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什么是 RISC-V？RISC-V的下一步是什么

2023-01-30 11:37:00

RISC-V 的开放标准正在改写芯片设计的经济学。

在计算机发明后的七十年左右的时间里，人类设计了许多编程语言。Python、Java、C++、R，这些英语单词和数学符号的混合体命令着晶体管执行我们的命令。

笔记本电脑中央处理器中的硅开关本身并不能理解“for”一词或符号“=”。为了让芯片执行您的 Python 代码，软件必须将这些单词和符号翻译成芯片可以使用的指令。

工程师指定特定的二进制序列来提示硬件执行某些操作。例如，代码“100000”可以命令芯片将两个数字相加，而代码“100100”可以要求它复制一段数据。这些二进制序列构成了芯片的基本词汇表，即计算机的指令集。

多年来，芯片行业一直依赖各种专有指令集。当今市场主要有两种主要类型：英特尔和 AMD 使用的 x86 以及ARM公司生产的 Arm。芯片公司必须获得这些指令集的许可——单个设计可能要花费数百万美元。由于 x86 和 Arm 芯片使用不同的语言，软件开发人员必须为同一应用程序制作一个版本以适应每个指令集。

不过最近，全球许多硬件和软件公司已经开始围绕一种称为 RISC-V 的公开可用指令集进行融合。这是一个可能从根本上改变芯片行业的转变。RISC-V 的支持者说，这种指令集使小公司和新兴企业家从昂贵的许可费中解放出来，使他们更容易获得计算机芯片设计。

“已经有数十亿个基于 RISC-V 的内核，从耳塞一直到云服务器，应有尽有，”支持该技术的非营利组织 RISC-V International 的首席技术官 Mark Himelstein说。

2022 年 2 月，英特尔本身承诺投入 10 亿美元用于开发 RISC-V 生态系统以及其他优先事项。虽然 Himelstein 预测 RISC-V 芯片在个人电脑中普及还需要几年时间，但第一款配备 RISC-V 芯片的笔记本电脑Xcalibyte和DeepComputing的 Roma 已于2022 年 6 月开始接受预订。

什么是 RISC-V？

可以将 RISC-V视为计算机芯片的一组设计规范，例如蓝牙。它被称为“开放标准”。这意味着任何人——你、我、英特尔——都可以参与这些标准的制定。此外，任何人都可以根据RISC-V的指令集设计出计算机芯片。然后，这些芯片将能够执行为 RISC-V 设计的任何软件。（请注意，基于“开放标准”的技术不同于“开放源代码”技术。开放标准通常指定技术规范，而“开放源代码”通常是指其源代码可免费供参考和使用的软件。）

2010 年，加州大学伯克利分校的一组计算机科学家开发了 RISC-V 的基础，作为芯片设计的教学工具。专有的中央处理器 (CPU) 过于复杂和不透明，学生无法从中学习。RISC-V 的创建者公开了指令集，并很快发现自己遇到了有关它的问题。到 2015 年，包括谷歌和 IBM 在内的一批学术机构和公司成立了 RISC-V International，以标准化指令集。

Himelstein 将总部位于中国的耳塞公司中科蓝讯作为 RISC-V 的成功案例。耳塞不需要太多的计算能力，该公司发现它可以设计使用 RISC-V 指令的简单芯片。“如果他们没有使用 RISC-V，他们要么不得不购买比他们想要的功能多得多的商业芯片，要么他们将不得不设计自己的芯片或指令集，”Himelstein 说。“他们两个都不想要。”

Mejdrich 说，RISC-V 有助于“降低”芯片设计的进入门槛。RISC-V 支持者提供有关如何构建基于 RISC-V 的 CPU 的公共研讨会。设计自己的 RISC-V 芯片的人现在可以提交这些设计，通过谷歌、半导体制造商 SkyWater 和芯片设计平台 Efabless 之间的合作免费制造。

RISC-V 的下一步是什么

Balaji Baktha是湾区初创公司Ventana Micro Systems的首席执行官，他为数据中心设计基于 RISC-V 的芯片。他说，他们所做的设计改进——仅仅因为开放标准提供的灵活性——使这些芯片能够以更少的能量更快地执行计算。根据国际能源署的数据，到 2021 年，数据中心约占全球总用电量的 1%，而且这一数字在过去几年中一直在上升。Baktha 表示，RISC-V 芯片可以帮助显着降低占用空间。

英特尔和 Arm 的芯片仍然很受欢迎，目前尚不清楚 RISC-V 设计是否会取代它们。公司需要将现有软件转换为与 RISC-V 兼容（Roma支持大多数版本的 Linux，该操作系统于 1990 年代发布，帮助推动了开源革命）。Mejdrich 说，RISC-V 用户需要注意“生态系统分裂”的发展——例如，如果有人开发了一个流行的 RISC-V 版本，但与为原始版本设计的软件不兼容。

RISC-V International 还必须应对与非营利组织的开放理念不一致的地缘政治紧张局势。他们最初位于美国，但遭到立法者的批评，认为 RISC-V 可能导致美国失去在半导体行业的优势，并使中国公司更具竞争力。为了避免这些紧张局势，该非营利组织于 2020 年迁至瑞士。

展望未来，Himelstein 表示该运动将从 Linux 中汲取灵感。希望 RISC-V 能让更多人将他们对新技术的想法付诸实践。“最终，你会看到更多的创新产品，”他说。

指令芯片执行中央处理器