開(kāi)放開(kāi)源的 Risc-V 架構(gòu)一直被認(rèn)為前途不可限量，最近一段時(shí)間也獲得了越來(lái)越多公司和機(jī)構(gòu)的支持，市面上既出現(xiàn)了阿里平頭哥這樣的高性能處理器，也有華米打造的可穿戴設(shè)備芯片。

但習(xí)慣了 X86 和 Arm 架構(gòu)的很多人一直對(duì)于 Risc-V 這個(gè)秉承開(kāi)放的架構(gòu)持懷疑態(tài)度，人人都能自主可控，是否能催生出完整的生態(tài)？

但首先，Risc-V 本身必須足夠強(qiáng)大。

RISC-V 的驚人突破

十年前，加州大學(xué)伯克利分校的一個(gè)實(shí)驗(yàn)室里誕生了一個(gè)想法：有人想創(chuàng)造計(jì)算機(jī)芯片的通用指令，這套指令將被所有芯片制造商使用，但又不屬于任何一個(gè)制造商。

雖然這個(gè)愿景還未實(shí)現(xiàn)，但最近的確發(fā)生了一件有趣的事情：該校的研究成果 RISC-V 已經(jīng)開(kāi)始在芯片設(shè)計(jì)方面取得一些技術(shù)突破。

根據(jù)全球半導(dǎo)體行業(yè)知名媒體 EE Times 的報(bào)道，前些天，一家位于加州森尼維爾的小型電子設(shè)計(jì)公司 Micro Magic 宣稱：他們?cè)O(shè)計(jì)、生產(chǎn)出了全世界最快的 64 位 RISC-V 內(nèi)核，比蘋(píng)果的 M1 芯片和 Arm Cortex-A9 表現(xiàn)還要出色。該公司認(rèn)為，該芯片優(yōu)雅地實(shí)現(xiàn)了 David Patterson（參與創(chuàng)建 RISC-V 的加州大學(xué)伯克利分校教授）對(duì)精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（RISC）架構(gòu)的最初設(shè)想，在當(dāng)今用電池供電的設(shè)備上也能輕松工作。

Micro Magic 的聲明中提到，這款原型 CPU 在 1.1v 電壓下可以達(dá)到 5GHz 的時(shí)鐘速度，遠(yuǎn)高于運(yùn)行速度為 3.2GHz 的英特爾 Xeon 服務(wù)器芯片 E7，CoreMarks 跑分達(dá)到 13000 分。而 1.1 伏時(shí)，該芯片只需要消耗 1 瓦的功率，不到英特爾 Xeon 功率的 1%。此外，單個(gè) Micro Magic 核心在 0.8V 下可以達(dá)到 4.25GHz，CoreMarks 跑分達(dá)到 11000 分，但消耗的功率僅為 200mW。

與此同時(shí)，這款 RISC-V 芯片的速度和能效也超過(guò)了 Exynos 4。Exynos 4 是三星電子為其智能手機(jī)生產(chǎn)的頂級(jí)部件，基于 ARM Holdings Plc 提供的計(jì)算核心，是英特爾的主要競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

David Patterson 在接受 ZDNet 采訪時(shí)說(shuō)：「這真是太神奇了…… 我認(rèn)為 IBM 的大型主機(jī)有 5GHz 的液冷產(chǎn)品，但需要 100 瓦才能運(yùn)行」。

Patterson 還表示：「我也聽(tīng)到過(guò)一些關(guān)于 FPGA 的令人印象深刻的數(shù)字，大概是 600MHz」，他指的是可重新編程芯片，「對(duì)于軟核來(lái)說(shuō)，這似乎相當(dāng)快」。

Patterson 對(duì)技術(shù)創(chuàng)新的突飛猛進(jìn)感到非常驚訝，「創(chuàng)新的潛力總是存在的」，但這并不是他和加州大學(xué)伯克利分校教授 Krste Asanovic 在 2011 年首次為 RISC-V 撰寫(xiě)宣言時(shí)的初衷。

「因?yàn)樗情_(kāi)放的，所以我們會(huì)看到很多這類競(jìng)爭(zhēng)」，Patterson 反思道。

「也許是因?yàn)楦?jìng)爭(zhēng)激烈，我們開(kāi)始看到設(shè)計(jì)領(lǐng)域一些真正有趣的東西正在被實(shí)現(xiàn)」，Patterson 說(shuō)，他同時(shí)也是谷歌的杰出工程師。

新的 5GHz 處理器僅僅是一個(gè)原型，而不是一個(gè)車庫(kù)起家的初創(chuàng)公司的產(chǎn)物。它是由硅谷芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)設(shè)計(jì)公司 Micro Magic Inc 制造的，該公司為硅谷所有的大公司提供咨詢服務(wù)已有 25 年。一小隊(duì)經(jīng)驗(yàn)豐富的芯片設(shè)計(jì)師能夠完成這樣的任務(wù)，這意味著一場(chǎng)設(shè)計(jì)復(fù)興可能即將到來(lái)。

這款芯片不僅在低功耗下速度更快，在基準(zhǔn)得分上也趕超英特爾和三星的芯片。在 CoreMark 基準(zhǔn)測(cè)試中，這款 RISC-V 芯片的得分為 13000 分，是基于 ARM 的 Exynos 單核性能得分的兩倍多。雖然英特爾 Xeon 名義上單核性能更高，達(dá)到 26009 分，但 Xeon 需要更多線程，120 個(gè)線程才能達(dá)到上述結(jié)果。

Micro Magic 業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)人、長(zhǎng)期擔(dān)任芯片行業(yè)高管的 Dr. Andy Huang 在接受 ZDNet 電話采訪時(shí)解釋說(shuō)：這一突破在于 CPU 和內(nèi)存的交互方式。Micro Magic 的兩位創(chuàng)始人 Mark Santoro 和 Lee Tavrow 在 90 年代早期為一種 SRAM 計(jì)算機(jī)內(nèi)存芯片申請(qǐng)了專利。

這一 RISC-V 原型芯片改變了存儲(chǔ)快、芯片慢這種現(xiàn)狀。

「如果內(nèi)存運(yùn)行在 5GHz，而邏輯運(yùn)行在 1GHz，誰(shuí)是瓶頸？」Dr. Andy Huang 打趣道。但他沒(méi)有透露具體細(xì)節(jié)。

關(guān)鍵在于開(kāi)放

Huang 還表示：他們成功的關(guān)鍵在于 RISC-V 是開(kāi)放的，不像英特爾芯片的復(fù)雜指令集架構(gòu) CISC，也不像 ARM 芯片中的 RISC 版本。芯片設(shè)計(jì)可以解決上述瓶頸。但如果芯片的指令被鎖定，瓶頸就很難解決。

為了解釋這一點(diǎn)，Huang 還打了個(gè)比方。

「我問(wèn)我兒子為什么他更喜歡三星（智能手機(jī)）而不是蘋(píng)果，他說(shuō)是因?yàn)槿绻敫淖兪裁?，他可以讓他的一個(gè)編程朋友幫他做，因?yàn)?Android 是開(kāi)放的，不像 iOS」。Huang 這樣比喻。

「這就是我們?yōu)槭裁匆阉械某晒Χ細(xì)w功于 Dr. Patterson」，Huang 說(shuō)，「他創(chuàng)造了迄今為止最高效、最優(yōu)雅的 RISC 架構(gòu)」。

「我們應(yīng)該叫他圣 Patterson」，Huang 說(shuō)。

Micro Magic 芯片的成功不僅僅是修改指令集那么簡(jiǎn)單，還有一種經(jīng)濟(jì)因素在起作用。

Dr. Huang 強(qiáng)調(diào)，CISC 或 ARM 的指令集都有 1000 多條指令，而 RISC-V 的指令不到 100 條。

由于 RISC-V 指令集簡(jiǎn)單，Micro Magic 能夠使用標(biāo)準(zhǔn)硅晶圓生產(chǎn)其芯片，無(wú)需進(jìn)行特殊調(diào)整。這使得使用所謂的 shuttle run 成為可能。在制造過(guò)程中，該芯片與其他家的芯片組合在同一個(gè)晶圓上。由于晶圓的成本是由多方共同承擔(dān)的，所以這樣可以節(jié)省成本。

「人們經(jīng)常討論用 1 億美元來(lái)做一個(gè)定制的 ASIC」，Patterson 說(shuō)，這意味他們想做一種為特定應(yīng)用而調(diào)整的芯片。「但他們（Micro Magic）沒(méi)有花 1 億美元去做這件事」。

盡管 Patterson 和 Huang 都沒(méi)有強(qiáng)調(diào)，但還有一個(gè)經(jīng)濟(jì)因素也在起作用：如果你在 ARM 許可方面沒(méi)有太多的預(yù)算，那么 shuttle run 會(huì)讓你的處境變得容易一些，因?yàn)檫@樣就可以將 ARM 許可費(fèi)用分?jǐn)偂?/p>

Micro Magic 的芯片在 3.08GHz 頻率下的功耗是 0.69mW，此時(shí)的 CoreMark 分?jǐn)?shù)為 8200 分。

考慮到世界上最大的芯片制造商之一英偉達(dá)（Nvidia）正以 400 億美元的價(jià)格收購(gòu) ARM，這個(gè)經(jīng)濟(jì)方面的問(wèn)題開(kāi)始變得重要起來(lái)。

Nvidia 首席執(zhí)行官黃仁勛（Jensen Huang）描述了他對(duì) ARM 雄心勃勃的計(jì)劃，并且他向華爾街保證，ARM 許可證的持有者、他的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手們不會(huì)介意英偉達(dá)收購(gòu) ARM。

但是此舉顯然為替代品提供了新的機(jī)會(huì)。當(dāng)被問(wèn)及這筆交易時(shí)，Patterson 表現(xiàn)得非常謹(jǐn)慎。英偉達(dá)是 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)的成員，并全心全意地支持該技術(shù)。

巨大的想象空間

Micro Magic 的 Huang 說(shuō)，自從 Micro Magic 發(fā)布了簡(jiǎn)短的芯片公告后，就有科技巨頭開(kāi)始聯(lián)系他。

「在那市值總和達(dá)到 4 萬(wàn)億美元的四大科技巨頭（蘋(píng)果、微軟、亞馬遜、Alphabet）」中，已經(jīng)有兩家公司給我發(fā)來(lái)了電子郵件」，Huang 說(shuō)，但他沒(méi)有透露具體是哪兩家公司。

Huang 的這個(gè)說(shuō)法為我們提供了一個(gè)假設(shè)的空間，即蘋(píng)果或谷歌可能利用該芯片在能效方面取得突破。

「谷歌已經(jīng)擁有了移動(dòng)開(kāi)源軟件 Android，想象一下，如果他們?cè)倌玫阶罟?jié)能、性能最強(qiáng)大的開(kāi)源 RISC 核心，移動(dòng)消費(fèi)者將從中獲得多少收益」，Huang 這樣說(shuō)道。

「再想象一下最新的蘋(píng)果手表不需要每晚充電，」這是 Huang 提出的另一種可能性。

Huang 說(shuō)，不管有沒(méi)有這樣的交易，Micro Magic 都希望將其 RISC-V 的知識(shí)產(chǎn)權(quán)應(yīng)用到越來(lái)越多的設(shè)計(jì)中，從而在全球電力消耗方面取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。

「我們的目的是幫助世界，幫助個(gè)人電腦、筆記本電腦世界、平板電腦世界、手機(jī)世界、可穿戴設(shè)備、游戲、電動(dòng)汽車和物聯(lián)網(wǎng)…… 我們的目標(biāo)是為將世界碳排放量減少一半做出貢獻(xiàn)?！?/p>

五到十年之后，RISC-V 將成為最重要的指令集？

一個(gè) CPU 原型并不是一場(chǎng)革命。通過(guò)與英特爾和其他公司的實(shí)際出貨產(chǎn)品進(jìn)行比較，我們可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)事實(shí)，即完成芯片設(shè)計(jì)需要很多的部件。

這就是為什么圍繞 RISC-V 的公司生態(tài)系統(tǒng)如此重要。目前，宣布將使用 RISC-V 的公司數(shù)量雖然不多，但正在增長(zhǎng)。

Patterson 說(shuō)：「所有你能想到的產(chǎn)品，甚至是數(shù)據(jù)中心，都有人在認(rèn)真考慮 RISC-V」。

他說(shuō)：「我們感覺(jué)，最難的地方已經(jīng)過(guò)去了。幾年前，我們討論的是為什么要用 RISC-V，現(xiàn)在，我們討論的是為什么我不用 RISC-V」。

SiFive 是硅谷的一家初創(chuàng)公司，多年來(lái)致力基于 RISC-V 的芯片知識(shí)產(chǎn)權(quán)的研發(fā)。八月份，該公司成立了一個(gè)業(yè)務(wù)部門(mén) OpenFive，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。Patterson 的合作者 Asanovi?教授是 SiFive 的首席架構(gòu)師。

另一家典型的 RISC-V 生態(tài)支持者是臺(tái)灣的嵌入式處理器制造商晶心科技（Andes Technology。多年來(lái)，該公司總共向電子產(chǎn)品制造商出售了數(shù)十億的 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 Fall Processor）上展示了使用 RISC-V 的人工智能新芯片設(shè)計(jì)。

SiFive 告訴 ZDNet，他們現(xiàn)在已經(jīng)與 80 多家公司達(dá)成了 200 多項(xiàng)設(shè)計(jì)方案，其中包括前十大半導(dǎo)體制造商中的 6 家。憑借 FADU、華米、高通、三星和新思國(guó)際在設(shè)計(jì)領(lǐng)域取得的成功，目前 SiFive 的核心出貨量已達(dá)數(shù)千萬(wàn)。

晶心科技在上個(gè)月的一份季度報(bào)告中對(duì)投資者表示，今年約三分之一的收入來(lái)自基于 RISC-V 的零部件。

大型磁盤(pán)驅(qū)動(dòng)器制造商 Seagate Technology 和 Western Digital 都是下個(gè)月舉行的 RISC-V Summit 的贊助商，這是該生態(tài)系統(tǒng)的第三屆年度技術(shù)峰會(huì)。該活動(dòng)由 RISC-V 國(guó)際協(xié)會(huì)主辦，該協(xié)會(huì)是一家非盈利機(jī)構(gòu)，目前代表了 750 多個(gè)致力于推進(jìn)該標(biāo)準(zhǔn)的締約方，其中包括中國(guó)智能手機(jī)供應(yīng)商華為、芯片制造商賽靈思、高通以及 IBM。Asanovic?是該組織的主席，Patterson 是副主席。

然而，無(wú)論 RISC-V 有多成功，我們可能永遠(yuǎn)不會(huì)知道它的全部用途。這是因?yàn)椋M管 ARM 和其他商業(yè)技術(shù)提供商要求被許可方簽署文件，但 RISC-V 的使用者無(wú)需披露其使用情況。

RISC-V 國(guó)際協(xié)會(huì)要求供應(yīng)商自愿披露使用情況，但不強(qiáng)制。基于這個(gè)原因，很難看到 RISC-V 使用范圍的具體證據(jù)，Patterson 說(shuō)。

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，以慶祝 RISC-V 十周年。Patterson 告訴 ZDNet，其中一位合作者提出了一個(gè)驚人的觀點(diǎn)：在五到十年內(nèi)，RISC-V 可能是世界上最重要的指令集。「一方面，這聽(tīng)起來(lái)很瘋狂，但這并非不可能?！筆atterson 說(shuō)道。

來(lái)源：機(jī)器之心

責(zé)任編輯：haq