各位ICT的小伙伴們大家好呀。

最近太忙了，發(fā)布一篇之前寫的芯片文章，也是最新看到朋友圈討論比較多的內(nèi)容。

提到CPU，大家首先就會(huì)想到"卡脖子"事件。

到底什么是RISC-V芯片？? 由 商業(yè)新知 提供

X86和ARM的IP授權(quán)雖然方便，但是不自主和不可控，

一被限制就可能導(dǎo)致國內(nèi)一夜間"無芯"可用。

今天我們就來聊聊一個(gè)解決芯片卡脖子的有效方式--開源RISC-V芯片。

▉ 聊芯片前我們先聊聊什么是指令集？

要想了解CPU，那不可避免的要了解指令集。

我們平常說的X86、ARM芯片，都是指的芯片的指令集架構(gòu)。

指令集是軟件和硬件之間的接口，簡單來說指令集就是軟件與硬件之間溝通的"翻譯官"，是芯片產(chǎn)業(yè)中不可或缺的基礎(chǔ)部分。

一文讀懂：什么是RISC-V？為啥它是國產(chǎn)芯崛起的關(guān)鍵？? 由 商業(yè)新知 提供

使用不同的指令集，代表著不同的CPU。目前市面上的CPU分類主要分有兩大陣營，一個(gè)是Intel、AMD為首的復(fù)雜指令集（CISC）CPU，另一個(gè)是以IBM、ARM、RISC-V為首的精簡指令集（RISC）CPU。

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不同品牌的CPU，其產(chǎn)品的架構(gòu)也不相同，例如，Intel、AMD的CPU是X86架構(gòu)的，而IBM公司的CPU是PowerPC架構(gòu)，ARM公司是ARM架構(gòu)。同時(shí)，不同的芯片廠商按照指令集的設(shè)計(jì)情況分為精簡指令集和復(fù)雜指令集。

那么不同的指令集有啥不同的？

不同的指令集決定著CPU的處理方式。從指令集角度來看，CPU的效率主要通過兩種思路來提升：要不通過降低每個(gè)程序所需的指令數(shù)來提升效率，要不通過降低每條指令所需的時(shí)間周期數(shù)來提升效率。

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CISC更偏重前者，而RISC更側(cè)重后者。目前來看，CISC指令集較為復(fù)雜，提供了豐富的指令，能夠減少程序員的編程工作量。

然而，隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)這種復(fù)雜性會(huì)導(dǎo)致處理器的性能和能效下降。因此，RISC應(yīng)運(yùn)而生，它采用了一種更簡單、更高效的設(shè)計(jì)理念，通過優(yōu)化指令集，提高處理器的性能和能效，成為21世紀(jì)以來所有新興領(lǐng)域的絕對(duì)主流。

說了這么多，大家可能云里霧里，下面我們通過讓大家了解下舉例來說明下不同指令集的工作原理：

拿做飯來說，要完成做飯這個(gè)動(dòng)作。

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精簡指令集需要定義做飯中的每個(gè)動(dòng)作，需要包含拿錢、拿籃子、買菜、買面、燒水、和面、炒菜等指令。程序要完成做飯這個(gè)指令，需要下達(dá)這些指令來合成做飯這個(gè)動(dòng)作，否則程序不知道該怎么做。對(duì)于CPU來說，每條指令都很簡單

復(fù)雜指令集則不需要知道這么多指令，只需要下達(dá)做飯這個(gè)指令即可，很簡單。下單完做飯指令，程序會(huì)直接完成全部的動(dòng)作。但是對(duì)于CPU來說，每條指令都很復(fù)雜。

那么為啥我們不都用復(fù)雜指令集呢？一條命令就可以輕松完成一整套動(dòng)作？因?yàn)?strong>，有一些時(shí)候，人們只想完成"和面"這一個(gè)步驟，我只想"和面"，那么在復(fù)雜指令集中則沒有這個(gè)指令，你必須來一套這樣的動(dòng)作，這也導(dǎo)致復(fù)雜指令集的CPU在一些專用的領(lǐng)域的性能和能效下降。

所以不同指令集的的指令是不可以通用的，即使是相同陣營的指令集，每家的指令也是不同的。例如英特爾可能用"111"表示做飯，AMD則可能用"666"表示買菜。因此，CPU和指令集不同，導(dǎo)致相關(guān)產(chǎn)業(yè)生態(tài)不同。

▉ RISC-V的誕生

聊完指令集，我們了解到，不同的架構(gòu)反映了設(shè)計(jì)者對(duì)同一功能的不同實(shí)現(xiàn)思路。在之前，X86、ARM芯片架構(gòu)一直是用戶采用最多的兩種芯片架構(gòu)。

但是X86被英特爾和AMD封閉使用、ARM要收取高昂的授權(quán)費(fèi)用……

因此，20世紀(jì)80年代初，加州大學(xué)伯克利分校的David Patterson、斯坦福大學(xué)的John L. Hennessy等學(xué)者開始嘗試對(duì)傳統(tǒng)的CISC進(jìn)行精簡， RISC便由此誕生，信息技術(shù)史上浩浩蕩蕩的CISC與RISC之爭拉開帷幕。

第一代處理器 RISC-I是1980年在伯克利 Dave Patterson 教授主導(dǎo)Berkeley RISC項(xiàng)目中設(shè)計(jì)而成，就是今天RISC架構(gòu)的基礎(chǔ)。隨后，Dave Patterson 教授又在1983年發(fā)布RISC-II原型架構(gòu)，在1984年發(fā)布RISCI-III架構(gòu)，在1988年發(fā)布RISC-IV架構(gòu)。

在這個(gè)過程中，RISC的設(shè)計(jì)理念催生一系列新架構(gòu)如MIPS、IBM PowerPC以及現(xiàn)在統(tǒng)治嵌入式市場的ARM。

在21世紀(jì)初期，受當(dāng)時(shí)開源運(yùn)動(dòng)在操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件領(lǐng)域取得了巨大成功（如Linux和Mozilla）的影響，為開源芯片設(shè)計(jì)帶來了嶄新的前景。

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時(shí)間來到2010年，當(dāng)時(shí)加州大學(xué)伯克利分校的科研團(tuán)隊(duì)正在為一個(gè)新項(xiàng)目做準(zhǔn)備，在調(diào)研了x86，ARM等現(xiàn)有指令集后，于是決定重新設(shè)計(jì)了一套全新的指令集。在這樣的背景下，RISC-V（即第五代精簡指令集計(jì)算機(jī)）作為開源芯片的代表，正式誕生了。

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RISC-V 這個(gè)名字，代表了 UC Berkeley 大學(xué)設(shè)計(jì)的第五代RISC芯片。同時(shí)羅馬數(shù)字"V"也暗示 了"變種（Variations）"和"向量（Vectors）"，以支持各種體系結(jié)構(gòu)研究，包括各種數(shù)據(jù)并行加速器，也是這個(gè) ISA 設(shè)計(jì)的明確目標(biāo)。

起初，學(xué)術(shù)界對(duì)于RISC-V的技術(shù)創(chuàng)新性持懷疑態(tài)度，學(xué)者們認(rèn)為這不屬于伯克利分校的教授們的工作，所以，RISC-V在一級(jí)學(xué)術(shù)會(huì)議上并不受到關(guān)注。直到伯克利團(tuán)隊(duì)將RISC-V從概念推進(jìn)到原型芯片，并在2015年成立了非盈利組織--RISC-V基金會(huì)，歷經(jīng)大量的技術(shù)研討會(huì)后，于是，RISC-V慢慢受到大眾的關(guān)注和認(rèn)可。

▉ RISC-V哪里不一樣？

那么RISC-V具有什么顯著特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)呢？今天我們就來看下：

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(1)完全開源（自由、免費(fèi)、可控）

開源意味著自由、免費(fèi)、可控。對(duì)于 RISC-V 指令集的使用，RISC-V基金會(huì)不收取高額的授權(quán)費(fèi)。開源采用寬松的BSD 協(xié)議，企業(yè)可以完全自由免費(fèi)使用，同時(shí)也允許企業(yè)添加自有指令集，而不必開放共享，實(shí)現(xiàn)差異化發(fā)展。而且不必?fù)?dān)心某一天像X86、ARM芯片架構(gòu)一樣，很容易被限。

(2)架構(gòu)簡單（沒有歷史包袱）

與X86和ARM這兩大成熟架構(gòu)相比，RISC-V架構(gòu)具備顯著的后發(fā)優(yōu)勢(shì)。計(jì)算機(jī)架構(gòu)經(jīng)過多年演進(jìn)，更趨于成熟，許多問題已被研究透徹，作為后來者的RISC-V架構(gòu)可以自然而然的加以規(guī)避。同時(shí)，沒有向后兼容的歷史包袱。直觀地說，X86和ARM架構(gòu)的指令多達(dá)數(shù)千條，而RISC-V架構(gòu)僅需100余條指令。此外，簡潔的架構(gòu)方案還可有效減少錯(cuò)誤發(fā)生（畢竟CPU流片成本是極高的）。

(3)模塊化設(shè)計(jì)（像樂高一樣靈活選擇）

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RISC-V 架構(gòu)不僅短小精悍，其不同的部分還能以模塊化的方式組成在一起，從而試圖通過一套統(tǒng)一的架構(gòu)滿足各種不同的應(yīng)用場景。用戶能夠靈活選擇不同的模塊組合，來實(shí)現(xiàn)自己定制化設(shè)備的需要，比如針對(duì)小面積低功耗嵌入式場景，用戶可以選擇RV32IC 組合的指令集，僅使用Machine Mode(機(jī)器模式)；而高性能應(yīng)用操作系統(tǒng)場景則可以選擇RV32IMFDC 指令集，使用 Machine Mode(機(jī)器模式)與User Mode()戶模式)兩種模式。

▉ RISC-V的應(yīng)用場景有哪些？

由于不同指令集的特點(diǎn)。精簡指令集的RISC-V和ARM都有很好的低功耗特性，適合用于嵌入式系統(tǒng)、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、移動(dòng)設(shè)備等低能耗場景。X86則比較高功耗，適合用于高性能計(jì)算、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析等高能耗場景。

目前，市場上RISC-V已經(jīng)在多個(gè)領(lǐng)域和場景中得到廣泛應(yīng)用：

物聯(lián)網(wǎng)（IoT）

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備通常對(duì)功耗和成本有嚴(yán)格的要求，而RISC-V憑借其高能效和靈活性成為了這一領(lǐng)域的理想選擇。在今年6 月 27 日，中國移動(dòng)正式發(fā)布全球首顆純自研 RISC-V 架構(gòu)的 LTE-Cat.1 芯片和移動(dòng)首顆純自研量產(chǎn)的蜂窩物聯(lián)網(wǎng)通信芯片，他們分別是CM8610 LTE-Cat.1和CM6620 NB-IoT，兩者在功耗，計(jì)算性能，射頻性能上都非常優(yōu)異。

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往后RISC-V架構(gòu)會(huì)被廣泛應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，其內(nèi)置的模塊化設(shè)計(jì)可以很好地滿足低功耗嵌入式設(shè)備需求。再加上開源免費(fèi)的優(yōu)勢(shì)，讓RISC-V成為未來潛力無限的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)平臺(tái)。

人工智能（AI）：

RISC-V架構(gòu)提供人工智能需要的高性能處理器，同時(shí)也可以被設(shè)計(jì)為支持向量處理器（Vector Processor），提供更高的并行計(jì)算能力，優(yōu)化不同的機(jī)器學(xué)習(xí)算法和應(yīng)用程序。

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邊緣計(jì)算（Edge）

邊緣計(jì)算需要在設(shè)備端進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理，對(duì)處理器的性能和能效有較高要求。RISC-V的簡潔高效設(shè)計(jì)使其成為邊緣計(jì)算的理想選擇。

移動(dòng)設(shè)備：

RISC-V處理器可被優(yōu)化為節(jié)能模式，以延長移動(dòng)設(shè)備的電池壽命。同時(shí)，基于RISC-V架構(gòu)的靈活性，處理器可以被定制以滿足特定的應(yīng)用需求，提供高性能和低功耗的優(yōu)點(diǎn)。

服務(wù)器：

RISC-V架構(gòu)提高性能和改善能效比，從而降低數(shù)據(jù)中心的能源和運(yùn)營成本。其也可以被設(shè)計(jì)為多核處理器，提供更高的并行計(jì)算能力和更好的負(fù)載均衡。RISC-V的開放性和靈活性也使得處理器可以滿足不同的特定的服務(wù)器應(yīng)用需求。

開發(fā)者社區(qū)與教育

由于RISC-V的開放性，全球的開發(fā)者和研究人員都可以參與到其生態(tài)建設(shè)中來。許多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)已經(jīng)將RISC-V納入教學(xué)和研究計(jì)劃，培養(yǎng)下一代硬件工程師。同時(shí)，也有越來越多的開發(fā)者社區(qū)和活動(dòng)圍繞RISC-V展開，推動(dòng)技術(shù)交流和創(chuàng)新。

不僅如此，由于RISC-V架構(gòu)的開放性、靈活性和適應(yīng)性使它成為全球芯片設(shè)計(jì)者的首選之一。研究機(jī)構(gòu)Counterpoint Research的數(shù)據(jù)顯示，到2025年，RISC-V在IoT市場占有率將達(dá)到28％，在工業(yè)市場的占有率將達(dá)到12％，在汽車市場的占有率將達(dá)到10％。

▉ RISC-V的挑戰(zhàn)

當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)廣泛的市場應(yīng)用，目前RISC-V還有許多挑戰(zhàn)需要面對(duì)：

首先是生態(tài)建設(shè)。盡管RISC-V已經(jīng)取得了一定的進(jìn)展，但其生態(tài)系統(tǒng)仍然相對(duì)落后于其他主流指令集架構(gòu)，如ARM和x86。要實(shí)現(xiàn)廣泛的市場應(yīng)用，RISC-V需要在軟件兼容性、開發(fā)工具、操作系統(tǒng)等方面加強(qiáng)生態(tài)建設(shè)。

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其次是技術(shù)成熟度。雖然RISC-V在部分領(lǐng)域已經(jīng)取得了一定的成功，但在一些高性能計(jì)算場景下，其技術(shù)成熟度仍然不足。要在更激烈的市場競爭中取得優(yōu)勢(shì)，RISC-V需要在性能、功耗和成本等方面進(jìn)一步優(yōu)化。

第三，在商業(yè)模式與合作方面。由于RISC-V的開放性，企業(yè)在使用和發(fā)布RISC-V產(chǎn)品時(shí)需要面臨一定的商業(yè)挑戰(zhàn)。要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，RISC-V需要探索適合自身的商業(yè)模式，并與全球的合作伙伴共同推進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新和市場應(yīng)用。

▉ 國內(nèi)RISC-V機(jī)遇與挑戰(zhàn)

在中國政府芯片自主可控戰(zhàn)略的推動(dòng)下，許多中國企業(yè)已開始研發(fā)和生產(chǎn)基于RISC-V架構(gòu)的芯片，RISC-V架構(gòu)將逐漸成為中國芯片設(shè)計(jì)和制造領(lǐng)域的重要一步，幫助中國在芯片開發(fā)和生態(tài)建設(shè)方面取得成就。

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目前，國產(chǎn)芯片制造商對(duì)RISC-V架構(gòu)的積極參與已經(jīng)取得了一系列顯著的進(jìn)展。華為、阿里巴巴、等知名企業(yè)都在積極研發(fā)RISC-V芯片，他們的加入為RISC-V架構(gòu)的發(fā)展帶來了更多的可能性和機(jī)遇。

例如，華為自主研發(fā)的麒麟處理器中就使用了RISC-V指令集架構(gòu)。這種積極投入不僅提升了中國芯片制造商在國際舞臺(tái)上的競爭力，也加速了RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的形成和完善。相信隨著更多中國芯片廠商的加入，RISC-V架構(gòu)將在未來發(fā)展趨勢(shì)中展現(xiàn)出更為蓬勃的生機(jī)與潛力。

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下面我們來看下RISC-V芯片對(duì)國內(nèi)發(fā)展有一定影響重要事件：

從最初的沒幾家， 到現(xiàn)在幾十家， 我這匯總一下當(dāng)前正在RISC-V設(shè)計(jì)方向創(chuàng)業(yè)的公司（或者團(tuán)隊(duì)），方便大家參考，順便感受下國內(nèi)在這個(gè)方向的研發(fā)熱度。排名不分先后，數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡(luò)，如有遺漏錯(cuò)誤歡迎留言補(bǔ)充。

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，包括IP內(nèi)核與芯片設(shè)計(jì)等主要內(nèi)容在內(nèi)，中國目前有300家以上公司在關(guān)注RISC-V或以RISC-V指令集進(jìn)行開發(fā)。

然而，盡管RISC-V架構(gòu)值得我們對(duì)其未來充滿信心，但也不可避免地會(huì)有人對(duì)其做出一些擔(dān)憂和質(zhì)疑。其中一個(gè)主要的擔(dān)憂是RISC-V作為一個(gè)開源項(xiàng)目，是否會(huì)面臨知識(shí)產(chǎn)權(quán)的風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)楦鱾€(gè)芯片廠商可以自由使用、設(shè)計(jì)和制造RISC-V芯片，這在某種程度上可能造成技術(shù)泄漏和知識(shí)產(chǎn)權(quán)不受保護(hù)的問題。

目前來看，RISC-V基金會(huì)作為負(fù)責(zé)管理和維護(hù)RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的組織，一直在致力于為RISC-V架構(gòu)提供良好的法律和商業(yè)支持。此外，開源社區(qū)的概念本身就意味著共同協(xié)作和保護(hù)，通過廣泛的參與和集體智慧，可以更好地保護(hù)RISC-V的知識(shí)產(chǎn)權(quán)。因此，在RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展中，合理和有效的知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)可以得到保障。

在中國芯片企業(yè)的押注和全球范圍內(nèi)的積極參與下，RISC-V架構(gòu)在中國的發(fā)展前景可觀，而與此同時(shí)，存在的一些擔(dān)憂也需值得關(guān)注。

所以，很多人認(rèn)為RISC-V不會(huì)受到斷供的影響，并且其開源和自由的特性將為其未來的發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。重要的是，我們應(yīng)該保持對(duì)RISC-V的積極關(guān)注，并在發(fā)展中保持開放、合作的態(tài)度，共同推動(dòng)中國芯片產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展。

▉ 總結(jié)：

展望未來，國產(chǎn)芯片借助RISC-V指令集有望擺脫對(duì)ARM的依賴，實(shí)現(xiàn)自主可控。隨著RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的不斷完善和國內(nèi)芯片廠商的不斷努力，我們有理由相信，未來RISC-V將在中國的芯片領(lǐng)域有更大的應(yīng)用空間和市場份額。同時(shí)，這也將推動(dòng)我國在芯片領(lǐng)域的自主創(chuàng)新能力的提升，促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

在這個(gè)充滿競爭的時(shí)代，RISC-V指令集的崛起無疑給了中國芯片產(chǎn)業(yè)一次難得的發(fā)展機(jī)遇。讓我們期待國產(chǎn)RISC-V芯片的更多亮相和更好表現(xiàn)！

END