芯片是信息技術(shù)的引擎，推動(dòng)著人類社會(huì)的數(shù)字化、信息化與智能化。隨著摩爾定律瀕臨終結(jié)，維持芯片技術(shù)創(chuàng)新面臨挑戰(zhàn)。開(kāi)源芯片設(shè)計(jì)將是應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)的新思路。如今芯片設(shè)計(jì)動(dòng)輒需要上億研發(fā)費(fèi)用、投入上百人，只有少數(shù)企業(yè)才能承擔(dān)。反觀互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域通過(guò)開(kāi)源軟件降低開(kāi)發(fā)門檻，創(chuàng)造了繁榮的互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)。如果開(kāi)源芯片設(shè)計(jì)能將芯片設(shè)計(jì)門檻降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)——3-5 人的小團(tuán)隊(duì)在 3-4 個(gè)月內(nèi)，只需幾萬(wàn)元便能研制出一款有市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的芯片，必將吸引大量人員投入芯片產(chǎn)業(yè)，重塑其繁榮。

十年前，一個(gè)這樣的想法就誕生于加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室中，他們創(chuàng)造了一種通用的計(jì)算機(jī)芯片語(yǔ)言，按照他們的設(shè)想，這套指令將被能所有芯片制造商所使用，而不屬于任何公司。它的出現(xiàn)并不是要成為一種令人印象深刻的新技術(shù)，它只是想要那些進(jìn)入芯片行業(yè)的創(chuàng)新者們?cè)谕粋€(gè)起跑線上，以此來(lái)降低進(jìn)入芯片行業(yè)的門檻，最早推動(dòng)其發(fā)展。

David Patterson(RISC-V的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)芯片指令的創(chuàng)建者)

正如伯克利所做的努力一樣，RISC-V 在邁向全球芯片標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中正在影響越來(lái)越多的人參與到建設(shè) RISC-V 生態(tài)當(dāng)中，由于這些人的參與，RISC-V 已經(jīng)開(kāi)始在芯片設(shè)計(jì)方面產(chǎn)生一些技術(shù)突破。

RISC-V開(kāi)放了處理器設(shè)計(jì)

比如說(shuō)：最近使用 RISC-V 的微處理器設(shè)計(jì)的時(shí)鐘速度已經(jīng)達(dá)到 5GHz，遠(yuǎn)高于最新的運(yùn)行于 3.2 GHz 頻率的英特爾最強(qiáng)服務(wù)器芯片 E7。并且，新型 RISC-V 芯片在 1.1V 時(shí)僅消耗 1 瓦功率，還不到英特爾所消耗功率的百分之一。

RISC-V 的速度和功率效率也超過(guò)了 Exynos4 的規(guī)格，Exynos 4 是三星電子為其智能手機(jī)生產(chǎn)的頂級(jí)處理器，它基于 ARM Holdings Plc 提供的計(jì)算核心。  

加州大學(xué)伯克利分校的教授 David Patterson 在接受 ZDNet 采訪時(shí)回應(yīng)到：“當(dāng)我看到基于 RISC-V 設(shè)計(jì)的芯片演示結(jié)果時(shí)，我覺(jué)得太不可思議了。我認(rèn)為 IBM 大型機(jī)要想達(dá)到 5GHZ 頻率的芯片，應(yīng)該需要配備液冷技術(shù)，并且每小時(shí)大約需要耗電 100 瓦。另外我還聽(tīng) FPGA 的開(kāi)發(fā)人員說(shuō)，軟核可以達(dá)到 600MHz?！?br />
這些成就當(dāng)他和伯克利大學(xué)的同伴 KrsteAsanovi? 于 2011 年首次為 RISC-V 撰寫宣言時(shí)，他們并沒(méi)有想到。

Patterson 感慨到：技術(shù)創(chuàng)新正在興起，創(chuàng)新的潛力永遠(yuǎn)存在。

Patterson 認(rèn)為有一件事情是一定會(huì)發(fā)生的，因?yàn)?RISC-V 是開(kāi)放的，所有的這些競(jìng)爭(zhēng)的都將是可見(jiàn)的，也正是因?yàn)橛辛诉@些競(jìng)爭(zhēng)，我們才能在芯片設(shè)計(jì)領(lǐng)域看到一些真正有趣的觀點(diǎn)。

比如說(shuō)：這個(gè)新型的 5 GHz 處理器原型并不是由初創(chuàng)公司的創(chuàng)建。它是由硅谷知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)公司 Micro Magic Inc.制造的，該公司已經(jīng)與大型硅谷公司進(jìn)行了 25 年的合作。這個(gè)處理器原型由少量但經(jīng)驗(yàn)豐富的芯片設(shè)計(jì)人員完成足以證明，設(shè)計(jì)復(fù)興可能即將到來(lái)。

嵌入式基準(zhǔn)微處理器聯(lián)盟（Embedded BenchmarkMicroprocessor Consortium）記錄，該芯片不僅在功耗更低的情況下速度更快，而且在原始 CPU 性能的基準(zhǔn)得分（稱為 CoreMark）上的得分也高于英特爾和三星。RISC-V 芯片的得分為 13000，是基于 ARM 的 Exynos 的每核性能得分的兩倍以上。

盡管 Intel Xeon 的每個(gè)內(nèi)核名義上要高一些為 26009，但 Xeon 部件需要同時(shí) 120 個(gè)執(zhí)行線程才能達(dá)到該性能。長(zhǎng)期擔(dān)任芯片行業(yè)高管的 Andy Huang 博士在接受電話采訪時(shí)向 ZDNet 解釋說(shuō)，它突破在于 CPU 和內(nèi)存交互的方式。

RISC-V 原型消除了快速內(nèi)存和慢速芯片可能存在的瓶頸

“如果內(nèi)存運(yùn)行速度為 5 GHz，邏輯運(yùn)行速度為 1 GHz，那瓶頸在哪里呢？” Andy Huang 笑了笑說(shuō)，關(guān)鍵在于，由于 RISC-V 是開(kāi)放的，與英特爾芯片的復(fù)雜指令集架構(gòu)甚至 ARM 芯片中的 RISC 版本不同，RISCV 可以通過(guò)芯片設(shè)計(jì)來(lái)解決這一瓶頸。并且他用 Android 與 iOS 進(jìn)行了類比，Android 相較于 IOS 目前最大的優(yōu)勢(shì)就是開(kāi)放，任何廠商都可以定制化自己的操作系統(tǒng)。Huang 說(shuō)：“這就是為什么我們將所有成功歸功于 Patterson 博士的原因，到目前為止，他創(chuàng)建了最高效，最優(yōu)雅的 RISC 體系結(jié)構(gòu)。”

Huang 博士強(qiáng)調(diào)，與 CISC 或 ARM 的指令集各有 1000 多個(gè)指令不同， RISC-V 的指令集少于一百個(gè)。由于 RISC-V 指令集的簡(jiǎn)單性，Micro Magic 才能夠使用標(biāo)準(zhǔn)硅晶圓生產(chǎn)芯片，而無(wú)需進(jìn)行特殊調(diào)整。這樣就可以使用所謂的往復(fù)運(yùn)行，在制造過(guò)程中，芯片與其他人的芯片在同一晶圓上分組在一起，這樣造價(jià)會(huì)便宜很多。

Patterson 指出：“人們談?wù)撘ㄙM(fèi) 1 億美元來(lái)定制 ASIC，實(shí)際上他們并沒(méi)有花一億美元來(lái)做到這些，”Patterson 在評(píng)價(jià) Micro Magic 時(shí)說(shuō)。

盡管沒(méi)有得到 Patterson 和 Huang 的強(qiáng)調(diào)，但還有第二個(gè)因素在起作用。如果你沒(méi)有支付 ARM 許可證的費(fèi)用，那么使用往復(fù)運(yùn)行就容易得多，但必須將其分?jǐn)偟皆S多部分。

全球最大的芯片制造商之一的英偉達(dá)（Nvidia）正在以 400 億美元的價(jià)格收購(gòu)ARM，這一交易頗具爭(zhēng)議。此次出售將使 Nvidia 能夠從 ARM 的知識(shí)產(chǎn)權(quán)中獲得專利使用費(fèi)，并為世界上使用最廣泛的芯片指令制定了發(fā)展路線圖。

Nvidia 首席執(zhí)行官黃仁勛（JensenHuang）描述了他對(duì) ARM 的雄心勃勃的計(jì)劃，并且他向投資者保證，ARM 的管理層們，不會(huì)反對(duì)這場(chǎng)收購(gòu)案。很顯然這場(chǎng)收購(gòu)是為了 Nvidia 尋找替代品提供新的可能，當(dāng)媒體就此事問(wèn) Patterson 時(shí)，他往往表現(xiàn)的很保守，因?yàn)橛ミ_(dá)是 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)的成員，并非常積極的支持 RISC-V 生態(tài)的發(fā)展。

Micro Magic 的 Huang 表示，自從 Micro Magic 成功發(fā)布其芯片公告以來(lái)，他已經(jīng)吸引了技術(shù)巨頭的興趣。目前已經(jīng)有兩家巨頭上市公司給他拋出了橄欖枝。

Huang 提供了一種假想的方案，在這種方案中，Apple 或 Google 可以使用該芯片，并且該芯片可以在能耗方面取得突破。Huang 對(duì) ZDNet 表示說(shuō)：“谷歌已經(jīng)擁有移動(dòng)開(kāi)源軟件 Android，想想如果所有移動(dòng)客戶也擁有最省電，性能最高的開(kāi)源 RISC 核心，將會(huì)為他們帶來(lái)什么好處，讓我們?cè)傧胂笠幌伦钚碌?Apple Watch 不必隔夜充電，那又將是何種體驗(yàn)。”

Huang 說(shuō)，不管有沒(méi)有這樣的大規(guī)模的市場(chǎng)，Micro Magic 都希望將其 RISC-V 知識(shí)產(chǎn)權(quán)納入越來(lái)越多的設(shè)計(jì)中，以便對(duì)全球用電量產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性影響?！拔覀兪褂么?IP 的意圖是幫助世界，幫助 PC、筆記本電腦、平板電腦、手機(jī)，可穿戴設(shè)備、游戲設(shè)備、電動(dòng)汽車和 IoT 減少電量的使用，我們目標(biāo)是將世界的碳排放量減少一半。”

一個(gè)原型 CPU 并不是革命性的，與英特爾和其他公司的實(shí)際售賣的產(chǎn)品進(jìn)行比較，可以得出一個(gè)事實(shí)，即完成芯片設(shè)計(jì)還需要更多的零件。這就是 RISC-V 周圍公司的生態(tài)系統(tǒng)變得越來(lái)越豐富的原因，值得可喜的是使用 RISC-V 的公司的數(shù)量雖少，但仍在增長(zhǎng)。

RISC-V 真正的使用范圍是無(wú)法全部可見(jiàn)的

“你可以想到的所有產(chǎn)品，一直到數(shù)據(jù)中心，現(xiàn)在人們都在認(rèn)真考慮 RISC-V，從某種意義上說(shuō)，目前已經(jīng)出現(xiàn)了這樣的思考：從幾年前我為什么會(huì)使用 RISC-V，到為什么我不使用 RISC-V？”Patterson 激動(dòng)地說(shuō)。

在 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)中突出的是 SiFive，這是一家位于硅谷的初創(chuàng)公司，多年來(lái)一直專門基于 RISC-V 開(kāi)發(fā)芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)。

今年 8 月，該公司成立了一個(gè)業(yè)務(wù)部門，致力于為各種應(yīng)用（包括 AI 和邊緣計(jì)算）生產(chǎn)定制芯片，稱為 OpenFive。Patterson 的合作者 Asanovi? 教授是 SiFive 的首席架構(gòu)師。另一個(gè)生態(tài)突出的貢獻(xiàn)者是嵌入式處理器制造商臺(tái)灣晶心科技（Andes Technology of Taiwan），該公司多年來(lái)已向電子產(chǎn)品制造商出售了數(shù)十億個(gè) CPU 設(shè)計(jì)。

上個(gè)月，SiFive 和 Andes Technology 都在著名的芯片技術(shù)會(huì)議 Linley FallProcessor Conference 上展示了使用 RISC-V 的 AI 新芯片設(shè)計(jì)。SiFive 告訴 ZDNet，它現(xiàn)在已經(jīng)贏得了 80 多家公司的 200 多個(gè)設(shè)計(jì)訂單，其中包括前十大半導(dǎo)體制造商中的六個(gè)。SiFive 對(duì) ZDNet 表示：“SiFive 目前已發(fā)貨了數(shù)千萬(wàn)個(gè)內(nèi)核?！本脑诒驹碌募径葓?bào)告中告訴投資者，今年其收入的大約三分之一來(lái)自基于 RISC-V 的零件。

希捷科技公司和大型磁盤驅(qū)動(dòng)器制造商西部數(shù)據(jù)公司都是下個(gè)月的 RISC-V 峰會(huì)的贊助商，該峰會(huì)是 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)的第三屆年度技術(shù)大會(huì)。該活動(dòng)是由 RISC-V 國(guó)際協(xié)會(huì)贊助的，該協(xié)會(huì)是一家非營(yíng)利性公司，目前代表 750 多個(gè)致力于推進(jìn)該標(biāo)準(zhǔn)的組織，其中包括中國(guó)智能手機(jī)廠商華為、芯片制造商 Xilinx、高通以及 IBM，Asanovi? 是該小組的主席，而 Patterson 是副主席。

但是，無(wú)論 RISC-V 多么成功，世界可能永遠(yuǎn)都不知道其用法的全部范圍。因?yàn)?ARM 和其他商業(yè)技術(shù)提供商要求使用者必須要簽署相關(guān)文件的，而 RISC-V 的使用人是可以選擇不簽署相關(guān)文件來(lái)進(jìn)行披露使用情況。RISC-V  International 要求供應(yīng)商自愿披露使用情況。

這樣一來(lái)，RISC-V 真正的使用范圍是無(wú)法全部可見(jiàn)的。

盡管如此，諸如 Micro Magic 產(chǎn)品的技術(shù)進(jìn)步證據(jù)向 Patterson 和其他人證明了 RISC-V 的影響最終可能是很大的。最近，Patterson 通過(guò)視頻與合作者進(jìn)行了一系列的一對(duì)一訪談，以在線的方式慶祝 RISC-V 十周年。

Patterson 告訴 ZDNet，一位合作者告訴他說(shuō)：“在五到十年內(nèi)，RISC-V 可能是世界上最重要的指令集”。Patterson 認(rèn)為這聽(tīng)起來(lái)有些瘋狂，但這并非不可能。