RISC-V批準(zhǔn)的新規(guī)范究竟意味著什么

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）美國(guó)時(shí)間12月2日，RISC-V國(guó)際基金會(huì)宣布其成員批準(zhǔn)了15項(xiàng)新規(guī)范，包含了RISC-V指令集架構(gòu)下的40多個(gè)擴(kuò)展，其中重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的就是其矢量、標(biāo)量加密和Hypervisor三條規(guī)范。RISC-V國(guó)際基金會(huì)表示，這些規(guī)范為AI、機(jī)器學(xué)習(xí)、IoT、汽車和數(shù)據(jù)中心等市場(chǎng)創(chuàng)建了新的機(jī)遇，那么對(duì)于RISC-V這個(gè)仍在蓬勃發(fā)展的架構(gòu)來(lái)說(shuō)，這些規(guī)范究竟意味著什么呢？

向量處理

過(guò)去向量計(jì)算往往只用于氣象預(yù)報(bào)和聲吶研究等細(xì)分市場(chǎng)，如今人工智能的興起下，向量運(yùn)算開始擴(kuò)展到所有類型的應(yīng)用和解決方案中，甚至在某些語(yǔ)音和視覺的機(jī)器學(xué)習(xí)推理中成了主要運(yùn)算方式。

RISC-V的向量規(guī)范帶來(lái)的RISC-V向量擴(kuò)展，為數(shù)據(jù)運(yùn)算密集的應(yīng)用敞開了大門。該擴(kuò)展已于今年9月進(jìn)入凍結(jié)公共審核階段，如今終于通過(guò)批準(zhǔn)。RISC-V的向量擴(kuò)展僅有100多條指令，但憑借這些指令，開發(fā)者就可以在RISC-V架構(gòu)的處理器上迅速應(yīng)對(duì)復(fù)雜的運(yùn)算工作，比如稀疏矩陣運(yùn)算等，并做到極低的延遲。

RISC-V向量擴(kuò)展中還有針對(duì)嵌入式設(shè)備和MCU的擴(kuò)展Zve，為性能不高的RISC-V CPU核心提供32/64整數(shù)、單精度和雙精度的浮點(diǎn)向量運(yùn)算，滿足邊緣端日益增長(zhǎng)的算力要求。這樣不論是消費(fèi)級(jí)的IoT設(shè)備，還是工業(yè)級(jí)的機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用，都能從中獲利。

標(biāo)量加密

安全是任何一個(gè)架構(gòu)都不容小覷的一環(huán)，從支持安全的加密標(biāo)準(zhǔn)到防范x86曾遇到的Spectre和Meltdown等漏洞，RISC-V在加密上同樣沒(méi)有放松。

標(biāo)量加密規(guī)范將為小規(guī)模的加密工作帶來(lái)加速，這些擴(kuò)展顯著降低了物聯(lián)網(wǎng)和嵌入式設(shè)備中安全高效的加速加密技術(shù)門檻。標(biāo)量加密擴(kuò)展的引入，使得RISC-V在實(shí)現(xiàn)某些標(biāo)準(zhǔn)的哈希加密或分組加密算法時(shí)，要比直接使用標(biāo)準(zhǔn)指令快一個(gè)數(shù)量級(jí)。

根據(jù)RISC-V國(guó)際基金會(huì)CTO Mark Himelstein的說(shuō)法，在使用標(biāo)量加密擴(kuò)展后，64位的RISC-V運(yùn)行AES128加密算法所需指令數(shù)從1145條下降至78條，提升性能的同時(shí)也加強(qiáng)了對(duì)邊信道攻擊的防范。除了性能和安全優(yōu)勢(shì)外，引入標(biāo)量加密擴(kuò)展所需成本也非常低，不需要像向量處理器一樣占用芯片大量的邏輯空間，開發(fā)者可以將目前主流的加密算法集成到最小的設(shè)備中。

Hypervisor虛擬化

虛擬化支持也是如今常見的需求之一，無(wú)論是數(shù)據(jù)中心還是嵌入式設(shè)備，都開始引入虛擬化技術(shù)。RISC-V的虛擬化擴(kuò)展已經(jīng)停留在草案階段許久了，如今終于獲得批準(zhǔn)，RISC-V社區(qū)已經(jīng)完成了KVM的移植，Linux 5.16版本中的KVM也將正式支持RISC-V的hypervisor擴(kuò)展，另一大開源虛擬機(jī)Xen也在今年三月宣布將考慮支持RISC-V的虛擬化。而SiFive在同一天公布的SiFive P650處理器，也聲稱支持虛擬化。

虛擬化技術(shù)主要是實(shí)現(xiàn)CPU、內(nèi)存和I/O的虛擬化。RISC-V通過(guò)賦予敏感寄存器和指令特權(quán)的方式，實(shí)現(xiàn)了CPU的虛擬化。在內(nèi)存虛擬化上，RISC-V和Arm/x86一樣，選擇實(shí)用多階段頁(yè)表來(lái)實(shí)現(xiàn)。RISC-V的Hypervisor規(guī)范將supervisor級(jí)的架構(gòu)虛擬化，有效地以type-1或KVM這類type-2的形式托管運(yùn)行客戶操作系統(tǒng)。

RISC-V憑借其擴(kuò)展性，已經(jīng)展現(xiàn)了作為加速器的無(wú)限潛力，有了虛擬化技術(shù)的支持，RISC-V的硬件資源可以得到最大限度的利用，在數(shù)據(jù)中心的機(jī)器和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)中也將獲得更多的機(jī)會(huì)。

除了數(shù)據(jù)中心，汽車和工業(yè)控制應(yīng)用也已經(jīng)全面鋪開虛擬化技術(shù)，比如UI與控制應(yīng)用的硬件隔離等等。這也是RISC-V存在感較小的兩大市場(chǎng)，有了虛擬化技術(shù)的支持，相信RISC-V能夠吸引到更多的行業(yè)玩家。

小結(jié)

盡管RISC-V仍是全球ISA市場(chǎng)中的一小部分，但根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)近期發(fā)布的報(bào)告，RISC-V的處理器核心將在2022年和2023年實(shí)現(xiàn)翻倍式增長(zhǎng)。尤其是在這些新規(guī)范和新擴(kuò)展的加入下，欲求快速進(jìn)入市場(chǎng)的初創(chuàng)小型公司更愿意選擇這種開放式的架構(gòu)。

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編輯：金巧