RISC-V可以被看成是一個充滿生命力的年輕攪局者。寄希望于它能夠在短時間內(nèi)和傳統(tǒng)巨頭抗衡，是不現(xiàn)實(shí)的。但是它舉起了打破壟斷的大旗，為沉悶的行業(yè)生態(tài)注入了新鮮的活力，值得我們?yōu)橹泻?，也值得我們學(xué)習(xí)。

圖片來自“東方IC”

今天要給大家介紹一個開源的東西，那就是現(xiàn)在半導(dǎo)體行業(yè)的網(wǎng)紅、被很多人稱之為“開源芯片”的RISC-V。

說到芯片，自從中興被美國禁運(yùn)事件起，國人對芯片的關(guān)注度被提升到前所未有的高度。似乎一夜之間，所有人都知道了芯片的重要性，體會到“缺芯”會導(dǎo)致多么嚴(yán)重的后果。

今年，華為又被美國政府盯上，列入了實(shí)體名單，再次引發(fā)全國范圍對芯片自主研發(fā)能力的關(guān)注和討論。

內(nèi)外因的綜合作用下，國家重點(diǎn)加強(qiáng)了對芯片領(lǐng)域的投資，越來越多的企業(yè)開始重視對芯片研發(fā)的投入。

而RISC-V，在這個關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，將很可能發(fā)揮非常關(guān)鍵的作用。

究竟什么是RISC-V?

RISC-V，一般被念做：risk five。V，就是羅馬數(shù)字5。

很多人提到RISC-V，都會說它是開源芯片。其實(shí)這種說法是不對的。準(zhǔn)確來說，RISC-V是一個基于“精簡指令集(RISC)”原則的開源指令集架構(gòu)。

別怕!我可以通俗地解釋一下!

指令集，對于CPU來說，就是介于軟件和底層硬件之間的一套程序指令的合集。指令集存儲于CPU內(nèi)部，引導(dǎo)CPU進(jìn)行運(yùn)算，并幫助CPU更高效地運(yùn)行。

PC電腦里面的CPU芯片(中央處理器)

我們現(xiàn)在常用的臺式機(jī)電腦或服務(wù)器，使用的主要是英特爾和AMD公司的CPU。這類CPU使用的指令集，屬于“CISC復(fù)雜指令集”。CISC，就是Complex Instruction Set Computer(復(fù)雜指令集計算機(jī))。

一款CPU支持的指令集，可以有很多種。

早期計算機(jī)的CPU，都是基于CISC架構(gòu)的。

當(dāng)時編譯器的技術(shù)并不純熟，程序都會直接以機(jī)器碼或是組合語言寫成，為了減少程序的設(shè)計時間，逐漸開發(fā)出單一指令，復(fù)雜操作的程序代碼。設(shè)計師只需寫下簡單的指令，再交給CPU去執(zhí)行。

但是后來有人發(fā)現(xiàn)，整個指令集中，只有約20%的指令常常會被使用到，大約占了整個程序的80%;剩余80%的指令，只占了整個程序的20%。(典型的二八原則)

于是，1979年美國加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson教授提出了RISC的想法，主張硬件應(yīng)該專心加速常用的指令，較為復(fù)雜的指令則利用常用的指令去組合。

RISC，就是Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機(jī)。

簡單來說，CISC任務(wù)處理能力強(qiáng)， 適合桌面電腦和服務(wù)器。但高性能也帶來高功耗的問題。

而RISC通過精簡CISC指令種類，格式，簡化尋址方式，達(dá)到省電高效的效果，適合手機(jī)、平板、數(shù)碼相機(jī)等便攜式電子產(chǎn)品或物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品。

上個世紀(jì)80年代，ARM公司就是基于RISC架構(gòu)開始做自己的芯片，最終一步一步崛起，戰(zhàn)勝了英特爾，成為現(xiàn)在的移動芯片之王。如今，包括華為麒麟、高通驍龍在內(nèi)的大部分手機(jī)終端和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備芯片，都是基于ARM的架構(gòu)設(shè)計。

注意，我說的是ARM的架構(gòu)，而不是ARM的芯片產(chǎn)品。

ARM這家公司的商業(yè)模式很特別。它做的是芯片的架構(gòu)設(shè)計，相當(dāng)于畫工程圖紙，然后把圖紙賣給各大芯片制造公司，例如華為。這些公司基于這個原始圖紙，進(jìn)行修改，最終設(shè)計自己想要的芯片，交付芯片工廠(例如臺積電)去生產(chǎn)出來。

當(dāng)然了，ARM的圖紙并不是免費(fèi)的。不僅不免費(fèi)，而且價格非常昂貴。

根據(jù)網(wǎng)上的資料顯示，ARM的授權(quán)費(fèi)從幾十萬美元到幾百上千萬美元不等。法國有一家芯片創(chuàng)業(yè)公司接受媒體采訪時曾說，他們?nèi)绻褂肁RM架構(gòu)，要花掉1500萬美元的授權(quán)費(fèi)。(這個回答后來遭到ARM的否認(rèn)，不管怎么說，反正不便宜。)

現(xiàn)如今，隨著5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù)的蓬勃發(fā)展，越來越多的企業(yè)開始生產(chǎn)和制造服務(wù)于各個垂直行業(yè)的終端和模組。

這也就意味著，越來越多的企業(yè)要被迫接受ARM或其它芯片巨頭的“盤剝”。

大企業(yè)還好說，交就交唄，但對于很多中小型企業(yè)甚至初創(chuàng)企業(yè)來說，這幾乎就是徹底關(guān)閉了前進(jìn)的大門。

這時候，就有人勇敢地站出來了。

2010年，加州大學(xué)伯克利分校的一個研究團(tuán)隊正在準(zhǔn)備啟動一個新項目。在為新項目選擇指令集的時候，他們發(fā)現(xiàn)，x86指令集被Intel控制得死死的，ARM指令集的授權(quán)費(fèi)又非常貴，MIPS、SPARC、PowerPC也存在知識產(chǎn)權(quán)問題。

在這種情況下，研究團(tuán)隊毅然決定，從零開始，設(shè)計一套全新的指令集。

在外人看來，這是一件令人望而卻步的工作。但事實(shí)上，伯克利的研究團(tuán)隊只召集了一個4人小組，用了3個月的時間，就完成了RISC-V的指令集開發(fā)。

雖然看似非常輕松，但其實(shí)是有前提的。RISC-V之所以是個V(Five)，就是因為它之前已經(jīng)有過I、II、III、IV。

負(fù)責(zé)帶隊研制這些RISC指令集的，不是別人，正是伯克利分校的David Patterson教授。往前翻翻這篇文章你就會發(fā)現(xiàn)，他就是RISC指令集的真正創(chuàng)始人。當(dāng)年那篇正式提出精簡指令集設(shè)計思想的開創(chuàng)性論文——《精簡指令集計算機(jī)概述》，就是他和另一位名叫Ditzel的學(xué)者共同發(fā)表的。

David Patterson教授，后來獲得了圖靈獎

正是因為有相關(guān)的技術(shù)沉淀，伯克利分校的團(tuán)隊才能在短期內(nèi)做出了RISC-V。

第一代RISC-I處理器，早在1981年就已經(jīng)做出來了。

RISC-V指令集非常精簡和靈活。它的第一個版本只包含了不到50條指令，可以用于實(shí)現(xiàn)一個具備定點(diǎn)運(yùn)算和特權(quán)模式等基本功能的處理器。如果用戶需要的話，也可以根據(jù)自己的需求自定義新指令。

高校畢竟是高校，功利心沒有那么重。再加上研究團(tuán)隊本身確實(shí)也沒錢沒人去維護(hù)它。所以，在做出RISC-V指令集之后，研究團(tuán)隊決定，將它徹底開放，使用BSD License開源協(xié)議。

BSD(Berkeley Software Distribution)開源協(xié)議是一個自由度非常大的協(xié)議，幾乎可以說是“為所欲為”。它允許使用者修改和重新發(fā)布開源代碼，也允許基于開源代碼開發(fā)商業(yè)軟件發(fā)布和銷售。

這就意味著，任何人都可以基于RISC-V指令集進(jìn)行芯片設(shè)計和開發(fā)，然后拿去賣錢，而不需要支付授權(quán)費(fèi)用。

這就很嗨了，大批公司開始加入對RISC-V的研究和二次開發(fā)之中。

短短幾年的時間里，包括谷歌、華為、IBM、鎂光、英偉達(dá)、高通、三星、西部數(shù)據(jù)等商業(yè)公司，以及加州大學(xué)伯克利分校、麻省理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)、ETH Zurich、印度理工學(xué)院、洛倫茲國家實(shí)驗室、新加坡南洋理工大學(xué)以及中科院計算所等學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，都紛紛加入RISC-V基金會。

目前，RISC-V基金會共有包括18家白金會員在內(nèi)的235家會員單位(數(shù)據(jù)截止2019年7月10日)。這些會員單位中包含了半導(dǎo)體設(shè)計制造公司、系統(tǒng)集成商、設(shè)備制造商、軍工企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)、高校等各式各樣的組織，足以說明RISC-V的影響力在不斷擴(kuò)大。

正如前文所說，RISC-V對于我們國家的芯片事業(yè)有著非常重要的意義。

長期以來，我們國家的芯片研發(fā)都受制于人。如果國內(nèi)企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)能夠利用開源的RISC-V做出基本自主知識產(chǎn)權(quán)的芯片，或者培養(yǎng)出相應(yīng)的生態(tài)環(huán)境，將大大有利于中國半導(dǎo)體行業(yè)進(jìn)行彎道超車。

因此，包括中科院計算所、華為公司、阿里巴巴集團(tuán)等在內(nèi)的20多個國內(nèi)企事業(yè)單位，選擇加入了RISC-V基金會。阿里還是其中的白金會員。

2018年7月，上海經(jīng)信委出臺了國內(nèi)首個支持RISC-V的政策。10月，中國RISC-V產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟成立。產(chǎn)品方面，中天微和華米科技先后發(fā)布了基于RISC-V指令集的處理器。

基于RISC-V開發(fā)的黃山1號(華米)，全球可穿戴領(lǐng)域第一顆人工智能芯片

我們的鄰居印度，對RISC-V的熱情更是高漲。在過去數(shù)年中，印度政府資助的處理器相關(guān)項目都開始向RISC-V靠攏。RISC-V已經(jīng)成為了印度的國家指令集。

RISC-V的快速發(fā)展，給ARM這樣的企業(yè)帶來了很大的壓力。

ARM公司去年6月份就專門建了一個域名為riscv-basics.com的網(wǎng)站，里面的內(nèi)容主題為“設(shè)計系統(tǒng)芯片之前需要考慮的五件事”，從成本、生態(tài)系統(tǒng)、碎片化風(fēng)險、安全性和設(shè)計保證上對RISC-V進(jìn)行攻擊。

RISC-V這邊針鋒相對，建了一個域名為arm-basics.com的網(wǎng)站，以“設(shè)計系統(tǒng)芯片之前需要考慮的六件事”為題(在ARM列出的五項上，新增了社區(qū)支持)，對 ARM 進(jìn)行反擊。

幾天后，ARM的riscv-basics.com的網(wǎng)站悄然下線。

盡管RISC-V在這場短暫的“撕逼”中獲勝，但ARM提出的那五個方面的質(zhì)疑，也不是完全沒有道理。尤其是碎片化問題，作為開源技術(shù)，RISC-V的確很難規(guī)避。

(碎片化：由于RISC-V允許用戶自己任意添加新的指令，但照此趨勢發(fā)展下去，可能以后很多芯片廠商開發(fā)出的RISC-V架構(gòu)處理器盡管都?xì)w屬于同一RISC-V體系，但在實(shí)際應(yīng)用搭配時卻不能夠適配同樣版本的軟件。)

總而言之，RISC-V可以被看成是一個充滿生命力的年輕攪局者。寄希望于它能夠在短時間內(nèi)和傳統(tǒng)巨頭抗衡，是不現(xiàn)實(shí)的。但是它舉起了打破壟斷的大旗，為沉悶的行業(yè)生態(tài)注入了新鮮的活力，值得我們?yōu)橹泻?，也值得我們學(xué)習(xí)。

星星之火可以燎原，或許這個攪局者將來真的能成為領(lǐng)導(dǎo)者，也不一定呢。