關(guān)于RISC-V發(fā)展現(xiàn)狀與應(yīng)用分析和介紹

RISC-V相關(guān)的技術(shù)，RISC-V我相信應(yīng)該算是一個比較新的話題，在我開始講這個話題之前，我想做一個現(xiàn)場的調(diào)查，聽說過RISC-V這個技術(shù)的請舉手，基本上跟我的預(yù)期差不多，聽說過RISC-V這個技術(shù)的還是寥寥無幾。所以我覺得今天這個講座很有意義，可以讓更多的人了解到RISC-V這個技術(shù)。

在我具體展開講解RISC-V技術(shù)之前，我們先看一看RISC-V全球范圍內(nèi)的熱度，在何老師的講座中也提到RISC-V，大家可能在腦海中發(fā)起一個問號，到底什么是RISC-V。我們先看RISC-V在全球范圍內(nèi)的熱度表現(xiàn)。前不久計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)泰斗Hennessy和Patterson獲得了2017年圖靈獎，并且這兩個人紛紛進(jìn)駐到谷歌擔(dān)任首席科學(xué)家，在計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)方面產(chǎn)生了很大的影響力。

這兩個泰斗，這兩個大師代表一種什么趨勢呢？首先這兩個大師編排了很多的經(jīng)典英文教材，譬如說《計(jì)算機(jī)組成與設(shè)計(jì)》、《計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)量化研究方法》，這些都是他們倆合作的，他們倆本身也是RISC-V技術(shù)架構(gòu)的發(fā)起人和推動者，他們多次在公開場合介紹RISC-V技術(shù)。這兩位泰斗獲得了圖靈獎，以及進(jìn)駐谷歌，也代表了一種跡象。他們編排的教材目前都改編了基于RISC-V的最新版本，也就是說在全球范圍，尤其是以美國微首，目前在大學(xué)范圍內(nèi)所有的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，電子工程系的教材，在進(jìn)行計(jì)算機(jī)相關(guān)的相關(guān)方面都采用RISC-V作為教材，現(xiàn)在的邊緣計(jì)算，以及IoT領(lǐng)域一些新的論文或研究也基本上是在用RISC-V作為指令集。

在全球范圍被很多國家采納為國家的標(biāo)準(zhǔn)指令集，比如說印度已經(jīng)明確了將RISC-V定義成國家標(biāo)準(zhǔn)的指令集，以色列、美國等都有相應(yīng)的一些國家計(jì)劃。在產(chǎn)業(yè)界也引起了廣泛的關(guān)注，三星、NVDIA都明確的表示它們會使用RISC-V用到產(chǎn)品當(dāng)中。以RISC-V技術(shù)的相關(guān)新創(chuàng)公司相繼獲得巨額融資，譬如說美國Sifive獲得5千多萬的C輪融資。所以說，RISC-V在全球范圍內(nèi)可能比在中國掀起了很大的熱度。

在座90%的人都沒有聽說過RISC-V，大家可能很好奇這是一個什么東西，為什么現(xiàn)在在全球范圍內(nèi)掀起這么大的熱度？我們現(xiàn)在開始正式的進(jìn)入今天的講座，介紹一下RISC-V的前世今生，以及現(xiàn)在的發(fā)展?fàn)顩r。

首先做一個簡單的自我介紹，本人是上海交通大學(xué)電子工程系微電子畢業(yè)，在業(yè)界基本上是從事CPU相關(guān)的研發(fā)，做過處理器的設(shè)計(jì)工程師。目前在國內(nèi)最早研發(fā)RISC-V相關(guān)的處理器核，并且將基本的一個處理器開源了。出版了即將上市的中文《教你設(shè)計(jì)CPU—RISC-V處理器》書。

現(xiàn)在開始真正介紹RISC-V，RISC-V的誕生，它為什么誕生？它是什么樣的東西。2010年發(fā)源于伯克利大學(xué)，圖靈獎獲得者是伯克利大學(xué)的院長，他推動伯克利大學(xué)發(fā)行全新的RISC-V架構(gòu)。在2016年的時候RISC-V技術(shù)成立了基金會，創(chuàng)始會員包括有谷歌、西部數(shù)據(jù)等大公司，目前中國的會員有***晶芯、華為、聯(lián)發(fā)科、杭州中天等。

為了讓大家更詳細(xì)的理解什么是RISC-V，以及它誕生的意義。先科普一個很簡單的概念，可能很多人都知道。處理器指令集架構(gòu)的一個概念，因?yàn)槲覀儎倓傉f了RISC-V是一種全新的指令集架構(gòu)，什么是一種指令集架構(gòu)呢？指令集架構(gòu)簡稱為ISA，指令集架構(gòu)，有時簡稱為“架構(gòu)”或稱之為“處理器架構(gòu)”，是處理器的靈魂。指令集架構(gòu)不僅僅是一組指令的集合，它還要定義任何軟件程序員需要了解的硬件信息，包括支持的數(shù)據(jù)類型、存儲器和寄存器狀態(tài)、尋址模式與存儲器模型等等。下面是硬件，上層有各種豐富的應(yīng)用，在硬件和軟件的抽象層便是指令集架構(gòu)。所以說指令集架構(gòu)可以理解為一個抽象層，構(gòu)成處理器底層硬件與運(yùn)行于其上的軟件之間的橋梁與接口，也是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)處理器最重要的一個抽象層。所以說，一個指令集架構(gòu)決定了一個處理器的靈魂，也就決定了處理器的流派。

現(xiàn)在看看有哪些指令集架構(gòu)，譬如說整個處理器的領(lǐng)域之分，以及在每個領(lǐng)域的主流架構(gòu)。在服務(wù)器方面，以英特爾公司為代表的X86架構(gòu)的高性能CPU占壟斷地位。在手機(jī)和手持設(shè)備基本上是以ARM公司為代表的，在嵌入式設(shè)備也是ARM，它在這一塊也是非常強(qiáng)勢的存在，也有其他公司是不錯的。在日常生活中，見到最多的是ARM，因?yàn)锳RM公司主打的是IP授權(quán)為主的生態(tài)，整個生態(tài)圈是非常龐大的，基本上所有的公司都是采用ARM的架構(gòu)。

在RISC-V誕生之前，我們看到一個非常明顯的趨勢，ARM這個架構(gòu)基本上要統(tǒng)一整個處理器，ARM基本上要一統(tǒng)天下，ARM也在侵蝕英特爾的服務(wù)器桌面，我們知道現(xiàn)在蘋果、高通推出桌面PC，也支持ARM架構(gòu)，基本上的趨勢是ARM要統(tǒng)一這個世界了。國內(nèi)的處理器架構(gòu)的現(xiàn)狀，最強(qiáng)大的也是ARM，飛騰、展訊、華為都在用ARM。

我們剛剛已經(jīng)理解了處理器架構(gòu)的意義，ARM的架構(gòu)基本上是要統(tǒng)一全世界的處理器架構(gòu)的趨勢，在這種背景之下RISC-V誕生了，就好象天下分久必合，合久必分。市面上大部分的架構(gòu)都消亡了，到了ARM架構(gòu)為主的主流架構(gòu)，在架構(gòu)壟斷的情況下，硅谷2010年基金會成立，終于誕生了一個全新的指令集RISC-V，這個指令集的誕生是一個顛覆性的誕生，這個架構(gòu)的目標(biāo)和以往看到的商業(yè)架構(gòu)都不一樣，希望能夠產(chǎn)品一個完全開放的指令架構(gòu)，可以為任何組織機(jī)構(gòu)和商業(yè)組織所使用。如果我們要設(shè)計(jì)一個ARM的數(shù)據(jù)或使用ARM的架構(gòu)是要向ARM付費(fèi)的，并且這是不少的一筆費(fèi)用。RISC-V是作為一個開放的架構(gòu)，基金會只是負(fù)責(zé)維護(hù)，本身任何人都是免費(fèi)使用RISC-V。成為一種真正適合硬件實(shí)現(xiàn)且穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)指令集架構(gòu)。由于它的顛覆性，2015年被美國一個機(jī)構(gòu)評為最佳技術(shù)。

RISC-V架構(gòu)技術(shù)上的特點(diǎn)可以總歸為三點(diǎn)，模塊化、極簡、可擴(kuò)展。模塊化，這個架構(gòu)是模塊化的指令集，再配合一些擴(kuò)展的指令集來組成，面對不同的應(yīng)用，可以通過組合它的不同模塊滿足你的不同應(yīng)用，譬如說嵌入式領(lǐng)域的應(yīng)用，可能跟服務(wù)器上的應(yīng)用很不一樣，可以調(diào)整不同的模塊化，能夠滿足特定的應(yīng)用。

極簡，可以體現(xiàn)在這幾個方面，因?yàn)槲覀兛吹揭恍﹤鹘y(tǒng)的ARM架構(gòu)，篇幅有數(shù)千頁，RISC-V架構(gòu)只有小于三百頁，指令數(shù)目，ARM是指令數(shù)繁多，不同的架構(gòu)分支彼此不兼容。RISC-V一套指令集支持所有架構(gòu)，基本指令集僅40余條指令，以此為共有基礎(chǔ)，加上其他長用模塊指令集總數(shù)也僅幾十條。易實(shí)現(xiàn)性，硬件實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性度高。RISC-V是硬件設(shè)計(jì)與編譯器實(shí)現(xiàn)非常簡單。

可擴(kuò)展，這也是它最大的一個特點(diǎn)，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的ARM指令是不允許做指令集的擴(kuò)展，RISC-V有一套很方便的方法，方便你做一些擴(kuò)展的方向。再回顧一下剛才所說的RISC-V在技術(shù)上的三個特點(diǎn)，第一，它是模塊化；第二是極簡；第三是可擴(kuò)展。

再看它的發(fā)展現(xiàn)狀，首先最大的一點(diǎn)它是通用、開放和免費(fèi)的，跟以往而言相比很不一樣。引起業(yè)界的關(guān)注，很多大公司都紛紛的為它站臺，并且紛紛的把它應(yīng)用到自己的芯片產(chǎn)品當(dāng)中，或者是其他的研究當(dāng)中。RISC-V基金會，每年都舉辦大概2-3長的行業(yè)Workshop，在行業(yè)內(nèi)的公司進(jìn)行交流，在中國舉辦了一次，每次都會有一個大公司或知名的大學(xué)為它主辦主場。

最經(jīng)典的教材都改編了RISC-V的版本，尤其是以美國為主的大學(xué)，看美國現(xiàn)在的教材，全部都以RISC-V作為教材，并被納入國家標(biāo)準(zhǔn)指令集。RISC-V很有可能能夠成為真正實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)自主的指令集架構(gòu)，國產(chǎn)創(chuàng)新領(lǐng)域用各種各樣國外授權(quán)的指令集架構(gòu)，先后投入大概十幾年的發(fā)展，這些國外的指令集架構(gòu)，從本質(zhì)上來講是授權(quán)，一方面是要給國外的商業(yè)公司付費(fèi)，另一方面來講，它們可以停止授權(quán)。如果我們國家自己定義一套自己的指令集架構(gòu)，本身又沒有太大的意義，因?yàn)樘幚砥骷軜?gòu)必須要是一個全球范圍內(nèi)的普世通用的，才能獲得全球范圍內(nèi)的通用生態(tài)的支持。

所以，在以前的背景下，國產(chǎn)自主可控與普世通用生態(tài)存在天然的矛盾，現(xiàn)在有了RISC-V，其實(shí)能夠很好的解決這個問題。首先，因?yàn)樗且粋€開放的基金會組織定義標(biāo)準(zhǔn)，它也是免費(fèi)的，并不會掌握在任何一個國外商用公司的手上?；饡M織，中國的公司和個人都可以加入成為會員，所以是不存在被國外公司所控制的問題，國產(chǎn)自主可控能夠?qū)崿F(xiàn)。另外，在全世界范圍內(nèi)迅速的發(fā)展，產(chǎn)生全新的生態(tài)，普世通用的生態(tài)也是完全沒有問題。結(jié)合這兩點(diǎn)，我們來看，只有RISC-V這個架構(gòu)才能真正實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)自主的指令集架構(gòu)。

由于它的特點(diǎn)，在國內(nèi)RISC-V非?；钴S，尤其是在芯片和嵌入式領(lǐng)域的從業(yè)者非常關(guān)注RISC-V，現(xiàn)在國內(nèi)有兩個微信群是爆滿的，這個群也是有一些熱心的參與者來組織的，在群里面大家每兩個星期會發(fā)一個周報(bào)，這些都是自發(fā)性的，會總結(jié)全球范圍內(nèi)RISC-V的發(fā)展現(xiàn)狀，以及中國國內(nèi)的發(fā)展現(xiàn)狀。現(xiàn)在有大量的參與者，如果大家也關(guān)注一些相關(guān)的行業(yè)報(bào)道，基本上到2018年的時候已經(jīng)頻頻的看到這些報(bào)道，發(fā)表撰文介紹RISC-V。中文第一本RISC-V處理器教材馬上要出版了，這是我寫的。

RISC-V版本盤點(diǎn)，RISC-V是新的指令集架構(gòu)，它只是一個指令集架構(gòu)，它并不是一個處理器的CPU版本，它指定一個標(biāo)準(zhǔn)，按照這個標(biāo)準(zhǔn)可以做你自己的創(chuàng)新，可以做很低功耗的處理器，或者是很高性能的處理器，只要符合RISC-V的架構(gòu)，都可以稱之為RISC-V處理器。英特爾可能出了不同的芯片，實(shí)現(xiàn)上是不一樣的，但都是符合這個架構(gòu)的。

RISC-V是開放的指令集架構(gòu)，每個人、每個公司都可以做，在過去全世界范圍內(nèi)冒出幾十個不同的版本，很多版本是開元版本，也就是說免費(fèi)版本，可以直接下載下來免費(fèi)使用。有一些商業(yè)IT公司推出商用的版本，基本上都是以國外的為主。中國大陸到目前為止，據(jù)我了解只有蜂鳥E200 Core是開源的，列舉了目前非常主流的版本。參與者其實(shí)來自全世界范圍，在短短兩年之內(nèi)冒出這么多版本，接下來會冒出更多的版本，是無法想象的。

RISC-V既然發(fā)展的這么熱，當(dāng)然時間還很短，2016年才成立，2017年國內(nèi)基本上很少有人知道RISC-V，即便到現(xiàn)在為止也是專業(yè)的圈子有部分人知道，它發(fā)展的時間很短，雖然在國外很火，在國內(nèi)相對而言沒有那么火，它到底在哪些地方產(chǎn)生了應(yīng)用呢？這邊做了一個簡單的總結(jié)。

很多大公司都在為RISC-V站臺，列出幾個非常有代表性的大公司，西部數(shù)據(jù)，公開宣傳將替換其所有產(chǎn)品的處理器為RISC-V。NVDIA明確的說用RISC-V作為GPU內(nèi)部控制內(nèi)核；三星的芯片用RISC-V內(nèi)微控制器內(nèi)核；Ceva、谷歌、微軟，（PPT），以上表格僅列出明確發(fā)布了新聞稿的知名大公司，行業(yè)內(nèi)已經(jīng)大范圍內(nèi)使用RISC-V充當(dāng)嵌入式控制內(nèi)核。除了明確表態(tài)的公司，在一些業(yè)界大公司已經(jīng)非常普遍的使用RISC-V做處理器內(nèi)核。

圍繞著RISC-V的商用技術(shù)，在全球范圍內(nèi)也涌現(xiàn)出很多專門的商業(yè)公司，主要是以美國為主，這個是發(fā)生在硅谷，美國對新事物接受速度相對快一些，有很多公司用它做一些特定芯片的公司，在歐洲也有一些公司，包括在俄羅斯，中國***都，***Andes也是用RISC-V來做自己的芯片產(chǎn)品。中國大陸目前沒有。以上只是列舉了一些比較知名的公司，還有很多公司都在用做自己的芯片產(chǎn)品。

RISC-V的行業(yè)應(yīng)用，美國SiFive支持Linux處理器核是用RISC-V做的，Green WavesIoT低功耗邊緣應(yīng)用處理器，也是采用RISC-V來做的。說到行業(yè)應(yīng)用不能繞開ARM，RISC-V作為一個全新的免費(fèi)新的架構(gòu)，自然就要處理和ARM的關(guān)系，這是我個人的觀點(diǎn)，ARM在既有的壟斷領(lǐng)域會繼續(xù)保持強(qiáng)勢，比如說手機(jī)，這里面會應(yīng)用到ARM處理器，綁定了安桌的生態(tài)系統(tǒng)，永遠(yuǎn)都不可能會替代掉。在一些新興的領(lǐng)域，比如說IoT、AI、邊緣計(jì)算、數(shù)據(jù)中心，RISC-V與ARM應(yīng)該是會產(chǎn)生共贏互補(bǔ)的關(guān)系，共同的推動這個產(chǎn)業(yè)爆發(fā)。

最后我們談一談RISC-V基于IoT的意義，今天的展會主要討論嵌入式IoT，我們看RISC-V這個技術(shù)對IoT能夠帶來什么樣的變化或什么樣的意義?，F(xiàn)在IoT的現(xiàn)狀趨勢剛剛何老師講過，IoT的數(shù)量會越來越多，IoT的趨勢和要求，對于處理器的要求，首先是持續(xù)的碎片化，碎片化是IoT的最大特點(diǎn)，IoT的應(yīng)用場景太多了，不同的應(yīng)用場景有完全不同的要求，所以它是一個碎片化的生態(tài)。在碎片化的生態(tài)里面，如何能夠快速的定制出有個性差異化的芯片產(chǎn)品，未來非常重要。

其他的三點(diǎn)（PPT），面對這個趨勢同樣有一些要求，剛剛何老師已經(jīng)說過了，不再強(qiáng)調(diào)了，低功耗低成本；安全性；增強(qiáng)計(jì)算，這些也是新的要求。

講到現(xiàn)狀背景，我們看看目前RISC-V能夠帶來新的機(jī)遇，現(xiàn)在碎片化的IoT為技術(shù)上所代表的挑戰(zhàn)是什么？現(xiàn)在IoT和邊緣計(jì)算領(lǐng)域，由于它的碎片化特點(diǎn)，其實(shí)存在著越來越以應(yīng)用為中心，不像以前以芯片為中心。現(xiàn)在IoT和邊緣計(jì)算是碎片化，以應(yīng)用為中心的場景，以應(yīng)用公司和模組公司為中心的趨勢，而替代了傳統(tǒng)的以芯片公司為中心的模式。傳統(tǒng)以芯片公司為中心的模式難以滿足現(xiàn)在的趨勢。ARM的發(fā)布周期長，售價(jià)昂貴，用同樣的IoT，會面臨同質(zhì)化競爭的問題，由于價(jià)格昂貴，使得創(chuàng)新的門檻非常高昂，基本上很大的公司和有技術(shù)能力的公司才能最早買到IP，難以快速響應(yīng)碎片化的IoT和邊緣計(jì)算能力的需求。

RISC-V的優(yōu)點(diǎn)，RISC-V是一個全世界通用的標(biāo)準(zhǔn)處理機(jī)構(gòu)，生態(tài)優(yōu)勢長期向好，現(xiàn)在很多人不知道RISC-V，就不知道生態(tài)好，是長期來看RISC-V的生態(tài)是長期向好的，現(xiàn)在大學(xué)基本上是以RISC-V開始授課，以后工程和計(jì)算機(jī)系畢業(yè)的學(xué)生，把時間放在5-10年的情況來看，對RISC-V的掌握情況來看，會成為基本的技能。

第二是它的架構(gòu)開放免費(fèi)的，消除了處理器架構(gòu)的專利壁壘，降低了創(chuàng)新的門檻，只要有技術(shù)能力的公司和技術(shù)能力的個人，就可以使用這個架構(gòu)來開發(fā)一些有意思的產(chǎn)品和有意思的處理器。

第三，具備低成本的優(yōu)勢，降低了創(chuàng)新的代價(jià)。

第四，我們剛剛說的，它是可定制可擴(kuò)展，能夠快速響應(yīng)“碎片化和越來越以應(yīng)用為中心”的IoT和邊緣計(jì)算領(lǐng)域的新需求。

機(jī)遇上述原因，越來越多國外新創(chuàng)公司正在使用RISC-V設(shè)計(jì)處理器內(nèi)核，試圖進(jìn)入各個細(xì)分領(lǐng)域。剛才說的歐洲的GreenWaves，美國的Ours，越來越多的國內(nèi)公司在使用RISC-V內(nèi)核用于芯片產(chǎn)品。

RISC-V對IoT帶來的意義，在邊緣端和IoT端，對于傳統(tǒng)的通用生態(tài)的依賴并沒有那么強(qiáng)，更加的看中其他方面的要求。所以，RISC-V很好的能滿足這一點(diǎn)。總而言之，RISC-V能夠降低創(chuàng)新的代價(jià)，促進(jìn)IoT和邊緣計(jì)算的爆發(fā)。

最后花一點(diǎn)時間快速的給大家看一看蜂鳥E200處理器的近況，是中國第一款基于RISC-V的處理器內(nèi)核，這款處理器對標(biāo)現(xiàn)在用的最多的ARM Cortex M0+的內(nèi)核，所以是2級的內(nèi)存處理器，是世界上最小的內(nèi)核之一，是一個開放的架構(gòu)，全國自主的，這個是我設(shè)計(jì)的，安全可控，無須向國外公司支付版稅和授權(quán)。應(yīng)用范圍，Cortex M0的應(yīng)用范圍就是它的應(yīng)用范圍，M0+最小的內(nèi)核到M7等等。蜂鳥E200已經(jīng)開源了，我們可以看到蜂鳥E203跟Cortex MO+的對比（PPT），蜂鳥E200是一個完整的系列，還有E205、E205f，不同之觸有的是指出單機(jī)的，有的是支持雙機(jī)的，不僅僅是免費(fèi)的問題，特性是上具有差異化的IP，能夠很好的替代不同級別的Cortex M的內(nèi)核用在不同芯片產(chǎn)品上。目前開發(fā)版和window的開發(fā)環(huán)境已經(jīng)完備了，基于window開發(fā)環(huán)境可以直接開發(fā)、下載調(diào)試，已經(jīng)具備了實(shí)際的使用性，蜂鳥E200開源在專業(yè)圈子已經(jīng)形成了相當(dāng)?shù)挠绊懥α耍幸粋€專門的微信群。