當(dāng)時(shí)間進(jìn)入2023年初，作為中國半導(dǎo)體從業(yè)者的我們，是否耳邊總會聽到這樣一句話：

RISC-V將會成為中國芯片彎道超車道路上的新領(lǐng)航標(biāo)？

關(guān)于這個(gè)問題，或許我們需要為此細(xì)細(xì)道來：

RISC-V，圖片來自Google

開宗明義，定義先行。

首先，我們先來了解一下什么是RISC-V：

RISC：Reduced Instruction Set Computer，即精簡指令集計(jì)算機(jī)。

RISC-V是基于RISC原理建立的免費(fèi)開放指令集架構(gòu)(ISA)，V是羅馬字母，代表第五代RISC(精簡指令集計(jì)算機(jī))，可讀作RISC-FIVE。

它是一款高質(zhì)量、免許可證、開放的RISC ISA，是一套由RISC-V基金會維護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，適用于所有類型的計(jì)算系統(tǒng)。

如果說：Wintel（微軟+英特爾）定義了PC時(shí)代，ARM+安卓定義了智能手機(jī)時(shí)代；

那么RISC-V或?qū)⑵湓镜囊?guī)則完全打碎，以一種開源、簡單、靈活的形式給更多人使用。

RISC-V與傳統(tǒng)技術(shù)，圖片來自Google

首先，我們需要了解什么是以RISC-V為代表的開源ISA：

芯片設(shè)計(jì)軟件是一支支應(yīng)用程式，需要有硬件才能運(yùn)作，由于兩者使用語言的不同，軟件程式?jīng)]辦法與硬體的CPU直接溝通，得先轉(zhuǎn)換為對方能理解的硬件語言，CPU才能依據(jù)收到的程式指令來執(zhí)行。

這個(gè)用來與處理器溝通的主要介面，也就是指令集架構(gòu)（Instruction Set Architecture，ISA），才能讓芯片設(shè)計(jì)軟件在處理器上執(zhí)行。

與傳統(tǒng)封閉ISA架構(gòu)不同的是：RISC-V最早是來自學(xué)術(shù)圈發(fā)起的一個(gè)開源晶片專案，由美國加州大學(xué)柏克萊分校一個(gè)Par Lab實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)率先提出的一個(gè)研究成果；包含RISC-V處理器實(shí)作和新的開源硬件描述語言Chisel，后來也支持以BSD授權(quán)方式開源釋出，證明了其商業(yè)化的可能。

其次，RISC-V的設(shè)計(jì)原則，也符合我們所謂的“大道至簡”：

RISC-V本身設(shè)計(jì)也相當(dāng)簡潔，只需要較少指令就能在硬體上執(zhí)行；這樣的好處是，CPU設(shè)計(jì)更容易，也較不占空間，執(zhí)行速度也可以更快。

目前的“RISC-V架構(gòu)文檔”分為“指令集文檔”（riscv-spec-v2.2.pdf）和“特權(quán)架構(gòu)文檔”（riscv-privileged-v1.10.pdf）。

“指令集文檔”的篇幅為145頁，而“特權(quán)架構(gòu)文檔”的篇幅也僅為91頁；雖然“RISC-V的架構(gòu)文檔”還在不斷地豐富，但是相比“x86的架構(gòu)文檔”與“ARM的架構(gòu)文檔”，RISC-V的篇幅可以說是極其短小精悍。

RISC-V提供了一些自選指令的擴(kuò)充，采用者可視應(yīng)用需求，自行搭配組合常用的RISC-V指令，目前常見擴(kuò)充指令，像是有整數(shù)乘除法、不可中斷指令（Atomic）、單精度／雙精度浮點(diǎn)運(yùn)算、壓縮指令等等。

單是標(biāo)準(zhǔn)指令加上擴(kuò)充指令（M、A、F、D、C），僅不到140個(gè)指令就能實(shí)作出一顆完整功能的CPU，相較之下，Arm指令集數(shù)目最少數(shù)百個(gè)以上，例如，ARMv8就超過500個(gè)指令，指令格式種類也比RISC-V多一倍。

最后，從技術(shù)上來看，RISC-V最大特色就是其可擴(kuò)充的靈活性：

不像Arm架構(gòu)指令集，除了一般常用指令之外，RISC-V指令集本身預(yù)留了一個(gè)客制指令空間（custom instructions）的擴(kuò)充彈性，讓設(shè)計(jì)者可以自行客制指令。

以32位元RISC-V指令集為例，RISC-V本身提供相當(dāng)于4個(gè)25位元長度的指令擴(kuò)充空間，可供用戶替CPU增加專用指令，單是一個(gè)25位元的空間，就可以定義300個(gè)指令，4個(gè)合計(jì)就多達(dá)1,200個(gè)指令；這也意味著，CPU使用上的運(yùn)用彈性將會大大提升。

那么，RISC-V對于我國的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)而言又意味著什么：

當(dāng)前 RISC-V 成員列表，圖片來自IEEE

眾所周知，尋找一個(gè)被商業(yè)認(rèn)可、突破國外”技術(shù)壟斷“的芯片技術(shù)，是我國半導(dǎo)體行業(yè)當(dāng)下的首要任務(wù)：

隨著物聯(lián)網(wǎng)、5G?通信、人工智能等技術(shù)的興起，越來越多的物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式設(shè)備成為?RISC-V?最先落地的領(lǐng)域和最大的應(yīng)用市場。

各國研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)紛紛加入研究和開發(fā)行列，像百度、騰訊、華為等都加入了RISC-V國際基金會，發(fā)力RISC-V芯片，目前25 個(gè) RISC-V 國際頂級成員中有 13 個(gè)來自中國，包括阿里云、華為技術(shù)有限公司和中興通訊、騰訊、百度等等。

RISC-V?不僅打破了現(xiàn)有指令集架構(gòu)環(huán)境下英國?ARM?公司和美國Intel公司的兩強(qiáng)壟斷格局，而且建立了一個(gè)開放的生態(tài)及框架來推動全球合作和創(chuàng)新。

基于以上，我們當(dāng)然也要在RISC-V?技術(shù)拓展之路上加緊步伐向前邁進(jìn)：

2021?年，在《中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和?2035?年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中，我國首次明確將“開源”列入五年發(fā)展規(guī)劃；

“十四五”期間，將支持?jǐn)?shù)字技術(shù)開源社區(qū)等創(chuàng)新聯(lián)合體發(fā)展，完善開源知識產(chǎn)權(quán)和法律體系，鼓勵企業(yè)開放軟件源代碼、硬件設(shè)計(jì)和應(yīng)用服務(wù)。

2020?年?2?月，廣東省人民政府辦公廳印發(fā)的《加快半導(dǎo)體及集成電路產(chǎn)業(yè)發(fā)展若干意見的通知》中明確將?RISC-V?芯片設(shè)計(jì)列入廣東省重點(diǎn)發(fā)展方向。

與此同時(shí)，在國內(nèi)泛在計(jì)算領(lǐng)域，RISC-V?的研究及應(yīng)用或已深入實(shí)際生活中：

以南京南站、杭州東站、白云機(jī)場為例，一種高精度，三維立體的定位及引導(dǎo)系統(tǒng)已經(jīng)開始測試使用了。

正如中國科學(xué)院院士梅宏所說：“當(dāng)前人機(jī)物融合泛在計(jì)算的新階段，帶來了信息化發(fā)展的新藍(lán)海，也呼喚新型操作系統(tǒng)的發(fā)展，我將其稱之為泛在操作系統(tǒng)。而其中隨著RISC-V?的出現(xiàn)則讓已精準(zhǔn)定位為前提的智慧城市成為了可能。”

以中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所（以下簡稱“計(jì)算所”）泛在計(jì)算團(tuán)隊(duì)為例，其在開展了基于?RISC-V?內(nèi)核在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中的應(yīng)用與智慧城市等的泛在計(jì)算實(shí)踐的研究之余，也在前往RISC-V?核心的輕量級神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器的研究道路上不斷探索。

編輯：黃飛

?