最近和幾個行業內的朋友聊天，聊到了近兩年比較火的AI人工智能，并向我推薦了一款目前在小范圍內比較火的國產處理器，我查了一下該處理器是采用的開源RISC-V指令集架構。曾有人將RISC-V比作“半導體行業的Linux”，今天就和大家聊聊RISC-V架構的來龍去脈。

RISC-V的由來

可能有些朋友不太清楚什么是CPU的指令集，其實就是指令的合集，那什么是指令呢？就是你吩咐CPU去做的事情。我在這里給大家打個比方：你有一個傭人，你給他下命令做飯、洗碗、端茶、倒水……這就是指令。把所有的指令總結在一起就是指令集。如果指令集里面沒有“洗腳”這個命令，那么你下這個命令CPU也不會執行。CPU必須要有指令集才能工作，不同的CPU有不同的指令集，基本上可以分為兩種：復雜指令集CISC和精簡指令集RISC。

關于CPU的指令集架構，我們最熟悉的應該就是X86和ARM了，需要注意的是它們都不免費。Intel的X86指令集架構除了自家以外只授權給了AMD和威盛(VIA)，ARM稍微好一點不過價格也是不菲，一直有“天下苦ARM久矣”的玩笑。那除了它們倆之外還有其他指令集架構嗎？答案當然是有，我們今天說的RISC-V就是一個，而且還是開源免費的。

起于2010年的美國加州大學伯克利分校（USNews世界大學排名第4），當時伯克利研究團隊要研發一款CPU，上面我們說過了要研發CPU就需要有指令集，X86指令集授權嚴格，ARM指令集授權費用昂貴，其他指令集要么老舊要么也需要授權，在這種情況下伯克利研究團隊決定從零開始設計一套全新的指令集，也就是我們今天說的RISC-V了。據說當時團隊四個人僅用了3個月就完成并發布了第一版指令集。當時第一個版本只包含了不到50條指令，可以用于實現一個具備定點運算和特權模式等基本功能的處理器。

RISC-V的三大特點

第一點是完全開源，對指令集使用，RISC-V基金會不收取高額的授權費。開源采用寬松的BSD協議，企業完全自由免費使用，同時也容許企業添加自有指令集拓展而不必開放共享以實現差異化發展。

第二點是簡單，這也是RISC-V架構的設計哲學。在處理器領域，X86與ARM架構的發展過程也伴隨了現代處理器架構技術的不斷發展成熟，為了能夠保持架構的向后兼容性，其不得不保留許多過時的定義，導致其指令數目多，指令冗余嚴重，文檔數量龐大，所以操作系統或者開發應用門檻就會很高。而RISC-V架構則能完全拋棄包袱，借助計算機體系結構經過多年的發展已經成為比較成熟技術的優勢，從輕上路。RISC-V的規范文檔僅有145頁，而“特權架構文檔”的篇幅也僅為91頁。

第三點是模塊化，RISC-V架構不僅短小精悍，而且其不同的部分還能以模塊化的方式組織在一起，從而試圖通過一套統一的架構滿足各種不同的應用場景。用戶能夠靈活選擇不同的模塊組合，來實現自己定制化設備的需要，比如針對于低功耗嵌入式場景，用戶可以選擇RV32IC組合的指令集，僅使用Machine Mode(機器模式)；而高性能應用操作系統場景則可以選擇譬如RV32IMFDC的指令集，使用Machine Mode(機器模式)與User Mode（用戶模式）兩種模式。

RISC-V在中國

說了RISC-V的緣起與優勢，大家一定想知道它對我國芯片行業的影響。我國芯片行業一直處于被壓制狀態，主流的指令集架構X86和ARM都是受美國控制，今年五月份更是發生了美國政府限制ARM公司向華為提供新技術授權的事件。這時候RISC-V就顯得更為彌足珍貴了。

目前國家大力支持推廣RISC-V，上海成為國內第一個將RISC-V列入政府扶持對象的城市，并發布了《上海市經濟信息化委關于開展2018年度第二批上海市軟件和集成電路產業發展專項資金項目申報工作的通知》。對RISC-V相關芯片設計企業提供政策資金幫助，鼓勵基于RISC-V自主處理器的研發及產業化。

大家應該對小米生態鏈企業華米科技不會感到陌生，在2017年華米科技成立了人工智能實驗室，并啟動了他們的人工智能智能可穿戴芯片研究項目，投身 RISC-V 芯片研發，并最終在去年 9 月推出了第一款芯片“黃山一號”。據介紹，這款采用RISC-V架構設計的芯片是是全球首款集成AI神經網絡模塊的處理器，能本地化處理AI任務，對心率、心電、心律失常等進行實時監測與分析。今年6月“黃山一號”已流片量產，主要用于華米穿戴智能設備AMAZFIT的主控芯片。

阿里旗下平頭哥半導體（前杭州中天微）在今年7月25日，正式發布采用RISC-V指令集架構的玄鐵910(XuanTie910)。據介紹，玄鐵910可以用于設計制造高性能端上芯片，應用于5G、人工智能以及自動駕駛等領域。在性能方面，玄鐵910支持16核，主頻達到2.5GHz，比目前業界最好的RISC-V處理器性能高40%以上。

RISC-V目前的問題

依靠開源和免費，RISC-V 非常受大學和科研院所青睞，并有望在教學領域大展拳腳，而這又會給 RISC-V 培養源源不斷的后備軍。對于商業公司來說，由于 ARM 的授權費昂貴，也有較強的動力去做 RISC-V，避免被綁死在 ARM 上。

不過，RISC-V 也存在一個隱憂，那就是缺乏強有力的主導者，進而導致破碎化的問題。當年的MIPS其實也非常學院派，MIPS陣營的商業公司可以自由添加指令，比如龍芯就以MIPS為基礎添加了1000多條新指令，進而形成了自己的指令集 LoongISA。這又使開發軟件的時候，即便同樣屬于MIPS，也必須分為龍芯版和普通MIPS版。

由于RISC-V也允許用戶自己加新指令，這就有可能使RISC-V破碎化，也許未來華為、高通、谷歌開發出的 RISC-V 處理器雖然都屬于 RISC-V，但卻不能跑同樣一套軟件。畢竟完全開放與自成一脈是一對矛盾，如果無法解決這個問題，恐怕RISC-V很難成長到能與X86和ARM爭雄的水平。

總結

文章寫到這里相信大家應該對RISC-V有了一個更清晰的認識。目前來說RISC-V對我們搞底層硬件的來說可能還有一點距離，但是電子行業的發展永遠都是迅速的，說不準我們今天用的STM32、GD32、i.MX會不會在未來幾年被某些RISC-V主控所替代，想當年飛思卡爾當紅主控coldfire系列在ARM內核的主控來臨以后便迅速落寞淘汰。

這里交代一下我在文章最開頭提到的這段時間有點小火的國產主控芯片是Kendryte的勘智K210，邊緣AI芯片，感興趣的朋友可以玩一玩。