最近和幾個行業(yè)內(nèi)的朋友聊天，聊到了近兩年比較火的AI人工智能，并向我推薦了一款目前在小范圍內(nèi)比較火的國產(chǎn)處理器，我查了一下該處理器是采用的開源RISC-V指令集架構。曾有人將RISC-V比作“半導體行業(yè)的Linux”，今天就和大家聊聊RISC-V架構的來龍去脈。

RISC-V的由來

可能有些朋友不太清楚什么是CPU的指令集，其實就是指令的合集，那什么是指令呢？就是你吩咐CPU去做的事情。我在這里給大家打個比方：你有一個傭人，你給他下命令做飯、洗碗、端茶、倒水……這就是指令。把所有的指令總結(jié)在一起就是指令集。如果指令集里面沒有“洗腳”這個命令，那么你下這個命令CPU也不會執(zhí)行。CPU必須要有指令集才能工作，不同的CPU有不同的指令集，基本上可以分為兩種：復雜指令集CISC和精簡指令集RISC。

關于CPU的指令集架構，我們最熟悉的應該就是X86和ARM了，需要注意的是它們都不免費。Intel的X86指令集架構除了自家以外只授權給了AMD和威盛(VIA)，ARM稍微好一點不過價格也是不菲，一直有“天下苦ARM久矣”的玩笑。那除了它們倆之外還有其他指令集架構嗎？答案當然是有，我們今天說的RISC-V就是一個，而且還是開源免費的。

起于2010年的美國加州大學伯克利分校（USNews世界大學排名第4），當時伯克利研究團隊要研發(fā)一款CPU，上面我們說過了要研發(fā)CPU就需要有指令集，X86指令集授權嚴格，ARM指令集授權費用昂貴，其他指令集要么老舊要么也需要授權，在這種情況下伯克利研究團隊決定從零開始設計一套全新的指令集，也就是我們今天說的RISC-V了。據(jù)說當時團隊四個人僅用了3個月就完成并發(fā)布了第一版指令集。當時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模式等基本功能的處理器。

RISC-V的三大特點

第一點是完全開源，對指令集使用，RISC-V基金會不收取高額的授權費。開源采用寬松的BSD協(xié)議，企業(yè)完全自由免費使用，同時也容許企業(yè)添加自有指令集拓展而不必開放共享以實現(xiàn)差異化發(fā)展。

第二點是簡單，這也是RISC-V架構的設計哲學。在處理器領域，X86與ARM架構的發(fā)展過程也伴隨了現(xiàn)代處理器架構技術的不斷發(fā)展成熟，為了能夠保持架構的向后兼容性，其不得不保留許多過時的定義，導致其指令數(shù)目多，指令冗余嚴重，文檔數(shù)量龐大，所以操作系統(tǒng)或者開發(fā)應用門檻就會很高。而RISC-V架構則能完全拋棄包袱，借助計算機體系結(jié)構經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)成為比較成熟技術的優(yōu)勢，從輕上路。RISC-V的規(guī)范文檔僅有145頁，而“特權架構文檔”的篇幅也僅為91頁。

第三點是模塊化，RISC-V架構不僅短小精悍，而且其不同的部分還能以模塊化的方式組織在一起，從而試圖通過一套統(tǒng)一的架構滿足各種不同的應用場景。用戶能夠靈活選擇不同的模塊組合，來實現(xiàn)自己定制化設備的需要，比如針對于低功耗嵌入式場景，用戶可以選擇RV32IC組合的指令集，僅使用Machine Mode(機器模式)；而高性能應用操作系統(tǒng)場景則可以選擇譬如RV32IMFDC的指令集，使用Machine Mode(機器模式)與User Mode（用戶模式）兩種模式。

RISC-V在中國

說了RISC-V的緣起與優(yōu)勢，大家一定想知道它對我國芯片行業(yè)的影響。我國芯片行業(yè)一直處于被壓制狀態(tài)，主流的指令集架構X86和ARM都是受美國控制，今年五月份更是發(fā)生了美國政府限制ARM公司向華為提供新技術授權的事件。這時候RISC-V就顯得更為彌足珍貴了。

目前國家大力支持推廣RISC-V，上海成為國內(nèi)第一個將RISC-V列入政府扶持對象的城市，并發(fā)布了《上海市經(jīng)濟信息化委關于開展2018年度第二批上海市軟件和集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項資金項目申報工作的通知》。對RISC-V相關芯片設計企業(yè)提供政策資金幫助，鼓勵基于RISC-V自主處理器的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。

大家應該對小米生態(tài)鏈企業(yè)華米科技不會感到陌生，在2017年華米科技成立了人工智能實驗室，并啟動了他們的人工智能智能可穿戴芯片研究項目，投身 RISC-V 芯片研發(fā)，并最終在去年 9 月推出了第一款芯片“黃山一號”。據(jù)介紹，這款采用RISC-V架構設計的芯片是是全球首款集成AI神經(jīng)網(wǎng)絡模塊的處理器，能本地化處理AI任務，對心率、心電、心律失常等進行實時監(jiān)測與分析。今年6月“黃山一號”已流片量產(chǎn)，主要用于華米穿戴智能設備AMAZFIT的主控芯片。

阿里旗下平頭哥半導體（前杭州中天微）在今年7月25日，正式發(fā)布采用RISC-V指令集架構的玄鐵910(XuanTie910)。據(jù)介紹，玄鐵910可以用于設計制造高性能端上芯片，應用于5G、人工智能以及自動駕駛等領域。在性能方面，玄鐵910支持16核，主頻達到2.5GHz，比目前業(yè)界最好的RISC-V處理器性能高40%以上。

RISC-V目前的問題

依靠開源和免費，RISC-V 非常受大學和科研院所青睞，并有望在教學領域大展拳腳，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 的授權費昂貴，也有較強的動力去做 RISC-V，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者，進而導致破碎化的問題。當年的MIPS其實也非常學院派，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普通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。畢竟完全開放與自成一脈是一對矛盾，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。

總結(jié)

文章寫到這里相信大家應該對RISC-V有了一個更清晰的認識。目前來說RISC-V對我們搞底層硬件的來說可能還有一點距離，但是電子行業(yè)的發(fā)展永遠都是迅速的，說不準我們今天用的STM32、GD32、i.MX會不會在未來幾年被某些RISC-V主控所替代，想當年飛思卡爾當紅主控coldfire系列在ARM內(nèi)核的主控來臨以后便迅速落寞淘汰。

這里交代一下我在文章最開頭提到的這段時間有點小火的國產(chǎn)主控芯片是Kendryte的勘智K210，邊緣AI芯片，感興趣的朋友可以玩一玩。