risc-v是什么？

Python、Java、C++、R......在计算机发明以来的大约70年里，人类设计了许多主要由英文单词和数学符号组成的编程语言，来命令晶体管执行人类发出的命令。

但是，你的电脑CPU上的硅开关，本质上并不能理解单词“for”或符号“=”。为了让芯片执行编程代码，软件必须将这些单词和符号，转换为芯片可以读懂的指令。

（来源：Pixabay）

工程师会用特定的二进制序列来告诉硬件执行某些操作。例如，代码“100000”可以命令芯片把两个数字加在一起，而代码“100100”可以要求它复制一段数据。这些二进制序列构成了芯片的“基本词汇表”，也被称为计算机的指令集。

多年来，芯片行业一直依赖于各种企业开发的专有指令集。目前的主流指令集有两种类型：由英特尔和AMD使用的x86，以及由Arm研发的Arm。要使用这些指令集，公司必须拿到授权——一个设计可能就要花费数百万美元。

而且，x86和Arm芯片使用不同的“词汇（指令集）”，这让软件开发者必须为同一应用程序制作多个版本，以适应每套指令集。

不过，许多科技公司已经开始大力发展一个名为RISC-V的“开放式”指令集。这一转变可能会从根本上改变芯片行业。RISC-V的支持者说，这种指令集可以让小公司和初创企业更容易获得计算机芯片设计，把他们从昂贵的授权费中解放出来。

支持这项技术的非营利组织RISC-VInternational的首席技术官马克·希默斯坦（MarkHimelstein）说：“目前已经有数十亿颗基于RISC-V的核心，产品包括耳机和云服务器。”

2022年2月，英特尔承诺投入10亿美元的一部分来发展RISC-V生态系统。尽管希默斯坦预测，距离在个人电脑中广泛应用RISC-V芯片仍需要几年时间，但由Xcalibyte和DeepComputing开发的第一款带有RISC-V芯片的笔记本电脑ROMA，已于2022年6月开启预订。

什么是RISC-V？

你可以把RISC-V看作是一套计算机芯片的设计规范，就像蓝牙一样它被称为“开放标准”。理论上，这意味着任何人——你、我、英特尔——都可以参与这些标准的开发。此外，任何人都可以设计一个基于RISC-V指令集的计算机芯片。

这些芯片将能够执行任何为RISC-V设计的软件。值得注意的是，基于“开放标准”的技术不同于“开源”技术。“开放标准”通常会指定技术规范，而“开源”通常指其软件源代码可免费获取、参考和使用的。

2010年，加州大学伯克利分校的计算机科学家开发了RISC-V的基底，以作为芯片设计的教学工具。之所以这样做，是因为市面上企业专有的CPU过于复杂和不透明，无法用于校园教育。

后来，RISC-V的创造者公开了这个指令集，很快就引起了许多人的兴趣。到2015年，包括谷歌和IBM在内的机构成立了RISC-VInternational非盈利组织，以规范指令集。

RISC-V最基本的版本只有47条指令，比如从内存中加载一个数字和将两个数字相加。然而，RISC-V后续也提供了更多的指令，后被称为“扩展”。这让添加诸如运行人工智能算法所需的向量数学等特性成为可能。

比利时微电子研究中心的埃里克·梅德里奇（EricMejdrich）说，有了RISC-V你可以根据需要来设计芯片的指令集，它允许你开发定制的、由应用驱动的硬件。

此前，需要CPU的公司通常要购买现成的芯片，因为从头开始设计芯片太昂贵和耗时。特别是对于更简单的设备，比如警报器或厨房设备。不过，现成的芯片通常有许多额外功能，这可能会让设备的处理速度变慢或者耗电更高。

中国耳机公司Bluetrum是使用RISC-V的典型案例。耳机不需要太强的计算能力，而该公司发现它可以设计出使用RISC-V指令的简单芯片。希默斯坦说：“如果他们没有使用RISC-V，要么就得采购功能超出所需的商业芯片，要么就得设计自己的芯片或指令集。（看起来）哪个都不是最好的选择。”

梅杰德里奇说，RISC-V有助于降低芯片设计的“入场门槛”。RISC-V的支持者会召开关于如何构建基于RISC-V的CPU的公开研讨会。设计RISC-V芯片的人现在可以与谷歌、半导体制造商SkyWater和芯片设计平台Efabless合作，将自己的设计免费制造出来。

RISC-V的下一步

巴拉吉·巴克塔（BalajiBaktha）是初创公司文塔纳微系统公司（VentanaMicroSystems）的CEO，他为数据中心设计基于RISC-V的芯片。他指出，他们在设计上的改进主要基于开放标准所提供的灵活性，使得这些芯片能够以更少的能耗更快地执行计算。

根据国际能源机构的数据，2021年数据中心约占全球总电力消耗量的1%，而这一数字在过去几年中一直在上升。巴克塔表示，RISC-V芯片可能会帮助显著降低这个数字（碳足迹）。

不过，英特尔和Arm的芯片仍然很受欢迎，目前还不清楚RISC-V是否会取代他们。许多公司需要将现有的软件转换为与RISC-V兼容的软件。前面提到的ROMA笔记本电脑将支持大多数版本的Linux系统。

梅杰里奇说，RISC-V用户需要注意那些可能会“分裂生态系统”的开发方式。例如，有人可能会开发出一个流行的RISC-V版本，但却不兼容原始RISC-V设计的软件。

RISC-VInternational还必须应对与该非营利组织的开放理念不一致的地缘政治紧张局势。为了避免出现更多的紧张局势，这家非营利组织于2020年将总部迁往瑞士。

希默斯坦表示，展望未来这个项目将从Linux中获得灵感，希望RISC-V将允许更多的人实现他们对新技术的想法。“最终，你将会看到更多的创新产品，”他说道。