)ARM的壟斷領(lǐng)域會保持強勢存在，在一些新興的邊緣領(lǐng)域，比如IoT、AI、邊緣計算領(lǐng)域，RISC-V將具有爆發(fā)空間。

什么是RISC-V？

2017年，兩位現(xiàn)代計算機架構(gòu)先驅(qū)John Hennessy與David Patterson分別獲得了2017年ACM圖靈獎，他們本身是RISC-V技術(shù)的發(fā)起人和推動者。這兩位泰斗也雙雙進駐谷歌。

由于不滿ARM等處理器架構(gòu)的復(fù)雜性和相關(guān)知識產(chǎn)權(quán)的限制，在這兩位大師的推動下，伯克利大學(xué)決定發(fā)明一種全新的指令集架構(gòu)，可以被任何學(xué)術(shù)機構(gòu)或商業(yè)組織自由使用。這兩位大師編排的教材，在全球范圍內(nèi)，以美國為首在大學(xué)教材方面都在采用RISC-V為教材。在全球范圍內(nèi)，RISC-V也被很多國家定義成國家標(biāo)準(zhǔn)指令集，比如印度。在業(yè)界也引起了很多關(guān)注，比如三星明確表示會使用RISC-V用在相關(guān)的產(chǎn)品中。2016年，RiSC-V成立了基金會，初創(chuàng)企業(yè)包括Google、西部數(shù)據(jù)、***晶心、聯(lián)發(fā)科、杭州中天、華為等。

RISC-V的意義是什么？

前面提到過，芯片指令集架構(gòu)是溝通軟硬件運算之間的橋梁。RISC-V作為全新的指令集是一個顛覆性的架構(gòu)，這個架構(gòu)的目標(biāo)和以往所有的商業(yè)架構(gòu)都不一樣?？梢员蝗魏螌W(xué)術(shù)機構(gòu)和商業(yè)組織使用。如果我們要用到ARM的架構(gòu)是要付費的，RISC-V任何人都可以免費使用。

這個顛覆性的理念在整個處理器的歷史上沒有出現(xiàn)過的。正式因為其顛覆性，RISC-V在2016年被評為最佳技術(shù)。

RISC-V的技術(shù)特點是什么？

RISC-V的技術(shù)特點是三點：模塊化、極簡、可擴展。首先它是一個模塊化的指令集，配合一些擴展華的指令集來組成。嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用和服務(wù)器領(lǐng)域的應(yīng)用不一樣，這第一個特點是模塊化。

第二個特點是極簡，因為一些傳統(tǒng)的X86和ARM架構(gòu)的篇幅，傳統(tǒng)商業(yè)架構(gòu)非常繁多，并且彼此之間不兼容。因為RISC-V是后發(fā)的架構(gòu)，擁有技術(shù)上的后發(fā)優(yōu)勢，技術(shù)上非常精簡。

另外非常易于實現(xiàn)，相比傳統(tǒng)的商用操作系統(tǒng)。最后一點是可擴展，傳統(tǒng)的ARM指令集是不允許做擴展，但是RISC-V是方便做可擴展的。

由于RISC-V的三大技術(shù)特點，因此吸引到非常多的大公司都在紛紛的給它站臺，RISC-V基金會每年會進行兩到三場RISC-V的研討會，每一次都會有大公司和知名大學(xué)來主辦主場。

只有RISC-V才能實現(xiàn)國產(chǎn)自主的指令集架構(gòu)

目前國產(chǎn)處理器所采用的指令集架構(gòu)現(xiàn)狀。

國產(chǎn)操作系統(tǒng)可以用開源的Linux，可是自主開發(fā)芯片指令集架構(gòu)這玩意就比較難了。因此要談“自主研發(fā)”似乎繞不開芯片架構(gòu)。國外的指令集架構(gòu)本質(zhì)上是一種授權(quán)付費的，很難實現(xiàn)國產(chǎn)自主。如果國家自己定義一套指令集架構(gòu)沒有太大意義，因為處理器架構(gòu)必須是全球范圍的一個通用架構(gòu)，必須獲得生態(tài)支持?！癛ISC-V可能真正能成為國產(chǎn)的自主的指令集架構(gòu)?！焙癫ū硎?，現(xiàn)在有了RISC-V可以很好的解決這一問題，由于這是由開放的基金會組織，并不會收費。中國公司也可以加入這個基金會，另外目前全世界正在迅速發(fā)展，正在產(chǎn)生全新的生態(tài)。

胡振波表示，目前半導(dǎo)體和嵌入式領(lǐng)域從業(yè)者都很關(guān)注RISC-V。

再來看看RISC-V版本的盤點，RISC-V只是一個指令集架構(gòu)，定義了一個標(biāo)準(zhǔn)，你可以按照這個標(biāo)準(zhǔn)來做處理器。因為這是一個開放的指令集架構(gòu)，因此你個人也可以做。所以過去幾十年冒出了很多不同的版本。也有一些商用的IP公司推出了一些商用版本，基本上以國外為主。中國大陸目前為止，只有蜂鳥E200是由中國大陸開發(fā)的，目前這個表里只列出了主流的版本。

RISC-V的應(yīng)用場景有哪些？

胡振波表示，在產(chǎn)業(yè)界和芯片界，主流的大公司都在用RISC-V架構(gòu)來做產(chǎn)品。西部數(shù)據(jù)和AMD都明確的說在用RISC-V做芯片，CEVA在用RISC-V做控制芯片核，谷歌也在用RISC-V做一些新的芯片項目。還有美光。除了這些大公司，還有很多業(yè)界大公司已經(jīng)非常普遍的在用RISC-V來做內(nèi)核。圍繞商業(yè)技術(shù)涌現(xiàn)了很多的專用公司，美國對于新技術(shù)的接受程度是很快的。

中國大陸其實目前還沒有明確的商業(yè)公司來做這個事情，以上列舉了比較知名的公司。非常有代表性的幾款芯片，包括美國的Sifive，采用Linux處理器核，另一款是Greenwaves IoT應(yīng)用處理器，這是歐洲公司推出的非常低功耗的IoT處理器，也是采用RISC-V的處理器。

RISC-V技術(shù)對于IoT的意義

那么RISC-V技術(shù)對于IoT將帶來什么樣的意義呢？

首先是持續(xù)的碎片化，Iota是一個碎片化的生態(tài)，這個生態(tài)里如果能快速定義出差異化的產(chǎn)品。面對這個技術(shù)同樣的要求，低功耗、低成本、安全性以及邊緣計算、增強計算也是明確的新的要求。

由于越來越以應(yīng)用為中心的趨勢，也就是說不是在向以前以芯片公司為中心。以前是MTK、高通主導(dǎo)應(yīng)用，而IoT是碎片化的以應(yīng)用為中心，替代了傳統(tǒng)的芯片公司為中心的模式。另外，傳統(tǒng)的ARM的IP售價還是很貴的。并且每個版本的發(fā)布時間也是很長，同時也讓創(chuàng)新門檻變高，只有大公司才能買到IP，很難快速響應(yīng)邊緣化的計算需求。

RISC-V的優(yōu)點很好的解決這些問題，一個是RISC-V是全世界通用的標(biāo)準(zhǔn)指令集，生態(tài)長期向好。因為全球的大學(xué)都在以RISC-V授課，隨著5年、10年的維度來看，對RISC-V的掌握情況會成為基本技能。尤其它的架構(gòu)是免費開放，降低了創(chuàng)新門檻，有技術(shù)能力的個人和公司能夠使用這個架構(gòu)來開發(fā)一些有意思的應(yīng)用。由于具備低成本的優(yōu)勢，也降低了創(chuàng)新的代價。

基于以上原因，所以能夠很快速的響應(yīng)碎片化，越來越多的新創(chuàng)公司越來越多使用RISC-V內(nèi)核，希望進入技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域。越來越多的國內(nèi)公司也在使用RISC-V內(nèi)核。胡振波認為，RISC-V能夠降低邊緣計算的成本和門檻，帶來快速的創(chuàng)新產(chǎn)品。

基于RISC-V自主研發(fā)的蜂鳥E200處理器

最后，胡振波介紹了自己研發(fā)的首顆采用RISC-V架構(gòu)的MCU蜂鳥E200。據(jù)介紹，這款全球最小的32位RISC-V核心可以實現(xiàn)超低功耗，對標(biāo)的是ARM的M0+的MCU內(nèi)核，安全可控，無需向國外公司支付版稅。胡振波表示蜂鳥E200還有205、205FD等一系列產(chǎn)品線。

“這就是開放的指令集的魅力，接下來會冒出更多無法想象的指令集版本?！焙癫ㄗ詈蟊硎?。