2010 年，加州大學伯克利分校的研究團隊開始了一項新的探索項目：希望創建一個全新的開源指令集架構，這個架構具有易於理解的簡潔指令集，並且能夠提供高性能和低功耗的性能。這個項目就是 RISC-V。與大多數指令集相比，RISC-V 指令集可以自由地用於任何目的，允許任何人設計、製造和銷售 RISC-V 晶片和軟體。
經過十餘年的技術發展和社區的不斷努力，如今 RISC-V 已經成為和 x86、ARM 並列的三大主流晶片架構。目前，RISC-V 被廣泛應用於物聯網、智能家居、AI、高性能計算等多個領域。RISC-V 國際基金會去年年底公布的數據顯示，RISC-V 國際基金會的會員數量同比增長超過 26%，在 70 個國家 / 地區擁有超過 3180 名會員。如今，市場上有超過 100 億個 RISC-V 核心，全球有數萬名工程師致力於 RISC-V 計劃。
那麼，RISC-V 是如何在一眾指令集架構中脫穎而出的？如何更好地推進 RISC-V 技術創新和生態建設？如何才能進一步推動 RISC-V 的產業化落地？
日前，在「第三屆 2023 RISC-V 中國峰會」上，RISC-V 國際基金會 CEO Calista Redmond，本屆峰會主席、中國科學院軟體研究所總工程師武延軍，開源晶片研究院首席科學家、中國科學院計算技術研究所副所長包雲崗，平頭哥半導體生態副總裁楊靜，奕斯偉計算高級副總裁、首席技術官何寧，沁恆微電子技術總監、瑞斯科研究院院長楊勇，芯來科技市場戰略副總裁李珏，算能科技產品總監陸吉年，Andes 晶心科技董事長暨執行長林志明，賽昉科技董事長兼 CEO 徐滔，SiFive 產品營銷高級經理林宗民，Semidynamics 創始人兼 CEO Roger Espasa 接受了 InfoQ 在內的媒體採訪，進一步分享大家對於 RISC-V 技術發展和生態建設的理解與實踐經驗。
RISC-V 緣何殺出重圍？
基於開源開放的特點，RISC-V 架構在過去十餘年中飛速發展，一躍成為 x86、ARM 最強有力的挑戰者。有數據指出，ARM 架構用了 17 年完成 100 億內核出貨量，而 RISC-V 只用了 12 年。此外有預測數據顯示，到 2025 年 RISC-V 架構的處理器核的出貨量將突破 800 億顆。
回顧歷史，RISC-V 並不是唯一開源的指令集架構，此前不少指令集架構有過短暫的輝煌，但終究沒能穩坐浪潮之巔，RISC-V 緣何殺出重圍？
Calista Redmond 在接受採訪時表示，一種架構能夠被多方所擁抱、採納，歷來是以波浪式的方式所進行的。有的公司願意做「第一個吃螃蟹的人」，會最早採納新的架構；有的公司是「等待者」，他們看有更多同類型的公司採納新架構，才會有擁抱意願；有的公司是「後來者」，他們要等到整個行業都採用這個新架構，整個生態系統也建立起來了，或者他們的合作方、合作夥伴有採用 RISC-V 架構的要求，才會加入進來。「市場的影響力是巨大的。對於多數公司來說，被客戶推動是他們選擇新架構最大的因素，比如授權證書方面的條款，以及客戶對兼容性提出的要求。此外，未來公司的機會在什麼地方，也是他們選擇新架構的驅動因素。」
Calista Redmond 認為，過去的 50 多年裡確實曾經出現過多個指令集架構，但只有 x86、ARM 這兩個指令集架構與眾不同，並且站穩了腳跟。其背後的原因就是 x86 和 ARM 在工作負載、規模以及縱向的整合能力方面有比較突出的表現。
「現在移動終端的計算和過去有所不同，我們相信，在這個新的時代，一個指令集架構是否能夠變得成熟豐富，一方面取決於生態的建立以及商業模式，另一方面取決於架構本身，這都構成了指令集架構的成功變量。這裡面要特彆強調的是開放性和合作，具體包括和不同的合作夥伴以及客戶的合作，這些非常重要。此外，在這個時代，指令集架構能夠給予設計者以及設計過程更大的自由度，避免和一個公司深度捆綁帶來的一種局限。」Calista Redmond 說道。
在技術特性方面，RISC-V 與其他指令集架構相比有很多相似點，區別在於 RISC-V 在技術設計上更有彈性，更有針對未來的擴充性，在商業模式上也能提供更大的靈活度。「這個靈活度是大家檢視自己的應用，或者往新應用發展的時候，不依賴單一的供應商，這應該是大家真正喜歡用 RISC-V 做未來新應用的原因。」林宗民表示，過去幾年國內擁抱 RISC-V 的熱情高漲，在軟硬體生態上持續投入，在全世界都是有目共睹的。
此外，不少受訪專家提到，過去幾年 RISC-V 最明顯的變化就是逐漸走向高端。
何寧表示，過去，RISC-V 架構主要應用於物聯網領域。在最近兩年，大家能明顯感受到 RISC-V 已經開始在一些中強生態的場景中得到應用，如 AI 計算、車載、多媒體計算等等。「比如在多媒體領域，Android TV 帶有一定的生態，但 APP 或軟體數量不如平板和手機多，相對比較可控。此外，一些電視主機廠也在開發自己的作業系統和應用程式。在這些場景中，客戶有時會詢問我們 RISC-V 架構的晶片何時能夠落地，或者能否在這方面合作。未來，這些領域都可能是 RISC-V 非常好的應用場景。另外還有一些對算力有要求但不涉及生態軟體的領域，例如 DPU，也可能是 RISC-V 非常好的落地場景。總的來說，在過去的兩三年里，RISC-V 可以發力的地方非常多。」
在徐滔看來，最近兩年，RISC-V 走向高端的趨勢已經越來越明顯。隨著 RISC-V 核規格的不斷升級，從 A5 提升到 A7，甚至更高，其性能和功能也在不斷提升。與此同時，超過 10 核的 RISC-V 版本也越來越多。「基於 RISC-V 的高性能晶片已經用於數據中心和 AI 領域。在美國，不少 Startup 公司都專注於數據中心的高性能計算。從投資的角度看，去年以來，在 RISC-V 領域湧現出了一批專注於高性能計算的 Startup 公司，並且拿到了投資。雖然在高端晶片市場還有很多其他好產品，但是 RISC-V 的變化和發展是值得注意的。」
這種高端化的應用趨勢能夠推動 RISC-V 進一步發展，並促進 RISC-V 生態系統不斷壯大，為更多的應用領域提供更好的支持和解決方案。
RISC-V 生態建設進入加速期
對於 RISC-V 而言，能否在市場上取得成功，很大程度取決於生態。然而在早期的發展過程中，RISC-V 處理器主要集中在微控制器、微控制單元（MCU）這一層次，對於 MCU 以及嵌入式領域的一些應用來說，其生態短板明顯。隨著處理器能力不斷升級，RISC-V 成功登陸 PC、筆記本和伺服器，有越來越多的軟體可以跑在上面。這時，生態才真正顯現出來。
Calista Redmond 表示，RISC-V 國際基金會非常看重生態的建立，在生態建設上會採取非常廣泛的視野，同時也強調全球方面的合作，比如和其他基金會合作，以加速這種生態的建成。
「對我們來說，生態系統中最重要的是利益相關方，包括工程師、學生、中小企業、跨國企業，還有硬體、軟體生產廠商，以及各種工具、資源等等。談到生態，我們相信它既是技術的問題，也是市場營銷、商務的問題。我們強調不同技術團隊來應對不同行業的需求，比如汽車製造業、數據中心，同時，我們也強調實施的重要性。在市場發展上，我們會一步步地關注汽車產業、數據中心、雲部署、通訊業、移動終端等。在中國，我們強調與不同的協會進行合作，並與中國的學術界和行業合作，以幫助這個生態系統變得越來越成熟。我們還重視與硬體廠商的合作，相信這個生態系統能夠使各種應用無縫連結移植到 RISC-V 技術架構上。因此，對我們來說，生態建設和合作具有非常重要的意義。任何玩家肯定都會強調多架構的部署，同時也要強調持續的優化。」
在工具鏈層面上，從 2020 年開始，RISC-V 的軟體優先級重要性提升，發展模式也變成了以軟體驅動為主。要想支持 RISC-V，首先需要建立工具鏈，對於晶片來說，必須有編譯工具鏈才能發揮其指令集特性。
據武延軍介紹，工具鏈一般有兩種方式：一種是廠家自己開發，提供私有的工具鏈，每推出一款開發平台就有一套與之匹配的工具鏈；另一種是大家共同打造一個公共的工具鏈，對於私有的部分，可以以 binary 的方式提供，但其中 90% 都是公共打造的。對於 RISC-V 來說，第二種方式更為合適。
「在幾年前中國科學院先導專項支持下，我們開始開發 RISC-V 原生作業系統，其中很核心的一點就是做相應的編譯工具鏈。我們在 GCC 和 ALVM（開源的架構編譯器框架）上大量做指令集相關後端的實現，同時跟隨 RISC-V 基金會標準的及時進程提供相應的參考實現。」武延軍表示，現在的工具鏈參與方越來越多，功能也越來越完善。隨著 RISC-V 指令集不斷發展，指令集標準規範逐步完善，工具鏈也將逐漸成熟起來。「在過去的一年多時間裡，我們陸續看到了很多知名開源社區、開源作業系統發行版都在支持 RISC-V。RISC-V 已經在軟體生態建設的路上，走得越來越快。」
經過十餘年發展，RISC-V 生態不斷壯大，但仍有大量問題亟待解決。包雲崗在接受採訪時表示，要想讓 RISC-V 在更多領域裡發揮作用，軟硬體仍很多工作要做。
具體來說，在硬體層面，除了 RISC-V CPU Core，還有外圍互聯的晶片，怎麼把這些 Core 更好地連接起來仍有很多工作要做。目前在 RISC-V 硬體生態領域裡缺少高質量的 IP，這可能會制約數據中心伺服器級晶片的進一步提升。
軟體生態方面，當前軟體生態最大的複雜度是大量的軟體包需要移植到 RISC-V 整個架構上，這些軟體包又分為系統軟體和應用軟體。系統軟體包方面，像 RadHat 有很多發行版，每個發行版都有兩三萬個軟體包，這些軟體包都需要移植過來；應用軟體包方面，以 Android 軟體為例，加起來大概有 900 萬個 App，如果用 RISC-V 來做手機晶片，需要考慮如何將這些應用移植過來。這些都是存量生態里需要解決的問題。
包雲崗認為，最好的方式是找到增量的生態和增量應用場景。無論是 x86 還是 ARM，現在還沒有形成主流，RISC-V 正與它們處於同一條起跑線上。在這種情況下，RISC-V 的優勢就可以發揮出來。它可以通過開放和開源的方式，聯合全世界更多的開發人員，快速構建和發展這個生態。「大家都在關注這個新市場，很多人認為移動汽車是未來有前景的領域，而 RISC-V 也可以在其中發揮作用。我們期待在未來，比如從汽車領域的自動駕駛領域切入，形成新的生態，並逐步影響其他傳統的生態。」
當前，越來越多的中國企業積極參與到 RISC-V 國際生態建設中，對於那些還未參與到 RISC-V 生態的中國企業，武延軍認為首先需要在認識層面上進一步提升。比如，有時為 RISC-V 軟體生態做貢獻可能沒有直接的收益，但如果代碼能進入主流系統代碼，如 Linux 內核、GCC 編譯器支持、LLVM 編譯器支持，意味著能夠在更大的舞台展示自身實力，並提高在軟體生態中的發言權。
「如果能夠真正參與並貢獻到主流的上游軟體，將獲得雙重收益：一是品牌效應，二是對運營成本的降低。中科院軟體所的目標是將基礎軟體做成 RISC-V 軟體中的數字公共品，我們很早就在 RISC-V 社區中組建了 PLCT 實驗室，專門為 RISC-V 生態做軟體貢獻，並在過去幾年得到了國際社區的認可。現在，中科院也有新的先導專項，專項名稱是 RISC-V 基礎軟體，以支持繼續打造 RISC-V 基礎軟體生態。在這個過程中，我們將聯合國內企業共同為 RISC-V 生態做貢獻。」武延軍說道。
如何推動 RISC-V 產業化落地？
目前來看，RISC-V 已經進入了從 1 到 N 的階段，並被廣泛應用於物聯網、智能家居、AI、高性能計算等多個領域，也有越來越多的企業開始擁抱 RISC-V。
楊勇表示，基於新指令集架構設計內核和晶片一直存在兩個問題，即生態和自主。但隨著 RISC-V 的逐步流行，生態和自主不能兼顧的情況有所轉變。「我們早先選擇 RISC-V 設計晶片 時就意識到生態的必要性，所以我們推動了免費 IDE MRS 全面支持了青稞 RISC-V 全系列晶片。我們一方面自主研發 RISC-V 處理器及晶片，另一方面提供 USB/ 藍牙 / 乙太網相關的應用解決方案，兩個方面齊頭並進，雙輪驅動助力 RISC-V 儘早遍地開花。」
目前 RISC-V 已經進入到一個主頻在 2GHz 以上的高性能階段，很多應用都可以使用 RISC-V 來實現。未來，從邊緣側的 AP 疊代到工業界的智能化升級，甚至到車載的 ADAS 系統或數據中心對高級算力的需求，都會有 RISC-V 發揮潛能的地方。
「我想越來越多的人會看到，高性能的核和更豐富的軟體，這兩條路一定要一起走。」楊靜認為，除了要關注 RISC-V 在 CPU 性能上的提高，還需要關注生態中的兩個重要組成部分：
首先，在高性能之上，需要更豐富、更好用的軟體配套。從應用落到硬體，中間的過程非常漫長，需要所有合作夥伴共同努力，將軟體能力補齊，才能真正幫助 RISC-V 應用於各個領域。其次，任何一個新的架構都需要找准自己的生長點，與「殺手級應用」協同爆發。比如，當年 ARM 的崛起，就是依託於智慧型手機市場的爆發。而如今，AI 浪潮襲來，也讓 AI 原生的 RISC-V 架構有更多的「出圈機會」。依託於 RISC-V 本身具有的靈活和可擴展性等特點，通過平頭哥 Vector、Matrix 擴展指令集以及 AI 部署工具 HHB 等，RISC-V 完全有能力在 AI 領域取得新突破。
「如果今天能夠將 RISC-V 架構原生的 AI 潛力充分釋放，使 CPU 的能力與 RISC-V 的擴展相結合，那麼 RISC-V 就一定能夠打入 AI 領域。現在 AI 已經滲透到各行各業，RISC-V 除了需要繼續提高計算能力，也需要加強 AI 能力，這也是我們平頭哥接下來會持續投入的方向。」楊靜說。
那麼，如何才能進一步推動 RISC-V 的產業化落地？
何寧認為關鍵在於產品。目前，奕斯偉計算構建了數十款 RISC-V 架構的產品，在推動 RISC-V 產業化落地方面，何寧總結了三點心得體會：
- 首先，需要擁有強大的內核研發能力。從內核研發到產業化落地，在同一個公司內部周期非常短，產品團隊可以直接向內核團隊提出需求，並快速調整，以適應市場需求。這種適配能力可以為產品帶來強大的競爭優勢。
- 其次，產品本身要有行業影響力。一個行業的頭部產品能夠為其他產品提供示範效應，能夠推動 RISC-V 架構的落地。
- 最後，要實現生態的規模化推廣，需要確保有足夠的應用產品數量。奕斯偉計算的經驗是，只要能夠採用 RISC-V 架構，產品都會採用，每年都有許多顆 RISC-V 晶片同時實現產業化落地，採用 RISC-V 架構的比例越來越高。這種規模化效應非常強大，能夠推動 RISC-V 生態的快速發展。
同時，RISC-V 架構的出現也為車規應用帶來了新機遇，不少受訪專家提到，車輛是 RISC-V 新的爆發點。
在過去，車載晶片要麼採用 ARM 架構，要麼採用歐洲晶片公司的私有架構，這些架構都需要在歐洲嚴格的車輛場景下通過認證。中國公司在開發車載晶片時，要想滿足相關標準或是出口到歐洲，必須按照車規標準來打造晶片和系統。對於國內晶片廠商來說，在 IP 層面的選擇非常少。
RISC-V 開放架構的出現，使得基於該架構的車規級 IP 得以實現，這將極大地拓寬應用領域的範疇。此外，RISC-V 具有許多可以定製的優勢，在這方面採取了與 ARM 不同的策略：ARM 先有通用的內核，然後在移動端有 Android 生態和一些特殊的 iOS 系統需求。但在汽車領域，目前還沒有一個統一的作業系統或統一的 AUTOSAR 架構（AUTomotive Open System Architecture，汽車開放系統架構）。
李珏認為，當前汽車軟體和工具鏈仍比較碎片化，「如果使用 ARM 一個架構適用於所有情況，那麼從上層軟體廠商和作業系統到應用程式廠商都很難找到通用性。現在購買的電動車或新能源車的 APP 也不是通用的。包括地圖，每家都在進行適配，就像以前的的山寨機一樣，一款 APP 需要適配各家的機型，現在車輛上還是這種情況。因此，如果從底層的指令集上支持這些應用是一個標準的話，就可以支持多家核、多家標準、多家處理器核和多家晶片，這樣上層開發軟體就有可能利用 RISC-V 的標準場景做統一。這樣，RISC-V 在汽車電子領域將有巨大的應用市場。」
李珏提到，兩年前，芯來開始在國內做車規級晶片的布局。大約半年後，有客戶開始導入芯來的 IP，使用芯來的 IP 進行車規晶片的開發。「我們獲得了車規認證後，他的 IP 和 CPU 部分就不需要再證明功能安全的等級特性，可以將 CPU 視為一個黑盒使用，只需要證明他的外圍設備、工具鏈以及最終的軟體是車規級的即可。這將有助於加快國內一些公司開發車規級晶片的流程，縮短時間。」
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