RISC-V 的開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)正在改寫(xiě)芯片設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)學(xué)。

在計(jì)算機(jī)發(fā)明后的七十年左右的時(shí)間里，人類設(shè)計(jì)了許多編程語(yǔ)言。Python、Java、C++、R，這些英語(yǔ)單詞和數(shù)學(xué)符號(hào)的混合體命令著晶體管執(zhí)行我們的命令。?

筆記本電腦中央處理器中的硅開(kāi)關(guān)本身并不能理解“for”一詞或符號(hào)“=”。為了讓芯片執(zhí)行您的 Python 代碼，軟件必須將這些單詞和符號(hào)翻譯成芯片可以使用的指令。

工程師指定特定的二進(jìn)制序列來(lái)提示硬件執(zhí)行某些操作。例如，代碼“100000”可以命令芯片將兩個(gè)數(shù)字相加，而代碼“100100”可以要求它復(fù)制一段數(shù)據(jù)。這些二進(jìn)制序列構(gòu)成了芯片的基本詞匯表，即計(jì)算機(jī)的指令集。

多年來(lái)，芯片行業(yè)一直依賴各種專有指令集。當(dāng)今市場(chǎng)主要有兩種主要類型：英特爾和 AMD 使用的 x86 以及ARM公司生產(chǎn)的 Arm。芯片公司必須獲得這些指令集的許可——單個(gè)設(shè)計(jì)可能要花費(fèi)數(shù)百萬(wàn)美元。由于 x86 和 Arm 芯片使用不同的語(yǔ)言，軟件開(kāi)發(fā)人員必須為同一應(yīng)用程序制作一個(gè)版本以適應(yīng)每個(gè)指令集。

不過(guò)最近，全球許多硬件和軟件公司已經(jīng)開(kāi)始圍繞一種稱為 RISC-V 的公開(kāi)可用指令集進(jìn)行融合。這是一個(gè)可能從根本上改變芯片行業(yè)的轉(zhuǎn)變。RISC-V 的支持者說(shuō)，這種指令集使小公司和新興企業(yè)家從昂貴的許可費(fèi)中解放出來(lái)，使他們更容易獲得計(jì)算機(jī)芯片設(shè)計(jì)。

“已經(jīng)有數(shù)十億個(gè)基于 RISC-V 的內(nèi)核，從耳塞一直到云服務(wù)器，應(yīng)有盡有，”支持該技術(shù)的非營(yíng)利組織 RISC-V International 的首席技術(shù)官 Mark Himelstein說(shuō)。

2022 年 2 月，英特爾本身承諾投入 10 億美元用于開(kāi)發(fā) RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)以及其他優(yōu)先事項(xiàng)。雖然 Himelstein 預(yù)測(cè) RISC-V 芯片在個(gè)人電腦中普及還需要幾年時(shí)間，但第一款配備 RISC-V 芯片的筆記本電腦Xcalibyte和DeepComputing的 Roma 已于2022 年 6 月開(kāi)始接受預(yù)訂。

什么是 RISC-V？

可以將 RISC-V視為計(jì)算機(jī)芯片的一組設(shè)計(jì)規(guī)范，例如藍(lán)牙。它被稱為“開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)”。這意味著任何人——你、我、英特爾——都可以參與這些標(biāo)準(zhǔn)的制定。此外，任何人都可以根據(jù)RISC-V的指令集設(shè)計(jì)出計(jì)算機(jī)芯片。然后，這些芯片將能夠執(zhí)行為 RISC-V 設(shè)計(jì)的任何軟件。（請(qǐng)注意，基于“開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)”的技術(shù)不同于“開(kāi)放源代碼”技術(shù)。開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)通常指定技術(shù)規(guī)范，而“開(kāi)放源代碼”通常是指其源代碼可免費(fèi)供參考和使用的軟件。）

2010 年，加州大學(xué)伯克利分校的一組計(jì)算機(jī)科學(xué)家開(kāi)發(fā)了 RISC-V 的基礎(chǔ)，作為芯片設(shè)計(jì)的教學(xué)工具。專有的中央處理器 (CPU) 過(guò)于復(fù)雜和不透明，學(xué)生無(wú)法從中學(xué)習(xí)。RISC-V 的創(chuàng)建者公開(kāi)了指令集，并很快發(fā)現(xiàn)自己遇到了有關(guān)它的問(wèn)題。到 2015 年，包括谷歌和 IBM 在內(nèi)的一批學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和公司成立了 RISC-V International，以標(biāo)準(zhǔn)化指令集。

Himelstein 將總部位于中國(guó)的耳塞公司中科藍(lán)訊作為 RISC-V 的成功案例。耳塞不需要太多的計(jì)算能力，該公司發(fā)現(xiàn)它可以設(shè)計(jì)使用 RISC-V 指令的簡(jiǎn)單芯片?！叭绻麄儧](méi)有使用 RISC-V，他們要么不得不購(gòu)買比他們想要的功能多得多的商業(yè)芯片，要么他們將不得不設(shè)計(jì)自己的芯片或指令集，”Himelstein 說(shuō)?！八麄儍蓚€(gè)都不想要?！?/p>

Mejdrich 說(shuō)，RISC-V 有助于“降低”芯片設(shè)計(jì)的進(jìn)入門(mén)檻。RISC-V 支持者提供有關(guān)如何構(gòu)建基于 RISC-V 的 CPU 的公共研討會(huì)。設(shè)計(jì)自己的 RISC-V 芯片的人現(xiàn)在可以提交這些設(shè)計(jì)，通過(guò)谷歌、半導(dǎo)體制造商 SkyWater 和芯片設(shè)計(jì)平臺(tái) Efabless 之間的合作免費(fèi)制造。

RISC-V 的下一步是什么

Balaji Baktha是灣區(qū)初創(chuàng)公司Ventana Micro Systems的首席執(zhí)行官，他為數(shù)據(jù)中心設(shè)計(jì)基于 RISC-V 的芯片。他說(shuō)，他們所做的設(shè)計(jì)改進(jìn)——僅僅因?yàn)殚_(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)提供的靈活性——使這些芯片能夠以更少的能量更快地執(zhí)行計(jì)算。根據(jù)國(guó)際能源署的數(shù)據(jù)，到 2021 年，數(shù)據(jù)中心約占全球總用電量的 1%，而且這一數(shù)字在過(guò)去幾年中一直在上升。Baktha 表示，RISC-V 芯片可以幫助顯著降低占用空間。

英特爾和 Arm 的芯片仍然很受歡迎，目前尚不清楚 RISC-V 設(shè)計(jì)是否會(huì)取代它們。公司需要將現(xiàn)有軟件轉(zhuǎn)換為與 RISC-V 兼容（Roma支持大多數(shù)版本的 Linux，該操作系統(tǒng)于 1990 年代發(fā)布，幫助推動(dòng)了開(kāi)源革命）。Mejdrich 說(shuō)，RISC-V 用戶需要注意“生態(tài)系統(tǒng)分裂”的發(fā)展——例如，如果有人開(kāi)發(fā)了一個(gè)流行的 RISC-V 版本，但與為原始版本設(shè)計(jì)的軟件不兼容。

RISC-V International 還必須應(yīng)對(duì)與非營(yíng)利組織的開(kāi)放理念不一致的地緣政治緊張局勢(shì)。他們最初位于美國(guó)，但遭到立法者的批評(píng)，認(rèn)為 RISC-V 可能導(dǎo)致美國(guó)失去在半導(dǎo)體行業(yè)的優(yōu)勢(shì)，并使中國(guó)公司更具競(jìng)爭(zhēng)力。為了避免這些緊張局勢(shì)，該非營(yíng)利組織于 2020 年遷至瑞士。

展望未來(lái)，Himelstein 表示該運(yùn)動(dòng)將從 Linux 中汲取靈感。希望 RISC-V 能讓更多人將他們對(duì)新技術(shù)的想法付諸實(shí)踐。“最終，你會(huì)看到更多的創(chuàng)新產(chǎn)品，”他說(shuō)。

編輯：黃飛

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