RISC—V助力国产芯片加速崛起
2019年7月，阿里巴巴旗下半导体公司“平头哥”正式发布玄铁910，并宣称是“业内最强RISC-V处理器之一”，号称性能可比肩Arm v8架构Cortex A7X系列，并且在今年3月， David Patterson在阿里平头哥玄铁RISC-V生态大会上也大胆预言：“3到5年后，RISC-V将无处不在！。但在过去，RISC-V的普及度较低，在中国的知名度就更低了，更多流行的是x86架构和ARM架构，所以人们不禁发出疑问，什么是RISC-V？它与x86和ARM的区别是什么？
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CPU需要调用对应的指令来使用不同功能电路。而用来规定指令格式的东西就叫做指令集架构，不同的架构对同一功能的实现思路不同，按照指令集架构的分类，可分为复杂指令集（CISC）及精简指令集（RISC）。
复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）：每个指令可执行若干低端操作，例如存储器读取、存储、计算操作等，指令数目多且复杂，每条指令字长不相等。这些特性使得代码编写较为简单，但是复杂的指令需要若干指令周期才可以实现。
精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）：对指令数目与寻址方式都做了精简，只保留经常使用的指令，因此实现更加容易，指令并行程度较好，编译器效率较高。但是对于一些特殊操作，需要通过处理器额外的执行时间来弥补。其特征包括统一指令编码、泛用的寄存器，单纯的寻址模式等，每条指令的执行时间较短。
CISC尽可能将任务一次性做完，高效但费脑（性能高、功耗大），RISC则是将任务拆解，分次做完，虽然对个人能力要求不高（性能低、功耗小），所以效率更低。
全球前三大指令集架构
全球前三大指令集架构，一个是由英特尔为首的x86架构，其应用于绝大部分PC和服务器；而英国公司Arm的Arm架构则用于全球99%以上的智能手机。对比前两位“大哥”，RISC-V可以说是妥妥的“小弟”，虽说三者并成为“全球前三“指令集，但RISC-V与x86和ARM的市场份额差距实在太大了，甚至可以说难以望其项背。
这三种架构，分别代表了三种经营模式：
x86架构由英特尔和AMD死死把控，其它公司想用？没门！；
Arm架构虽然由Arm公司所有，但授权开放，需要花钱购买其IP；
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RISC-V的优势就在于具有指令精简、模块化、可扩展、开源、免费等优点，其不属于任何机构或国家，开源免费，运营成本由基金会的会员出资，可创造出具有完全自主知识产权的IP核或芯片，相对于目前主流的英特尔X86架构及Arm等架构，RISC-V的基础指令集只有40多条，加上其他基本的模块化扩展指令总共几十条指令，非常简单。
RISC-V基金会当时将总部从美国迁至瑞士，瑞士是中立国，迁址原因是“担心可能出现的地缘政治破坏”，其免费开源的特点，意味着没有人可以以“国家安全”为托词，限制他人使用RISC-V。
RISC-V国际基金会CEO：RISC-V不受任何单一企业或国家的控制
在RISC-V成立之初，基金会的中方成员只有阿里巴巴、华为和中科院计算所，到了2022年中，基金会19个高级会员里，中国大陆芯片企业占据12个席位。到了如今，随着美国持续将芯片技术作为限制他国发展的“武器”的大背景之下，越来越多国家和厂商开始越来越重视芯片的自主权，这也推动了RISC-V生态加速发展，目前已经呈现出与X86和Arm三足鼎立之势，RISC-V技术成为中美技术战争新战场，中美科技战新战场！RISC-V开源芯片技术成焦点。
X86指令集及ARM架构
X86架构 (The X86 architecture) 是微处理器执行的计算机语言指令集，指一个Intel通用计算机系列的标准编号缩写，也标识一套通用的计算机指令集合。
1978年Intel推出了8086处理器（16位微处理器），1985年Intel推出了80386（32位处理器）。由于Intel早期处理器名称是以数字来表示80x86，因此这些架构称之为x86。
X86架构图
一些公司一直采用X86架构研发产品，例如巨头英特尔，超微 (AMD)、威盛等企业。其中x86架构中英特尔和AMD是霸主地位。
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国产 CPU 厂商得到了相应指令集的架构授权，发展成为6大主流厂商: 龙芯、飞腾、鳃鹏、海光、电威、兆芯
目前国内做的比较好的企业兆芯，早期，购买了大量原属于VIA的中央处理器等，花费了大量的知识费用，并获得了X86指令集授权，可以生产X86芯片后续自主研发X86处理器，并于后期开发出兆芯开先KX-6640MA处理器。
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x86架构设计目标是提供强大的计算能力和广泛的指令集，以应对各种复杂的应用场景，在PC及服务器端拥有天然的性能优势。
ARM架构由ARM公司设计并广泛应用于移动设备、嵌入式系统和其他低功耗设备。曾称进阶精简指令集机器 (AdvancedRISC Machine) 更早称作Acorn RISC Machine，是一个32位精简指令集 (RISC) 处理器架构。还有基于ARM设计的派生产品，重要产品包括Marvell的XScale架构和德州仪器（TI）的OMAP系列。ARM家族占比所有32位嵌入式处理器的75%，成为占全世界最多数的32位架构。ARM架构的主要优势是低功耗、高效率和易于实现，使其成为许多移动端设备的理想选择。近年来大举进入桌面和服务器领域。
ARM作为简单指令集，具有低功耗的优势，广泛应用于移动设备领域。在当前国内市场中，许多厂商只拥有ARMv8指令集，并没有ARM的新架构和IP核，这导致它们在性能上与使用新架构和IP核的国外厂商存在差距。
RISC-V架构
当需要同时兼顾数据传输速度与传输量时，x86与ARM的处理能力有限。RISC-V则表现出了较强的优势，它几乎适应所有实现技术，包括FPGA、 专用集成电路（ASIC）、 全定制芯片，甚至未来的设备技术。
2010年，加州大学伯克利分校的研究团队设计并推出了一套基于BSD协议许可的免费开放的指令集架构RISC-V，其原型芯片也于2013年1月成功流片。RISC-V的最大特点就是简单，虽然与ARM都是精简指令集架构，但RISC-V的架构更加短小精悍，它要能适应包括从最袖珍的嵌入式控制器，到最快的高性能计算机等各种规模的处理器。
RISC-V的优势在于模块化与指令的数目少，计算机体系结构的传统方法是增量ISA，新处理器不仅必须实现新的ISA扩展，还必须实现过去的所有扩展。RISC-V使用模块化的ISA，其将不同的部分以模块化的方式组织在一起，并通过一套统一的架构来满足各种不同的应用场景，这种模块化是x86与ARM架构不具备的。且RISC-V架构基本的指令数目仅有40多条，加上其他的模块化扩展指令也总共只有几十条指令。
所谓模块化ISA，RISC-V的核心是一个名为RV32I的基础ISA，运行一个完整的软件栈。RV32I是固定的，永远不会改变。这为编译器编写者，操作系统开发人员和汇编语言程序员提供了稳定的目标。RISC-V还提供一些其他的标准扩展指令集，根据应用程序的需要，硬件可以可选的包含这些扩展。RISC-V编译器得知当前硬件包含哪些扩展后，便可以生成当前硬件条件下的最佳代码。
很多情况下，处理器的性能都成为架构师关注的指标，根据数据及推算，程序的执行时间取决于程序在该指令集编译出的指令数量、平均每条指令的时钟周期数及处理器的时钟周期时长，RISC-V架构处理器在这三个因素中的每一个都获得了近10%的优势，它们加起来导致了近30%的性能优势。在传统PC与服务器领域，x86适合处理大量数据，因此处于霸主地位。而在手机带来的科技革命趋势下，需要快速处理数据，ARM架构在手机处理器IP领域一统江湖。但随着物联网时代的来临，RISC-V作为新兴架构，以其精简的体量，或许在未来的IoT领域中能取得绝对的优势。但RISC-V的应用范围目前主要局限在嵌入式领域，不太适合高性能场景。要替代ARM和x86，还需要面对许多挑战。并且RISC-V生态系统相对割裂。要形成统一的标准生态系统，依然面临许多困难。
尽管如此，目前国内外已有多家芯片企业投入大量资金研发RISC-V领域的应用。目前应用最广泛的当属IoT的安全问题、手机市场、服务器市场及存储市场。未来的物联网大概会有300亿个设备互联互通，所以物联网安全就成为了必须关注的问题。而RISC-V的开源特性允许广泛的受众检查其体系结构，并在它们成为大范围的安全事件之前纠正它们。RISC-V可以通过提供“修复”核心而无需实际更改核心的机会来影响我们现有的网络犯罪流行。并根据预测，大约两年之后RISC-V就会进军手机市场，与高通、苹果、三星、联发科等ARM公司抢智能手机处理器市场，同时有可能威胁低功耗笔记本处理器。虽然目前RISC-V的高性能市场一片空白，但RISC-V本身用来设计高性能芯片是没有问题的，学术界已经有基于RISC-V架构的511核处理器（Celerity）。只是基于RISC-V的低门槛特点，进入的企业体量较为小巧，没有足够的资金做长期布局与研发。但根据预测，5年后RISC-V指令的处理器就有可能进军服务器市场，与AMD、英特尔这样的x86处理器公司抗衡。
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根据RISC-V国际基金会数据，2022年会员数量同比增长超过 26%，累计在 70 个国家/地区拥有超过 3180 名会员单位，包括高通、英特尔、谷歌、阿里平头哥、华为、紫光展锐等众多头部芯片企业。截至2022年底，全球有数万名工程师致力于 RISC-V 计划，基于RISC-V架构的处理器出货量已超过了100亿颗，RISC-V用12年时间走完了传统指令集30年的发展历程。
苹果与Arm达成长期协议，加强合作的同时不忘布局RISC-V
在中国，目前的形势是多种国产CPU架构并存，在未来可能会造成资源分散、低水平重复，这种状况不加以改进，我国将缺乏在全球市场上与X86和ARM两家竞争的自主CPU架构，从而在主流CPU方面仍然可能受制于人。因此有专家指出：“新型的开源精简指令的架构“RISC-V”架构，为我国掌握芯片产业发展主动权提供了机遇”。可以说也是一种弯道超车的机会。
当前国内外已经有非常多的RISC-V核心RTL代码，很多是开源的。比如，Rocket Core、Boom Core、LowRISC SoC等均提供源代码。如果用于商用，国内外也有许多商业公司提供稳定的RISC-V IP核心。例如国外的SiFive公司、Microsemi公司、国内的阿里平头哥、芯来科技及兆易创新等。2019年8月22日，兆易创新正式发布了全球首个基于RISC-V开源架构内核的32位通用MCU产品---GD32VF103系列。兆易创新是首次将RISC-V引入通用微控制器领域，并提供了从芯片到程序代码库、开发套件、设计方案等完整工具链支持并持续打造RISC-V开发生态。
兆易创新发布GD32V系列RISC-V内核32位通用MCU新品
在今年9月1-3日召开的泰达论坛上，中国工程院院士倪光南也对自己观点进行了阐述：我国抓住新一代信息技术发展机遇，面向未来主流CPU市场，聚焦开源RISC-V架构发展中国芯片产业，通过充分发挥我国举国体制和超大规模市场优势和人才优势，大力发展壮大RISC-V产业生态，增强RISC-V产业链、供应链的自主可控能力，加大对RISC-V开源社区的贡献，最终使世界主流CPU市场形成X86、ARM和RISC-V三分天下的格局。
反观目前形势，我国发展RISC-V具有独特优势。首先是符合国家科技自立自强发展战略，又推动全球科技创新。历史上一直是X86和ARM两种架构垄断CPU市场的红利，整个芯片产业一直处于高垄断态势，开源RISC-V的出现打破了垄断，为全球芯片产业发展提供强大的推动力，相关生态环境也正在迅速发展完善。第二，中国超大规模市场是培育未来新一代信息技术的沃土。此外，中国是世界最大工程师培育摇篮，人才优势为技术发展创新提供了必要条件。
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今天我们面临百年未有之大变局。中国在发展CPU产业时，要注重未来主流CPU的发展趋势。我们期待能有更多企业聚焦开源RISC-V架构，大力推进RISC-V生态建设，最终使RISC-V架构能够在世界CPU市场与X86和ARM三足鼎立。
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