如何看待开源指令集RISC-V ?

RISCV：一场正在进行的、可能改变世界的处理器革命

RISCV，这个名字听起来可能有些拗口，但它背后蕴含的力量，足以让整个芯片行业为之侧目。它并非一款具体的芯片，也不是一个具体的处理器核心，而是一种开源的指令集架构（ISA）。你可以把它理解成一种通用的“语言”，CPU需要按照这套语言的规则来执行指令。而RISCV的与众不同之处在于，这套语言是开放的、免费的、允许任何人自由使用、修改和扩展的。

这就像是，过去大家做CPU，要么是买高通、ARM这些公司的授权，要么自己从头研发一套复杂的指令集。而RISCV的出现，相当于提供了一套标准化的、公开的代码模板，你可以直接拿来用，甚至可以根据自己的需求随意“修改”和“添加”新的“语法”。

为什么说RISCV重要，甚至可能改变世界？

理解RISCV的重要性，需要先了解一下目前处理器指令集的主流格局，以及RISCV的出现打破了什么。

1. 现有的指令集格局：ARM与x86的“双寡头”时代

目前，全球绝大多数的电子设备，从手机、电脑到服务器，都由两大阵营的指令集主导：

ARM架构： 绝大多数的智能手机、平板电脑，以及越来越多的笔记本电脑和服务器都采用ARM指令集。ARM公司（现在属于软银，但很快可能会被英伟达收购，不过无论谁拥有，它依然是商业授权模式）授权其指令集给各个芯片设计公司，如高通、苹果、三星等，这些公司再基于ARM的ISA设计出自己的CPU核心。ARM的成功在于其高效能、低功耗的设计理念，尤其是在移动设备领域，几乎是不可撼动的霸主。
x86架构： 这是Intel和AMD的天下，占据了绝大多数的个人电脑和服务器市场。x86指令集是复杂指令集（CISC）的代表，其指令功能强大，但相对来说也更复杂，功耗和设计门槛也更高。

这两种指令集都属于商业授权模式。如果你想设计一款基于ARM或x86的CPU，你需要向相应的公司支付巨额的授权费用，并且在设计、制造过程中也受到各种专利和许可的限制。这种模式虽然催生了强大的芯片公司，但也带来了以下几个问题：

高昂的成本： 尤其是对于初创公司、学术研究机构，或是对成本极其敏感的特定应用场景，授权费用是一笔巨大的开销。
缺乏灵活性： 商业ISA是“黑盒”，你无法对其进行修改和定制。如果你想为某个特定应用（比如AI加速、物联网传感器数据处理）设计一个高度优化的指令集，几乎是不可能的。你只能在既有的框架下做一些微小的调整。
技术被少数公司垄断： 核心的处理器技术掌握在少数几家公司手中，这在一定程度上限制了创新和多样性。

2. RISCV的“革命性”之处：

RISCV的核心理念是“开放”，这体现在几个方面：

免费且无限制的授权： RISCV指令集本身是开源的，遵循BSD协议。这意味着任何人都可以免费使用RISCV ISA来设计、制造和销售兼容RISCV的处理器。你无需支付任何授权费。
模块化设计： RISCV指令集是模块化的。它定义了一个基础指令集（RV32I/RV64I/RV128I），这是所有RISCV处理器都必须支持的基本指令。在此基础上，可以根据需求添加不同的标准扩展指令集，例如：
M 扩展： 整数乘法和除法。
A 扩展： 原子操作。
F/D/Q 扩展： 单精度/双精度/四精度浮点运算。
C 扩展： 压缩指令集，用于减小代码体积，提高效率（特别适合嵌入式设备）。
V 扩展： 向量指令集，用于并行处理大量数据，非常适合AI、科学计算等领域。
B 扩展： 位操作指令。
P 扩展： 整数向量处理。
……还有很多正在开发和标准化的扩展。

这种模块化设计的好处是：你可以只选择你需要的指令集，从而设计出体积更小、功耗更低、性能更具针对性的处理器。例如，一个简单的物联网传感器可能只需要基础指令集和少数几个扩展，而一个高性能AI加速器则会需要向量指令集等。
可扩展性： 除了标准的扩展，RISCV还允许用户定义自己的自定义扩展。这意味着你可以为某个特定的应用场景，设计一套专属的指令集，从而获得极致的性能优化。这对于AI、机器学习、密码学、信号处理等领域来说，具有巨大的吸引力。想象一下，你可以为你的AI芯片设计一套专门处理矩阵乘法的指令，效率将是惊人的。
社区驱动： RISCV由RISCV国际基金会（RISCV International）负责管理和发展。这是一个全球性的非营利组织，汇聚了来自学术界和工业界的众多参与者。这种社区驱动的模式，使得RISCV的生态系统能够快速发展，并且能够快速响应市场需求和技术趋势。

3. RISCV的应用场景和发展前景：

RISCV的开放性和灵活性，使得它几乎可以“通吃”所有的计算场景：

嵌入式系统和物联网（IoT）： 这是RISCV目前最主要的战场。由于成本低廉、功耗可控、设计灵活，RISCV芯片非常适合用于各种传感器、控制器、智能家居设备、可穿戴设备等。许多公司已经推出了低成本、低功耗的RISCV微控制器，并在快速占领市场。
高性能计算（HPC）和数据中心： 随着RISCV的向量指令集（V扩展）的成熟，以及厂商对RISCV CPU核心设计的不断投入，RISCV正逐步进入高性能计算领域。许多公司正在开发高性能RISCV处理器，旨在与ARM和x86在高密度计算、AI推理等领域竞争。
人工智能（AI）和机器学习： RISCV的自定义扩展能力，使其成为AI加速器的理想选择。你可以设计专门用于加速神经网络计算的指令，从而获得远超通用处理器的效率。一些AI芯片公司已经选择了RISCV作为其核心架构。
通用计算（PC和服务器）： 这是RISCV目前面临的最大挑战，但也是最令人期待的突破点。Intel、AMD等巨头固然强大，但RISCV也在稳步推进。一些公司正在设计和开发兼容RISCV的通用处理器，并已经有部分产品问世。未来，RISCV有潜力成为PC和服务器领域的一个有力竞争者，尤其是在需要定制化和低成本解决方案的场景下。
汽车电子： 汽车行业对处理器的可靠性、安全性和定制化有很高要求，RISCV的开放性和可扩展性正好满足了这些需求。
芯片设计工具和EDA（电子设计自动化）： 许多EDA公司和芯片设计服务公司也在积极拥抱RISCV，提供相关的IP核、工具链和设计服务，进一步壮大RISCV的生态。

RISCV面临的挑战：

尽管前景光明，RISCV的普及和发展也面临一些挑战：

生态系统的成熟度： 相比于ARM和x86经过数十年积累的庞大生态系统，RISCV的软件生态（编译器、操作系统支持、开发工具、应用软件）仍在建设中。虽然进展迅速，但与成熟的生态系统相比，仍有差距。
性能和功耗的优化： 虽然RISCV ISA本身是精简高效的，但最终的性能和功耗表现，很大程度上取决于CPU核心的设计和制造工艺。要与ARM和x86在所有场景下竞争，仍需要大量的研发投入和技术积累。
标准化和碎片化： 模块化和可扩展性是RISCV的优势，但也可能带来碎片化问题。如果每个公司都随意定义自己的自定义指令集，可能会导致软件兼容性问题。RISCV国际基金会正努力通过标准化来解决这一问题。
市场接受度： 许多大公司已经深度绑定了ARM或x86，迁移到RISCV需要巨大的投入和风险。要打破现有巨头的垄断，需要时间和更多的成功案例来证明RISCV的价值。

总结：

RISCV是一场由开放、免费、模块化和可扩展性驱动的处理器革命。它打破了传统商业ISA的壁垒，为全球的芯片设计和创新带来了前所未有的机遇。它不仅降低了进入高性能处理器设计领域的门槛，也为特定应用场景提供了极致的优化可能性。

它不是要立刻取代ARM或x86，而是为市场提供了更多的选择，催生更多的创新，推动整个芯片行业向着更开放、更灵活、更具竞争力的方向发展。 我们可以预见，在不久的将来，RISCV将会在越来越多的领域崭露头角，甚至在某些细分市场成为主导力量。对于任何关注科技发展的人来说，RISCV都是一个不容忽视的重要趋势。

网友意见

实在是看不惯大家吹彩虹屁吹下去了，说几句得罪人的话。

我想问问大家，在这个时间点上，RISC-V的生态位是什么，商业模式是什么，在硬件领域大搞开源运动的意义又是什么？

1. 很多人拿RISC-V比作Linux，觉得“Linux的成功是因为拥抱自由与开源，所以RISC-V拥抱开源必然成功”——首先这就是一个巨大的误解，Linux的成功是因为所有软件硬件厂商发现OS领域的技术已经复杂到让微软、Google、IBM、Intel等巨无霸都无法用自己技术力量来维护了，因此“开源”实际上是更坚实更有效的“协作+共同赚钱”的商业模式，反而促进了大大小小的厂商自愿花钱紧密围绕在Linux路线图中协作下去从而共同获利——这不仅是Linux的成功原因，也是各种复杂庞大且前沿的开源项目成功的原因——RISC-V作为从学术界的无历史包袱、设计理念前沿的指令集，开源当然是个好事，但是开源一定意味着资本之间的合作式成功吗？如果大家共享一份开源的指令集，而像现在RISC-V的官网一样三四十个厂商各自拥有一份私自的implementation，那么“开源”无法带来“协作”而导致大量重复的工作，这样的意义又是什么呢？Linux的成功秘诀是“复杂项目下的协作”，而“开源”只是逼迫大资本的技术人员妥协和协作的手段之一——而不是绝对唯一的目的；
2. RISC-V的行业中的生态位是什么？一堆人回答“类比Arduino”、“类比树莓派”、“类比cortex A5”——归根到底还是低性能、低功耗的嵌入式设备，基本用在control board、MCU、IoT设备上，是边缘中的边缘，在业界处于利润最低、门槛最低的生态位上。那么问题来了，三四十家厂商、大学、研究所涌入“RISC-V”这个生态，每个团队要么是纯粹学术界团队，要么是商业和产品导向性的公司，一群散兵游勇，每个小团队有一套自己的、路线和技术完全不同且无法兼容合作的implementation，压根没有Linux那种“一个委员会掌舵，所有公司和开发者按照一个路线图合作”的方式——这样的开源、自由与免费，岂不是一种浪费？
3. RISC-V生态以后到底有哪些成功的商业模式？如果光是低性能、低成本、低功耗、低利润的IoT芯片、micro controller甚至直接跑在FPGA上——那么指令集级别的“开源运动”，能带来商业上的多少利润？要知道C8051、AVR、Adruino，以及各种大量低端到几块钱人民币每片的ARM都是成熟的商业模式，巨大的出货量早就摊平了研发测试和授权成本；另一方面如果没有持续不断的收入，没有相比于各种同行们具有革命性的优势和利益，你又如何说服开发者和客户去选用你的设计呢？更不要说现在绝大部分RISC-V的团队都还在开源HDL/RTL给大家烧录进FPGA用的层次上，你降低了研发成本和测试成本，提高了研发速度，但最终还是要被FPGA厂商割一轮韭菜。

市场证明了消费市场里通用计算领域x86是成功的，拥有完整的生态和巨大的用户粘性；ARM在移动领域里的成功，是基于移动领域没有x86的设计和哲学包袱的大前提下，在一个全新的市场追赶上；同时还有一堆细分领域因为技术迭代慢、对性能和功耗要求不高、对特殊特性有需求而分布着各种小众架构比如车载芯片、IoT、极低成本的遥控器和玩具控制等MCU等——而RISC-V在商业模式上会有哪些潜能，我目前还没看到。

目前看起来，RISC-V在商业上最成功的就是不断卖开发板的SiFive直接把FPGA做到了Microsemi上，以及PerfXLab的一些跑在FPGA上的产品——然而这都是卖给开发者的玩具，不是卖给消费者的产品，如果开发者失去了希望，那么以后连开发者也不会买了。而且SiFive做到Microsemi上的原因是为了各种security的特性，然而security从来都是Microsemi的，跟RISC-V本身也没太大关系，如果打着security的旗号卖RISC-V的方案那就是完全的本末倒置。

利益相关：“I know more about Microsemi security things than anybody”

写了篇文章蛮想和大家分享的，贴过来吧。。原文在这里

开源指令集RISC-V：商业化进程在加速 - EDN电子技术设计

RISC-V引起业界新一轮的关注，应该是今年三星半导体在其Exynos 8890处理器中（Galaxy S7用的这款处理器），首次采用的自主CPU内核M1，被指是基于开源的RISC-V指令集架构（而不是其旗舰机长期所用的ARMv6-M/ARMv8-M）。

战略上往高的说，三星从之前依赖ARM核心授权转为完全自主设计。

与三星将RISC-V用于手机处理器所不同的是，更多从业者对此的关注，是想将RISC-V应用在物联网、大数据等领域。

近日要量产的RISC-V处理器，还包括法国GreenWaves Technologies的IoT处理器GAP8，这是来自高校开发的RISC-V开放源码硬件PULP核心技术转移。据称GAP8可实现较ARM Cortex-M0到Cortex-M7等核心更高两倍的能源效率。

另外一个被业界认为是仍然处于襁褓期的开源硬件的一个里程碑事件是：SiFive公司（由RISC-V 处理器架构的发明者去年创办）的Freedom E310已经流片回来了！运行SoC的Arduino board 卖59美金！而且RTL代码全部开源。

在同一时间点，Microsemi前不久也推出了RISC-V IP，作为已经有了基于ARM的SoC FPGA的商业化公司，其SoC FPGA营销总监Ted Marena认为，“ARM基础结构还是具有某些局限性。例如，RISC-V可让不同的硬件平台具有完全的可移植性。”

他指出，“客户希望能够在我们的FPGA器件内实施设计，如果产品量显着增长，他们能够将其转移到ASIC中，但不必支付许可费。如果采用ARM内核，实现这种做法的难度大很多。”

于是最初只是由加州大学伯克利分校开发用于计算机教学的RISC-V处理器架构，得到了产业界的支持，上个月底，第5次RISC-V Workshop在谷歌举行。参加人数为400人左右，来自全球各地，主要人员来自工业界。但也有多达20多个高校参加。

三星、AMD、Intel、NVida、 Marvell、Synopsys、高通、IBM都有参加这次Workshop。

在国内，确认华为已经开始做相关产品的预言，中科院计算所包云岗老师也有个团队在做相关开发。另外，明年5月，workshop将会在上海交通大学举行包和在内的大企业支持，并提供免费的编译器和开放的ISA开发环境。

RISC V的目标是完全开放的CPU设计：简单，低功耗。面对这个崛起的新架构，Marena回答了EDN记者的一些疑问：

1.ARM核在物联网领域有着非常成熟的生态环境，除了授权费，RISC-V还有什么其他优点？

Marena：RISC-V可以用于IoT 应用，但是与ARM内核相比，RISC-V具有其它优点。例如，由于可以提供RISC-V IP源代码，并且这种源代码是开放的，因此客户能够全面检查RTL，以确保最高的信任级别。

与ARM相比，关心产品安全的客户将更能够接受RISC-V。

使用美高森美FPGA器件实施方案的其它安全益处是RISC-V内核能够从片上安全闪存启动，这可确保没有恶意软件或隐匿程序被放入引导代码中。其它处理器则不允许对RTL进行检查。

2.系统厂商除了考虑成本，还会考虑设计难度，RISC-V是否会增加系统工程师的设计难度？

Marena：虽然ARM生态系统比RISC-V更全面，但现实是，对工程师来说，最重要的是软件工具链。

为了应对这一问题，美高森美推出了Libero开发环境中的RISC-V RV32IM IP内核，使得工程师能够为其设计配备必要的外设。此外，我们提供SoftConsole IDE，因而软件工程师能够对其C或C++代码进行编译和调试。

（编辑注：开源有一个好处是可以与开放原始码社群的资源结合，用户不用等拿到芯片再开始软件开发，因为芯片内部功能的规格定义完全透明。）

3.RISC-V目前得到了哪些代工厂的验证？

Marena：目前有几家公司正在构建专用的RISC-V处理器芯片。不过，由于设计这种芯片的每家公司都拥有IP(正如美高森美针对FPGA开发RISC-V IP内核一样)，所以是哪一家晶圆厂并不重要。

（编辑注：前文中所提到的GreenWaves量产的GAP8处理器，采用台积电55nm 55LP制造工艺。）

4.我们看到了三星等一些大厂商也开始使用RISC-V，您怎么看待RISC-V的商业化发展线路图？

Marena：美高森美是首家提供RISC-V IP内核的FPGA公司，但我们相信，由于RISC-V的优势非常明显，这个市场将会显着增长，业界将会广泛采用RISC-V。

设计人员可以将设计自由地从FPGA移植到ASIC，而无需支付权益金是其中的一项优势；而另一项优势是开放源RTL。

此外，工程人员还可以针对其特定应用协作、修改和改编RISC-V内核，充分发挥全新的创新水平。

为什么有了OpenPower和OpenRISC，还要折腾RISC V？

IoT市场！

有人认为在中国，更加应该紧跟RISC-V。原因很简单：因为我们没有选择。

——或者，至少要做做样子，吓唬一下ARM啊！

但业界也有不同声音，有人认为“现在业界其实没需求，ARM core也不贵，有支持有测试，还有后端和工艺流程的支持。” “开源core省了一点IP的钱，流片出来有问题谁担责任？”“ARM v0现在也基本送了，RISC-V堪忧啊”。。。。。

回想十几年前开源软件发展的初期阶段，对于新兴的RISC-V挑战Intel x86和ARM对市场的统治，会有怎样的结局？

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