RISC-V 是加州大學伯克利分校開發(fā)人員在 2010 年構想的開放標準指令集架構 （ISA），正在不斷發(fā)展壯大。

RISC-V 中的 RISC 代表精簡指令集計算機，這意味著它旨在簡化給計算機的每條單獨指令。

由于 RISC-V 是一個開放標準，任何人都可以實施、定制和擴展 ISA 以滿足他們的要求。不過，RISC-V 并不是第一個開放的 ISA：一些較舊的 RISC ISA，包括 POWER 和 SPARC，已經作為開源發(fā)布到公共領域。例如，OpenRISC 項目已被證明在學術界和業(yè)余愛好者圈子中很受歡迎。然而，以前的開源架構每一個能夠獲得像 RISC-V 這樣的全行業(yè)牽引力。

RISC-V 有什么了不起的？

一句話：自由。無論您是種子初創(chuàng)企業(yè)、家庭愛好者還是行業(yè)重量級人物，RISC-V 都提供了一種為您的設備設計和構建芯片的方法，該芯片經過定制以包含您需要的一切，而沒有您不需要的一切。

RISC-V 也是一個無國界的 ISA。鑒于阻礙當今半導體技術自由貿易的前所未有的地緣政治和供應鏈影響，從美國和歐洲到中國和俄羅斯的公司正在轉向甚至合作加強 RISC-V 作為全球開放規(guī)范。RISC-V 成功的另一個關鍵驅動因素是它的靈活性。隨著摩爾定律的放緩以及設計芯片的成本和復雜性飆升，芯片設計人員正在從工藝節(jié)點擴展轉向采用專業(yè)計算來滿足新的計算需求。

與不允許自由修改的商業(yè) ISA 不同，RISC-V 還允許用戶實施自定義指令和擴展，從而啟用高度專業(yè)化的芯片，針對獨特和特定的工作負載進行優(yōu)化。擴展包括原子操作并支持以 AI 和 HPC 為中心的處理，例如浮點數學 （bfloat）、矩陣乘法、向量擴展和量化。

最初對 RISC-V 的負面評價主要圍繞著肆無忌憚的定制以及這將導致碎片化的危險。更嚴格控制的商業(yè) ISA 的一個關鍵優(yōu)勢是能夠以最小的適應在不同處理器 IP 之間移植代碼。移除控件，您最終可能會得到數千個不同定制的“碎片化”版本的處理器 IP，每個版本都只能成功運行專門編寫的與之兼容的軟件。

RISC-V International 協(xié)調 RISC-V 指令集架構 （ISA） 的開發(fā)，正在采取措施減輕碎片化，讓任何人構建自定義擴展以公開發(fā)布它，以便它可以得到 RISC- 的批準和標準化。

RISC-V芯片能做什么？

該行業(yè)很快就接受了 RISC-V，并且沒有放緩的跡象。出于顯而易見的原因，學術界已經接受 RISC-V 作為免費的教學工具。在企業(yè)市場中，各種規(guī)模的公司，小到個人，都在使用 RISC-V ISA 設計硬件以適應廣泛的應用，包括人工智能 （AI）、虛擬和增強現(xiàn)實（VR 和 AR，統(tǒng)稱為XR）、汽車、云、高性能計算 （HPC）、物聯(lián)網 （IoT）、存儲、邊緣設備和網絡基礎設施。

RISC-V 已經走在明確的道路上，可以在嵌入式領域獲得重要的市場份額，在用于設備主應用處理器之外的輔助功能的處理器中。這些是深度嵌入的應用程序——最終用戶不知道 RISC-V 在芯片中，但它在那里執(zhí)行關鍵功能，如上電排序、狀態(tài)機控制以及電壓調整和監(jiān)控。

然而，每周，我們都會看到頭條新聞暗示 RISC-V 在高性能應用中的應用。2022 年 6 月，博洛尼亞大學的大學生與意大利最大的超級計算中心 CINECA 合作，產生了第一臺能夠表現(xiàn)出平衡功耗和性能的 RISC-V 超級計算機。2022 年 9 月，NASA 宣布其下一代高性能航天計算 （HPSC） 處理器將基于 RISC-V 構建。

RISC-V 的 5 大優(yōu)點

RISC-V 已經存在了一段時間，如果你在這里，那是因為你聽說過它。但也許你仍然需要確信它是未來？如果您仍然想知道它的潛力和好處，這里有五個關于 RISC-V 的好處。

1. RISC-V 是一個開放標準

讓我們從簡單的開始。這不是什么新鮮事，但讓我們弄清楚開放標準的含義。

開放標準并不一定意味著開源。RISC-V 架構通常被描述為“開源”，這是不準確的。正如我們在 這篇關于 RISC-V 架構許可的文章中所解釋的那樣，RISC-V 就像 C、Wi-Fi 或 LTE，RISC-V International 分別扮演著 ANSI、IEEE 802.11 和 3GPP 的角色定義和管理人們可以自由選擇實施的標準。但這是一個書面標準——不是實現(xiàn)或微架構。與其他開放標準一樣，RISC-V 許可證可以是開源的也可以是商業(yè)的。

因此，RISC-V 指令集架構 （ISA） 是開放的，這意味著它是免費的，任何人都可以下載文檔以隨意使用它，而無需征得任何人的許可。這很棒，因為它允許較小的開發(fā)人員、公司和團體（如學者）設計和構建硬件，而無需支付昂貴的專有 ISA 許可和版稅。RISC-V 可供所有人使用。

2. RISC-V 對大學研究人員具有吸引力

您可能已經知道 RISC-V 于 2010 年作為加州大學伯克利分校的一個大學研究項目開始。正如我們剛剛提到的它帶來的有趣的財務方面，看到越來越多的大學研究人員研究這并不奇怪。

現(xiàn)在，研究人員可以通過兩種方式做到這一點。感謝加州大學伯克利分校等各種學術機構的工作，有可用的 RISC-V ISA 的免費開源實現(xiàn)。這些可以在大學項目中用于完成沒有開放標準就不可能完成的工作。

更進一步，大學還可以與正在開發(fā)大學課程的 RISC-V 公司合作。讓今天的學生成為明天的工程師的好方法！Codasip 例如有一個 大學課程。通過與學術界合作，我們可以加速 RISC-V IP 和設計自動化的開發(fā)。讓大學研究人員致力于 RISC-V 是其成功解決未來技術挑戰(zhàn)的另一個關鍵。

3. RISC-V 允許定制

這就是 RISC-V 的真正潛力所在。

RISC-V 開放標準允許人們進行定制。然而，大多數商業(yè)公司不支持這一點。他們銷售標準的、固定的產品。當然，如果你設計自己的代碼，那么自由就在那里——但對大多數人來說，這是不可能的。一些公司，比如 Codasip，提供了兩全其美：定制和豐富的 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)。由于 RISC-V 是一種分層且可擴展的 ISA，這些公司允許您實現(xiàn)基線指令集、可選擴展，并為給定應用程序添加自定義擴展。

讓我在這里澄清一件事。不要混淆自定義和配置。能夠選擇緩存的大小很棒，但這不是自定義。定制意味著能夠修改指令集架構和微架構。這非常強大，因為這就是您如何設計一個完全適合您的獨特需求的特定應用處理器。

4. RISC-V 給你自由和所有權

現(xiàn)在讓我們更進一步。通過允許定制，RISC-V 允許您獨立。您可以根據需要修改的開放標準工作。您現(xiàn)在可以按照自己的方式做自己的事情，同時仍然可以談論標準 RISC-V 架構和軟件互操作性的優(yōu)勢。這是非常強大的東西，在許多行業(yè)領域都將是至關重要的。

讓我們以汽車為例。擁有差異化的能力是在如此快速發(fā)展的行業(yè)取得成功的關鍵。該行業(yè)的參與者需要一流的質量 IP，還需要處理器設計自動化技術，該技術具有通過處理器定制加速創(chuàng)新的潛力。

5. RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展迅速

RISC-V 標準由 RISC-V International 維護， RISC-V International 吸納了 70 個國家的 3，100 多名 RISC-V 成員。

過去有新的處理器和新的 ISA。但 RISC-V 的不同之處在于生態(tài)系統(tǒng)。正如英特爾和 Arm 都表明的那樣，這是處理器架構成功的關鍵因素。更多的生態(tài)系統(tǒng)參與者意味著更多的軟件、更多的工具：這意味著更多的開發(fā)人員選擇該 ISA、更多的商業(yè)牽引力，這反過來又在加速良性循環(huán)中吸引更多的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴。正是這種螺旋式推動了 RISC-V 的市場成功。

RISC-V 適合所有人。這就是它的偉大之處。隨著更多的參與者，從工具和 IP 提供商到采用者，只有更多的選擇才能帶來更大的創(chuàng)新。

如何在我的產品中使用 RISC-V 芯片？

理論上，RISC-V ISA 是開放的，任何人都可以下載并使用它來設計自己的定制硅芯片。事實上，事情并沒有那么簡單。

考慮到，平均而言，設計新芯片的 75% 以上的時間和成本都用于功能驗證——確保芯片在流片（在硅片中物理實現(xiàn)）之前能夠按預期運行——然后進行驗證。

隨著芯片設計者采用更小的工藝節(jié)點，這一工藝變得越來越昂貴。在 3nm 上設計一些東西可能需要由數千名工程師組成的設計團隊工作數萬小時并花費數億美元來完成功能驗證步驟。

與從頭開始模擬、設計和驗證 RISC-V 芯片相關的成本相比，從不斷增長的商業(yè) IP 供應商列表中許可現(xiàn)成和預先驗證的 RISC-V 內核通常具有經濟意義。大多數供應商也為專門的工作負載提供定制服務。

當然，如果您要滿足規(guī)模經濟以使您能夠使用 RISC-V ISA 設計出真正獨特的東西，您將需要能夠與 RISC-V ISA 一起進行仿真的電子設計自動化 （EDA） 工具，設計和驗證您的設計。

審核編輯 ：李倩