不久前，特斯拉加入 RISC-V 基金會，并考慮在新款芯片中使用免費的 RISC-V 設(shè)計。至此，已有 IBM、NXP、西部數(shù)據(jù)、英偉達、高通、三星、谷歌、華為等 100 多家科技公司加入 RISC-V 陣營。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因一方面是因為 ARM 的授權(quán)費用實在太貴了，另一方面也是因為 RISC-V 提供指令集徹底開放，非常有希望成為 CPU 領(lǐng)域的 Linux。正是因為看好 RISC-V 的未來，不少科技巨頭在 RISC-V 還是潛力股的時候趁早下注。

RISC-V 的誕生

在 2010 年，加州大學(xué)伯克利分校的一個研究團隊正在準(zhǔn)備啟動一個新項目，而要設(shè)計 CPU，必然要選擇一種指令集，然而，X86 指令集被英特爾控制的死死的，ARM 的指令集授權(quán)費又非常貴，MIPS、SPARC、PowerPC 也存在知識產(chǎn)權(quán)問題。

在這種情況下，伯克利的研究團隊決定從零開始設(shè)計一套全新的指令集。且這款新指令集要能滿足從微控制器到超級計算機等各種尺寸的處理器。 正如行業(yè)內(nèi)常說的，設(shè)計一套指令集并非黑科技，用這套指令集去實現(xiàn) CPU 才是真正具有含金量的工作。伯克利的研究團隊直用了 3 個月就完成了 RISC-V 的指令集開發(fā)，并公開發(fā)布了第一版指令集。

該指令集的第一個版本只包含了不到50條指令，可以用于實現(xiàn)一個具備定點運算和特權(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。

這樣一來，這套指令集兼具精簡和靈活兩大特點。隨后，伯克利的研究團隊將這個新指令集命名為 RISC-V，RISC 指的是精簡指令集的意思，V 是羅馬字母，代表第五代的意思。因為伯克利分校的 David Patterson 教授在此之前已經(jīng)研制了四代處理器芯片。

更關(guān)鍵的是，伯克利研究團隊將 RISC-V 指令集徹底開放，使用 BSD License 開源協(xié)議，這就使 RISC-V 不像 ARM、PowerPC 等指令集那樣需要付費授權(quán)才能使用。而且 BSD 開源協(xié)議給予使用者很大自由，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。怎么說呢，像Linux 的 GPL 協(xié)議，就限制了商業(yè)公司的行為。而 BSD 開源協(xié)議則不同，蘋果的 iOS 就基于 BSD 內(nèi)核，但使用開源軟件之后，因為 BSD 開源協(xié)議給了蘋果很大的自由度，蘋果依舊可以將 iOS 閉源并在商業(yè)市場賺錢。

對于大學(xué)和科研院所等學(xué)術(shù)機構(gòu)來說，RISC-V 也是非常有價值的。中科院計算所包云崗研究員團隊在做一個項目時，最初選擇了 SUN 的 Open Sparc T1，然而這款處理器的社區(qū)活躍度和軟件支持都不行，而且獨立性比較差。然后又選擇了 Micro Blaze，然而這款處理器卻不開源。最后把目光轉(zhuǎn)向了 RISC-V，并完成了科研項目。相關(guān)技術(shù)成果被華為用在海思的 ARM 服務(wù)器 CPU 上。

正是因為 RISC-V 選擇了對商業(yè)公司非常友好的 BSD 開源協(xié)議，以及 RISC-V 兼具精簡和靈活等優(yōu)點，眾多商業(yè)公司紛紛關(guān)注 RISC-V。

RV12 RISC-V 處理器

RISC-V 有望復(fù)制 Linux 的成功

目前，在 CPU 上，X86 和 ARM 是兩大霸主。然而這兩位霸主都非常霸道，英特爾根本不允許除 AMD和 VIA 之外的任何一家公司使用 X86 指令集，而且一旦 AMD 被收購，X86 指令集授權(quán)都要重新談判。即便是全美達想通過翻譯打插邊球，結(jié)果也被英特爾用專利訴訟拖死了。

類似的，ARM 雖然比英特爾好一些，但也僅僅是好一些而已。在指令集授權(quán)上也非常吝嗇，獲得 ARM32 授權(quán)的公司一只手都能數(shù)的過來，ARM64 授權(quán)雖然多一些，但授權(quán)費卻異常昂貴，法國芯片創(chuàng)業(yè)公司Greenwave 表示，他們?nèi)绻褂?ARM 架構(gòu)，要花掉 1500 萬美元的授權(quán)費。而且授權(quán)到期后，是否繼續(xù)授權(quán)和授權(quán)費用都要重新談判。

正是因為 X86 和 ARM 在授權(quán)上異常苛刻，很多大公司都對英特爾和 ARM 非常不滿，而這恰恰給了 RISC-V 這樣的后起之秀機會。包括谷歌、華為、IBM、鎂光、英偉達、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)機構(gòu)紛紛加盟 RISC-V。在 2017 年 11 月召開的第 7 屆 RISC-V Workshop 上，全球共有 138 個公司、35 所大學(xué)與研究機構(gòu)參會。

除了商業(yè)公司和學(xué)術(shù)機構(gòu)之外，印度政府更是對 RISC-V 情有獨鐘。在 2011 年，印度開始實施處理器戰(zhàn)略計劃，在全國范圍資助 2-3 個研制處理器的項目。印度理工學(xué)院馬德拉斯分校的 G. S. Madhusudan 與 V. Kamakoti 教授在該計劃支持下啟動了 SHAKTI 處理器項目。SHAKTI 項目就選擇了 RISC-V，并獲得印度政府超過 9000 萬美元的經(jīng)費支持。

在 2016 年，印度先進計算發(fā)展中心獲得印度電子信息技術(shù)部 4500 萬美元的資助，目標(biāo)研制一款基于 RISC-V 指令集的 2GHz 四核處理器。

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 成為了印度的事實國家指令集。

目前，伯克利研究團隊已經(jīng)完成了基于 RISC-V 指令集的順序執(zhí)行的 64 位處理器核心（代號為 Rocket），并前后基于 45nm 與 28nm 工藝進行了 12 次流片。Rocket 芯片主頻大于 1GHz，與 ARM Cortex-A5 相比，實測性能較之高 10%，面積效率高 49%，單位頻率動態(tài)功耗僅為 Cortex-A5 的 43%。在嵌入式領(lǐng)域，Rocket 已經(jīng)可以和 ARM 爭市場了。

正是因此，西部數(shù)據(jù)聲明，每年將使用 10 億個 RISC-V 核；英偉達也宣布，將把 RISC-V 用于 GPU 內(nèi)部的控制器。美國 DARPA 也資助一些公司基于 RISC-V 設(shè)計航天器的宇航芯片；還有眾多商業(yè)公司計劃基于 RISC-V 開發(fā)面向 IoT 的智能芯片，面向安全的芯片，以及服務(wù)器上的主板管理控制器等。在軟件生態(tài)方面，也逐步在完善，比如調(diào)試工具鏈、中斷控制器、JVM、LLVM、Python 等開發(fā)者常用的軟件工具都在完善之中。

正是依靠開源和免費，全世界的商業(yè)公司、學(xué)術(shù)機構(gòu)都可以開發(fā)兼容 RISC-V 指令集的處理器，而且不需要支付一分錢的費用。這使 RISC-V 有望被全球的開發(fā)者廣泛應(yīng)用，并復(fù)制 Linux 的奇跡。何況 RISC-V 的 BSD 開源協(xié)議，比 GPL 協(xié)議對商業(yè)公司更加友好，使商業(yè)公司有很強的動力去推動這件事。

結(jié)語

誠然，依靠開源和免費，RISC-V 非常受大學(xué)和科研院所青睞，并有望在教學(xué)領(lǐng)域大展拳腳，而這又會給 RISC-V 培養(yǎng)源源不斷的后備軍。對于商業(yè)公司來說，由于 ARM 的授權(quán)費實在是太貴了，也有較強的動力去做 RISC-V，給自己留一個備份，避免被綁死在 ARM 上。

不過，RISC-V 也存在一個隱憂，那就是缺乏強有力的主導(dǎo)者，進而導(dǎo)致破碎化的問題。當(dāng)年的MIPS其實也非常學(xué)院派，MIPS 陣營的商業(yè)公司可以自由添加指令，比如龍芯就以 MIPS 為基礎(chǔ)添加了 1000 多條新指令，進而形成了自己的指令集 LoongISA。這又使開發(fā)軟件的時候，即便同樣屬于 MIPS，也必須分為龍芯版和 MIPS 版……

由于 RISC-V 也允許用戶自己加新指令，這就有可能使 RISC-V 破碎化，也許未來華為、高通、谷歌開發(fā)出的 RISC-V 處理器雖然都屬于 RISC-V，但卻不能跑同樣一套軟件。

畢竟完全開放與有力的領(lǐng)導(dǎo)是一對矛盾，如果無法解決這個問題，恐怕 RISC-V 很難成長到能與 X86 和ARM 爭雄的水平。

感謝中科院計算所包云崗研究員對本文的指導(dǎo)！

雷鋒網(wǎng)