15年逆襲！RISC-V從實(shí)驗(yàn)室工具到萬(wàn)億級(jí)芯片市場(chǎng)破局者
該團(tuán)隊(duì)由Krste Asanovi?教授和研究生Andrew Waterman、Yunsup Lee領(lǐng)導(dǎo)，并得到了David Patterson教授的關(guān)鍵支持。他們認(rèn)為現(xiàn)有的指令集架構(gòu)存在“負(fù)擔(dān)”，并且“摩爾定律正在放緩，Dennard縮放定律也在走向終結(jié)，這要求實(shí)現(xiàn)專業(yè)化、定制化和并行化”。
他們需要一種“從零開始”的方法。2010年5月18日，RISC-V團(tuán)隊(duì)決定開發(fā)自有ISA，標(biāo)志著RISC-V作為該大學(xué)第五個(gè)主要RISC ISA正式“誕生”。
從學(xué)術(shù)實(shí)驗(yàn)到意想不到的需求
在這種創(chuàng)造性顛覆的背景下，RISC-V架構(gòu)在過(guò)去15年中的演變具有重要意義。它為傳統(tǒng)專有方法提供了一種有吸引力的替代方案。
RISC-V的初始目標(biāo)相對(duì)低調(diào)：成為伯克利大學(xué)的教學(xué)和研究工具，使其“易于由小型團(tuán)隊(duì)構(gòu)建”，必須高效，且易于擴(kuò)展。
RISC-V的開放性是由希望通過(guò)伯克利軟件分發(fā)許可證與同事分享的愿望所推動(dòng)的。
多年來(lái)，它主要停留在學(xué)術(shù)界內(nèi)，最初很難在伯克利之外獲得認(rèn)可。學(xué)者們對(duì)另一種RISC ISA持懷疑態(tài)度，因?yàn)樗麄兏敢饨淌跇I(yè)界正在使用的東西。
然而，創(chuàng)始人承認(rèn)，他們“大大低估了人們對(duì)開放指令集架構(gòu)的渴望”。他們?cè)?014年IEEE Hot Chips 26研討會(huì)上的表現(xiàn)，顯示了來(lái)自業(yè)界的巨大“吸引力”。
2015年1月，在美國(guó)Monterey舉行的第一屆RISC-V研討會(huì)原本預(yù)期只是一次小型學(xué)術(shù)聚會(huì)，結(jié)果卻吸引了來(lái)自40家不同公司的參與者。這次活動(dòng)具有舉足輕重的意義，標(biāo)志著該架構(gòu)已經(jīng)超越了其學(xué)術(shù)起源。
自由與靈活的商業(yè)模式
對(duì)行業(yè)的吸引力不僅在于成本，盡管開放性質(zhì)確實(shí)通過(guò)減少繁瑣程序而“大幅降低成本”。對(duì)于初創(chuàng)企業(yè)來(lái)說(shuō)，簽訂商業(yè)ISA合同需要兩年時(shí)間，這令人望而卻步，而RISC-V則可以立即投入使用。
RISC-V對(duì)行業(yè)的“主要優(yōu)勢(shì)在于靈活性，而非成本”。Asanovi?教授認(rèn)為，核心創(chuàng)新與其說(shuō)是ISA本身的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，不如說(shuō)是開放性的“商業(yè)模式”。David Patterson與他人共同撰寫了頗有影響力的論文《指令集應(yīng)該免費(fèi)：RISC-V的案例》，將開放的理念與TCP/IP和Linux等成功標(biāo)準(zhǔn)相提并論。
這種靈活性促成了早期的商業(yè)應(yīng)用，如Rumble Technologies公司在三周內(nèi)就將一個(gè)項(xiàng)目轉(zhuǎn)換為RISC-V。英偉達(dá)在2016年決定用該架構(gòu)取代內(nèi)部專有內(nèi)核，這是一家頂級(jí)半導(dǎo)體公司對(duì)該架構(gòu)的重要認(rèn)可。
RISC-V的發(fā)展基礎(chǔ)
鑒于業(yè)界日益增長(zhǎng)的興趣和穩(wěn)定性的需求，RISC-V基金會(huì)于2015年成立。促進(jìn)開放性和中立性，防止碎片化，并為該標(biāo)準(zhǔn)創(chuàng)建一個(gè)法律實(shí)體至關(guān)重要。
RISC-V的創(chuàng)始成員包括Google、NVIDIA、IBM、Western Digital、Qualcomm和Microsemi等主要公司。過(guò)渡過(guò)程復(fù)雜且需要經(jīng)過(guò)廣泛的法律審查，但確保不同利益相關(guān)者之間的信任和合作至關(guān)重要。
公司創(chuàng)始人還推出了SiFive，將RISC-V商業(yè)化。他們最初的目標(biāo)是定制硅片，但由于行業(yè)需求，他們很快轉(zhuǎn)向提供可重復(fù)使用的核心IP塊。
核心簡(jiǎn)約性、模塊化和開放性
從根本上說(shuō)，RISC-V的優(yōu)勢(shì)在于其設(shè)計(jì)原則：簡(jiǎn)約性、模塊化和開放性。其核心指令集小巧且直接，這使得實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化工作變得更加容易。
可擴(kuò)展性是RISC-V相較于靈活性較差的專有ISA的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。作為開放標(biāo)準(zhǔn)，它可免費(fèi)獲取，無(wú)需支付許可費(fèi)，從而促進(jìn)了全球社區(qū)的發(fā)展，并使芯片設(shè)計(jì)民主化。這與Arm的許可模式，以及受控的x86生態(tài)系統(tǒng)形成了鮮明對(duì)比。
歐洲半導(dǎo)體獨(dú)立戰(zhàn)略
在追求技術(shù)主權(quán)的推動(dòng)下，歐洲已成為 RISC-V 的重要中心，從而減少了對(duì)非歐盟知識(shí)產(chǎn)權(quán)的基礎(chǔ)技術(shù)的依賴。
RISC-V的開放性使歐洲實(shí)體能夠針對(duì)汽車和高性能計(jì)算等區(qū)域優(yōu)勢(shì)開發(fā)和定制解決方案。
歐洲約占RISC-V國(guó)際全球會(huì)員的三分之一。歐洲HPC聯(lián)合承諾(JU)等歐盟倡議資助了DARE等項(xiàng)目，旨在用RISC-V處理器建立歐洲HPC供應(yīng)鏈。
例如，受軟件定義車輛(SDV)的轉(zhuǎn)型，以及對(duì)定制化和安全處理需求的驅(qū)動(dòng)下，歐洲汽車行業(yè)正在迅速采用RISC-V。
像英飛凌這樣的主要玩家，作為主要的汽車微控制器(MCU)供應(yīng)商，正在將其未來(lái)的產(chǎn)品系列過(guò)渡到RISC-V，并放棄專有架構(gòu)。
由博世、英飛凌、恩智浦和意法半導(dǎo)體等行業(yè)巨頭組成的合資企業(yè)Quintauris，旨在加速RISC-V的采用，初期將重點(diǎn)關(guān)注汽車標(biāo)準(zhǔn)。
歐洲的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)也一直是RISC-V研究和開源知識(shí)產(chǎn)權(quán)方面的早期且強(qiáng)有力的貢獻(xiàn)者，為RISC-V的發(fā)展提供了至關(guān)重要的人才儲(chǔ)備。
中國(guó)加速實(shí)現(xiàn)自給自足
中國(guó)采用RISC-V的戰(zhàn)略動(dòng)機(jī)更為明確。在地緣政治緊張局勢(shì)和出口管制的背景下，中國(guó)采用RISC-V旨在實(shí)現(xiàn)技術(shù)自給自足，并減少對(duì)西方控制的指令集架構(gòu)的依賴。
中國(guó)政府正通過(guò)政策和指導(dǎo)方針在全國(guó)范圍內(nèi)積極推廣RISC-V。其開放性為設(shè)計(jì)處理器提供了一條無(wú)需支付許可費(fèi)或面臨潛在訪問(wèn)限制的途徑。
目前，中國(guó)領(lǐng)先的科技公司正在引領(lǐng)這一潮流。阿里巴巴的平頭哥半導(dǎo)體(T-Head)已經(jīng)開發(fā)了玄鐵系列RISC-V核心，包括服務(wù)器級(jí)CPU。像進(jìn)迭時(shí)空(SpacemiT)和睿思芯科(RiVAI)這樣的公司也在開發(fā)服務(wù)器處理器。
華為和騰訊是RISC-V國(guó)際組織的高級(jí)會(huì)員。RISC-V指令集架構(gòu)在中國(guó)的各種應(yīng)用中都有出現(xiàn)，包括人工智能/機(jī)器學(xué)習(xí)加速器、服務(wù)器、物聯(lián)網(wǎng)、汽車和消費(fèi)電子。
國(guó)家支持的這股力量雖然強(qiáng)大，但也引發(fā)了對(duì)潛在分裂的擔(dān)憂，并引發(fā)了國(guó)際監(jiān)督。
為未來(lái)增長(zhǎng)打造成熟的生態(tài)系統(tǒng)
盡管軟件生態(tài)系統(tǒng)正在迅速成熟，但其廣度和深度優(yōu)化程度尚不及ARM或x86。對(duì)于一些供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，在通用任務(wù)方面實(shí)現(xiàn)與最高端現(xiàn)有處理器在上的性能持平仍是一項(xiàng)持續(xù)的工作。
如果在實(shí)施時(shí)沒(méi)有遵循標(biāo)準(zhǔn)的話，該架構(gòu)的靈活性也可能帶來(lái)分裂的風(fēng)險(xiǎn)。目前，RISC-V社區(qū)正在積極應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。
像RISE(RISC-V軟件生態(tài)系統(tǒng))項(xiàng)目這樣的協(xié)作倡議，將行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者聚集在一起，以加速開源軟件的開發(fā)，重點(diǎn)關(guān)注編譯器、操作系統(tǒng)支持和庫(kù)?，F(xiàn)在，主要的Linux發(fā)行版和Android都支持RISC-V。
RISC-V國(guó)際通過(guò)如RVA23等“配置文件”來(lái)推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化，這些配置文件為特定設(shè)備類別定義了通用指令集，以確保軟件的可移植性。
The SHD Group的市場(chǎng)分析師對(duì)RISC-V的發(fā)展持高度樂(lè)觀態(tài)度，并預(yù)測(cè)RISC-V將迎來(lái)大幅增長(zhǎng)——到2030年，RISC-V系統(tǒng)級(jí)芯片的收入可能達(dá)到920億美元。一個(gè)表明其成熟的關(guān)鍵指標(biāo)是在2027年左右發(fā)生的轉(zhuǎn)變，屆時(shí)RISC-V知識(shí)產(chǎn)權(quán)的版稅收入可能會(huì)超過(guò)許可收入，這標(biāo)志著大規(guī)模生產(chǎn)和市場(chǎng)滲透的到來(lái)。
降低門檻，推動(dòng)創(chuàng)新
最終，RISC-V的持久影響力在于其通過(guò)提供一個(gè)免版稅的開放標(biāo)準(zhǔn)來(lái)重塑半導(dǎo)體行業(yè)的能力。
它極大地降低了進(jìn)入門檻，使芯片設(shè)計(jì)民主化，并賦予更廣泛的創(chuàng)新者(包括初創(chuàng)公司和學(xué)術(shù)界)以力量。其模塊化特性實(shí)現(xiàn)了前所未有的定制能力，并推動(dòng)了高度專業(yè)化、針對(duì)特定工作負(fù)載優(yōu)化的處理器的開發(fā)。
RISC-V還對(duì)傳統(tǒng)企業(yè)的商業(yè)模式構(gòu)成了挑戰(zhàn)，并為各國(guó)提供了實(shí)現(xiàn)技術(shù)主權(quán)的路徑。RISC-V是開源硬件運(yùn)動(dòng)的一個(gè)杰出代表，證明了協(xié)作開發(fā)在硬件領(lǐng)域也能蓬勃發(fā)展。
正如RISC-V國(guó)際所主張的，過(guò)去的15年是一段“高風(fēng)險(xiǎn)，高回報(bào)”的旅程。一個(gè)小學(xué)術(shù)團(tuán)隊(duì)最初所承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)，已經(jīng)帶來(lái)了催化處理器在全球范圍內(nèi)設(shè)計(jì)、部署和商業(yè)化方式發(fā)生根本性轉(zhuǎn)變的回報(bào)。
隨著RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的不斷成熟和擴(kuò)展，RISC-V有望成為未來(lái)計(jì)算領(lǐng)域的基礎(chǔ)技術(shù)，推動(dòng)一個(gè)要求專業(yè)化、高效和開放解決方案的時(shí)代的創(chuàng)新。事實(shí)上，這個(gè)故事才剛剛開始。
