RISC-V正在成功

毫无疑问，RISC-V处理器体系结构的推出让人兴奋不已。然而，尽管许多人将其称为更广泛的开源硬件运动的先兆，但其成功背后的原因并不明显，对扩展更多开源内核的影响也远未确定。

RISC-V国际技术项目总监斯蒂芬诺·塞托拉（Stephano Cetola）表示：“RISC-V作为许多硅开发商首选的体系结构的采用，在硬件开发界掀起了一股创新浪潮。”。“设计师们现在正在采用基于RISC-V的设计，并在多个行业内走向实际实施。”

这并不是处理器实现或指令集体系结构（ISA）首次进入公共领域。这个行业到处都是，包括OpenPOWER、OpenSPARC、OpenRISC等等。虽然它们都获得了一定程度的吸引力，但与RISC-V在很短的时间内取得的成功相比，它们都相形见绌。

当与RISC-V社区的人交谈时，有两个词经常重复——自由和自由。一些人想要免费的内核，而另一些人想要自由地使用内核。对这些人来说，免费几乎无关紧要，因为他们会花很多钱来得到他们想要的东西。

一个不断变化的市场RISC-V的崛起与该行业的其他几项活动同时发生。第一个是摩尔定律的放缓，这意味着总处理能力的增加不再伴随着每个新的制造节点。第二是机器学习的迅猛发展，要求大幅提高处理能力。那么，这只是一个正确地点、正确时间的问题吗？

人们对处理器的看法已经改变。Imperas Software的创始人兼首席执行官西蒙·戴维曼（Simon Davidmann）说：“RISC-V一直受到硬件设计过程社区对自由的要求的推动。”。“电子产品是由其功能来定义的，其中很多是由运行在处理器上的软件来定义的。如今，一切都需要某种形式的机器学习。不管我们是在谈论你的手机、拍摄更好的照片，还是其他什么，都需要大量的计算。人们意识到的是他们需要很多处理器。他们需要自己的处理器结构。你需要按照你想要的方式配置它们。现成的技术帮不了你。因此，电子产品市场发生了变化，人们说，‘我们需要设计芯片的自由，以及设计处理器和生活在这些芯片中的处理器结构的自由。’'"

其他人也同意。Codasip的高级市场总监罗迪·厄克哈特（Roddy Urquhart）说：“随着半导体规模的不断缩小，提高计算性能的唯一途径就是专业化。”。“开放式RISC-V ISA是模块化的，支持定制指令，是创建各种专用处理器和加速器的理想ISA。”

所有这些都需要在新一代系统公司进入市场的背景下看待，每个公司都有独特的经济理由。但这些系统公司的一个共同点是，他们不想出售自己开发的芯片。相反，他们销售的服务在某种程度上是由这些产品推动的。他们在现有市场上买不到合适的产品，因此他们准备自己开发芯片，同时通过贡献和合作推动一些必要的创新。在这种情况下，RISC-V扮演着重要角色。

RISC-V之所以与众不同，是因为RISC-V在多个领域取得了突破，而每个领域取得成功的原因各不相同。为了理解这一点，有必要区分RISC-V成功的各个方面。首先是建筑本身。第二个问题是，该体系结构有过多的开源实现。第三个领域是围绕处理器核心的支持核心。最后，还有一些必要的工具来帮助实现和验证RISC-V处理器。

它最初是为了满足特定需求而创建的。“它现在有大量的资源支持，”Imperas的戴维曼说。“最初，它来自于大学、学者、大学里的聪明人，建立了一个好东西。从伯克利出来，在硅谷的中间，它从人们和前伯克利毕业生那里获得了一些动力。势头比OpenRISC更大。大学需要它，并且他们推动它。”

RISC-V现在是一个开放标准ISA，由加州大学伯克利分校（UC Berkeley）推出，由一个行业非营利组织——RISC-V国际（RISC-V International）负责。许多大学创造了开放式核心，比如伯克利的火箭核心，苏黎世ETH及其纸浆平台，以及许多其他的。如今，有许多行业合作组织，将行业和学术界聚集在一起，构建开源核心，并将其提供给整个社区。例如芯片联盟和OpenHW集团。

许多国家都制定了满足当地需求的计划。印度有自己的Shakti项目，被赶出IIT马德拉斯。在以色列，GenPro财团将工业界和学术界聚集在一起。日本和中国也有其他类似的项目，他们正在将RISC-V内核构建为开放源代码，以使其可供社区使用，并满足他们的特定利益。

RISC-V是第一款开放且可定制的ISA。“目前，与RISC-V相关的主要工业利益不是关于开源实现，而是关于开源指令集，”先进系统集成小组组长、弗劳恩霍夫IIS自适应系统工程部高效电子部门负责人安迪·海尼格说。“通过这种方式，环境是标准化的，但实际实施是公司特有的，是公司所有的。我们在芯片到芯片接口领域看到了类似的活动，不同的标准正在制定和讨论中。在这里，标准也允许不同供应商的芯片之间的互操作性。RISC-V允许软件方面的互操作性。"

修改的能力很重要。Valtrix Systems的首席执行官兼联合创始人舒布霍德普·罗伊·乔杜里（Shubhodeep Roy Choudhury）说：“开源ISA的出现，比如RISC-V，以及对定制扩展的支持，为处理器设计师提供了难以置信的自由度。”。“同时，它也带来了一个非常有趣的验证挑战。确保所有设计都符合要求，并且功能正确需要改变测试生成器的设计方式。它们需要高度可配置，以允许验证自定义功能以及遗留/基线功能。”

这是从开放ISA到开源处理器的一个巨大飞跃。“开源IP的概念非常诱人，因为它让人联想到免费IP的概念，”Flex Logix负责IP销售和营销的副总裁安迪·雅罗斯（Andy Jaros）说。“然而，开源并不是免费的。大多数公司，除非他们想在IP开发上投入大量资源，否则都会从众多的IP提供商（如Open5、Andes和许多其他供应商）那里许可预实现的RISC-V内核。这节省了开发时间、验证、软件开发等，以及保修和赔偿。”

让多家公司开发相互竞争的核心可以促进实施过程中的创新。“RISC-V的真正价值在于它为Arm提供了竞争，而不是因为它是开源的，”Jaros补充道。“有多家RISC-V核心供应商提供市场选择并促进竞争。有了Arm，你只能从Arm获得Arm核心。”

另一个驱动因素是核心数量的快速增长，这使得基于实例支付版税变得不那么可取。戴维曼说：“人们的设计中到处都需要处理器。”。“他们需要很多小型处理器，而现有的许可条款相当困难。当然，这很昂贵，但更重要的是，它在改变它的自由方面受到限制。我不认为RISC-V的成功是因为它便宜或成本更低。如果你只想用Arm内核做同样的事情，你绝对会失败。”我们应该买一个手臂核心，因为它经过了很好的验证。设计得太好了。这正是你想要的。使用RISC-V的唯一原因是，你想自由地改变它，并在其中添加你自己的东西。"

即使有了所有这些，RISC-V如果没有周围生态系统的开发，也可能会取得成功。RISC-V国际公司的Cetola说：“开源社区开发了关键工具，这些工具对于使基于RISC-V的处理器无处不在至关重要，比如芯片技术流程设计工具包、设计验证套件、实现工具等等。”。“通过开发更高级别的设计描述语言和复杂的开源自动化工具来加速设计的发展，这也使得VLSI设计的民主化，使RISC-V的功能走得更远。有了设计工具和工具链，RISC-V将很快变得无处不在。”

OpenHW集团是使这成为可能的行业合作之一。它正在开发处理器核心和周围的IP以支持核心。此外，它还提供了一整套用于设计和验证这些核心的工具。戴维曼说：“他们做事的方式不同。”一是他们给了你来源，你可以改变它。更重要的是，它们还为您提供了一个验证环境，这样，如果您进行了更改，您就知道它仍然有效。如果有人向你扔一个内核，而你修改了一些代码，你就有可能弄坏了什么。你需要一个复杂的验证环境才能知道你没有破坏它。这就是OpenHW在开源硬件领域的独特之处，因为它们提供了完整的验证环境。如果你添加了一个新的指令，你就知道你没有破坏其他指令。我不认为人们会仅仅使用OpenHW内核。这没有多大意义。如果你想省钱，你可以这样做。但它允许你做的是接受并扩展它，这是一个非常好的起点。这是关键。你不是白手起家。"

扩展范围这种开源势头能否扩展到处理器核心之外？处理器是整个SoC的一小部分。它还需要内存控制器和内存接口、USB、PCI等等。这些核心并没有为产品提供差异化，许多人也希望它们是开源的。

问题是，这些核心非常复杂，它们包含模拟件，这些模拟件往往是为每种铸造和工艺技术定制设计和实现的。虽然控制器可以以开源的方式构建，但也有人认为，数字和模拟部分不紧密集成可能会导致劣质产品。

LoRISC是一个已经在英国成立的组织，它最初想要建立一个与树莓Pi相当的开源系统。如今，它在一个完全协作的框架中开发硬件和软件。这包括RISC-V内核，以及支持它的软件编译基础设施。

最近，谷歌为silicon root of trust创建了一个规范和IP。它公开了这项工作，并委托lowRISC管理。这里的部分重点是，公开和透明最终会提高安全性和可信度，而不是修改规范的能力。

结论RISC-V促进了创新。虽然自由对这个行业的一部分人来说可能很重要，但真正的关键是自由。这种自由让志同道合的人、公司和组织走到了一起，开创了新局面。与深度扩张相比，它不太可能导致广度扩张。虽然额外的硬件模块可能是开源的，但最重要的收获可能是能够快速获取处理器的开放规范并实现它。

当工程师停止开发自己的定制处理器时，针对处理器开发和验证的工具就消失了，因为在20世纪80年代，这些工具几乎没有提供任何区别。现在，处理器再次变得高度分化，业界正在合作开发必要的工具。一个尚未回答的问题是，他们是否能够以EDA行业无法提供的速度创建开源工具。

哪个处理器最好？英特尔对RISC-V的支持标志着技术和文化的转变。Flux处理器市场中的数据中心架构推动了定制多芯片系统的发展，创造了大量新机会；RISC-V既是催化剂又是机遇。一个最小的RISC-V是否还有空间可以替代8位微控制器的更小版本的RISC-V处理器？

Arm已成为便携式设备市场的垄断。显然其他人想破坏它。即使铸造厂生产芯片，谁会在上面编写整个软件堆栈？现在说它成功还为时过早。成功的原因是什么？英特尔？

优秀的文章，提供了一个不断发展的生态系统的广阔视野。我是新来的，所以我很欣赏这方面的报道。

Linux已经可以在RISC-V模拟器上启动。软件堆栈将是最简单的部分。