剑指未来五十年的指令集RISC-V【转自微信公众号智联网事】

本文主要是介绍剑指未来五十年的指令集RISC-V【转自微信公众号智联网事】，希望对大家解决编程问题提供一定的参考价值，需要的开发者们随着小编来一起学习吧！

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本文介绍了RISC-V指令集从发布到目前的发展路程,及基于RISC-V的芯片研发进展及芯片配套软件开发生态的更新.

文章目录如下：

一些基本概念
RISC-V 二三事
RISC-V 有多强
ARM的担忧
基于RISC-V的芯片开发生态
一些市场的消息
个人看法

一些相关基本概念

以麒麟980举例：华为的麒麟980是一款处理器（SOC, System on a chip），其基于ARM Cortex-A76微架构（CPU,Central processing unit），而Cortex-A76是基于ARM公司的ARMv8.2-A指令集(ISA,Instruction SetArchitecture)设计的。

从上面，我们引出了指令集的概念。 指令集作为硬件和软件的一个接口，是对计算机的抽象描述。知名的指令集有ARM、PowerPC、X86等，国内也有自主产权指令集的公司，如被阿里收购的中天微。更多关于ISV,CPU和SOC的描述，请参考文章谈谈ISA，CPU和SOC。

RISC-V二三事

RISC-V (pronounced “risk-five”) is an open, free ISA enabling a new era of processor innovation through open standard collaboration. Born in academia and research, RISC-V ISA delivers a new level of free, extensible software and hardware freedom on architecture, paving the way for the next 50 years of computing design and innovation.

RISC-V指令集，是加州大学伯克利分校于2011年发布的开放免费指令集，由于是第五代，因此取名RISC-V。在如今ARM大行其道，从芯片到生态到终端用户都齐全的时代，RISC-V这样一个指令集，究竟如何生存壮大起来的？它有哪些特点优势？这也是我尝试了解回答的问题。（只想看总结的可往下速滑）

记得十年前的手机品牌，诺基亚，摩托的，索尼等，各自的系统都不一样，现在大家用的手机，除了苹果，基本都是基于安桌系统。安桌的两大特点是开源和免费，这样不仅给广大应用开发者很大的灵活度，而且发展了非常丰富的生态。Android的开发者GOOGLE，也是RISC-V的白金会员之一。 RISC-V的研究团队认为，指令集ISA作为软硬件接口的一种说明和描述规范，不应该收费，而应该开放和免费。这也是RISC-V创造者的初衷之一。

当然，仅仅具有开源和免费也是完全不够的，就如工作，有一个好的主意，没有任何配套的行动，策略，主意永远是一个概念。一个产品能不能用，好不好用，能否给终端应用厂商，给市场带来价值？针对这些质疑，RISC-V伯克利研究团队从下面几方面开干：

第一招基于指令集推出CPU及芯片原型

这直接将RISC-V的指令落地到终端可以使用，评测的芯片。这一过程，不仅仅将理论，概念实体化，解决了许多技术上的问题及挑战，而且也带动建立了研发SOC的生态。这大大降低了RISC-V用户的开发难度，成本，风险。

第二招成立非盈利组织RISC-V基金会，加快生态建设

RISC-V基金会自2015年成立以来，会员数目增长如图，不可谓不猛。

且从其会员构成类别看很丰富。截至2018年3Q， RISC-V 基金会已发展115个会员，其中包含 NVIDIA, QUALCOMM, NXP, SAMSUNG，HUAWEI这样的超一流大厂，许多一流学术机构及C SKY，SIFIVE等商业化IP公司。

除了上诉的CPU SOC开发相关，成员还包括IAR，SEGGER，TSMC等应用开发，芯片生产相关的企业！

第三招积极开“大”会

2015年 RISC-V第一次全球研讨会举行，截至2017，已经举行七届。除了全球的研讨会，还包括在全球各地举行的专项研讨会。这些会议给RISC-V的爱好者，使用者提供了很好的沟通，分享，交流平台，促使RISC-V的加速发展。

如下，我们以时间的角度梳理下RISC-V的发展

2011年 发布开放指令集RISC-V，随后基于RISC-V的ROCKET IP成功流片
2015年 发布BOOM IP
2015年 RISC-V创始人成立SIFIVE，加速推进RISC-V商业化
2017年 基于BOOM IP的芯片流片
2015年 RISC-V 基金会成立，加速RISC-V的指令集规范的演进以及软硬件生态系统的发展
201x年 更多消息请往后看

总结来说，RISC-V 以开放，免费的模式，从基础指令集落地到芯片，赋能客户，广建生态，积极扩大影响，集结了强大的联盟。

与ARM的恩仇录

如果老大哥看也不看你，说明你太弱了。RISC-V的快速发展也引起了来自ARM的关注及担忧。2017年6月，ARM建立了一个专门的网站，从成本，生态，碎片化风险，安全及设计验证等方面指点RISC-V。在RISC-V反击发布后，ARM主动关闭下线了网站。（相关资料可从下面链接获取 https://github.com/arm-facts/arm-basics.com/blob/master/index.md）

第一刀成本

ARM：虽然RISC-V 指令架构集（ISA）开源，免费，但是ISA的授权只占有商业处理器总成本的一小部分

RISC-V：显性成本你这么贵，却谈说不清楚的隐性成本。而且我们通过开放，吸引更多贡献者来完善设计，这也有利于降低研发成本。

第二刀生态

ARM：针对一个指令架构，能有一个全球化的，成熟的，覆盖软件，服务，涉及支持等的生态，是非常重要的。而RISC-V目前的生态还不够

RISC-V：谁没有喝奶的时候，我们正在飞速的发展完善中。

第三刀碎片化风险

ARM：由于RISC-V的指令集架构允许CPU IP 供应商定制化，这种“碎片化”可能使得ISA的生态兼容性更加困难。

RISC-V：你自己已经碎片化了，ARM ISA (ARMv6/7/8, Thumb1, Thumb2, ThumbEE,Jazelle, ARM v8, v8-M, NVIC/VIC/GICv2/3/4等)。而我可以在开始阶段就可以到如何更精简。

第四刀安全

ARM：网络威胁需要芯片具有很好的安心性能。基于RISC-V的产品目前还比较新，有待专家及其合作伙伴的观察。

RISC-V的：自己的屁股没擦干净（ret2usr问题），而RISC-V可以在设计的最初，而且也正是RISC-V的安全组正在做的事情。

第五刀设计验证

ARM：IP的设计过程，验证及确认可能占总设计时间的75%。而RISC-V的ISA允许修改，可能带来昂贵的验证ueren成本及对应的软件工具定制化费用。这都将增加设计的成本。

RISC-V：开源，可以借助更多的专业力量参与设计的过程，这有利于加速开发和降低成本。

我们可以看到ARM提出的点，其实也正是RISC-V开始就考虑到且在减小影响的点。截止目前，基于RISC-V的开源免费CPU及SOC原型已经不少。后面会提到。

RISC-V性能情况

截止目前，伯克利的研究团队公布了基于RISC-V的Rocket以及BOOM两个CPU。其CoreMark性能情况如下图。

在论文《RISC-V Compiler Performance:A comparison between GCC and LLVM/clang》中，我们可以看到实际基于RISC-V的芯片和ARM的对比结果。可以看到，在编译器开启O1以上优化情况下，RISC-V的性能可以做到和ARM接近。这是实际的跑分结果。和网友在SIFIVE的开发板上的结论相近