芯片也开源？一文了解网红RISCV

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　　前几天小枣君给大家介绍了开源基站ORAN。今天小枣君又要给大家介绍一个开源的东西，那就是现在半导体行业的网红、被很多人称之为开源芯片的RISCV。
　　说到芯片，自从中兴被美国禁运事件起，国人对芯片的关注度被提升到前所未有的高度。似乎一夜之间，所有人都知道了芯片的重要性，体会到缺芯会导致多么严重的后果。
　　今年，华为又被美国政府盯上，列入了实体名单，再次引发全国范围对芯片自主研发能力的关注和讨论。
　　内外因的综合作用下，国家重点加强了对芯片领域的投资，越来越多的企业开始重视对芯片研发的投入。
　　而RISCV，在这个关键节点，将很可能发挥非常关键的作用。
　　究竟什么是RISCV？
　　RISCV，一般被念做：riskfive。V，就是罗马数字5。
　　很多人提到RISCV，都会说它是开源芯片。其实这种说法是不对的。准确来说，RISCV是一个基于精简指令集（RISC）原则的开源指令集架构。
　　别怕！我可以通俗地解释一下！
　　指令集，对于CPU来说，就是介于软件和底层硬件之间的一套程序指令的合集。指令集存储于CPU内部，引导CPU进行运算，并帮助CPU更高效地运行。
　　PC电脑里面的CPU芯片（中央处理器）
　　我们现在常用的台式机电脑或服务器，使用的主要是英特尔和AMD公司的CPU。这类CPU使用的指令集，属于CISC复杂指令集。CISC，就是ComplexInstructionSetComputer（复杂指令集计算机）。
　　一款CPU支持的指令集，可以有很多种。
　　早期计算机的CPU，都是基于CISC架构的。
　　当时编译器的技术并不纯熟，程序都会直接以机器码或是组合语言写成，为了减少程序的设计时间，逐渐开发出单一指令，复杂操作的程序代码。设计师只需写下简单的指令，再交给CPU去执行。
　　但是后来有人发现，整个指令集中，只有约20的指令常常会被使用到，大约占了整个程序的80；剩余80的指令，只占了整个程序的20。（典型的二八原则）
　　于是，1979年美国加州大学伯克利分校的DavidPatterson教授提出了RISC的想法，主张硬件应该专心加速常用的指令，较为复杂的指令则利用常用的指令去组合。
　　RISC，就是ReducedInstructionSetComputer，精简指令集计算机。
　　简单来说，CISC任务处理能力强，适合桌面电脑和服务器。但高性能也带来高功耗的问题。
　　而RISC通过精简CISC指令种类，格式，简化寻址方式，达到省电高效的效果，适合手机、平板、数码相机等便携式电子产品或物联网产品。
　　上个世纪80年代，ARM公司就是基于RISC架构开始做自己的芯片，最终一步一步崛起，战胜了英特尔，成为现在的移动芯片之王。如今，包括华为麒麟、高通骁龙在内的大部分手机终端和物联网设备芯片，都是基于ARM的架构设计。
　　注意，我说的是ARM的架构，而不是ARM的芯片产品。
　　ARM这家公司的商业模式很特别。它做的是芯片的架构设计，相当于画工程图纸，然后把图纸卖给各大芯片制造公司，例如华为。这些公司基于这个原始图纸，进行修改，最终设计自己想要的芯片，交付芯片工厂（例如台积电）去生产出来。
　　当然了，ARM的图纸并不是免费的。不仅不免费，而且价格非常昂贵。
　　根据网上的资料显示，ARM的授权费从几十万美元到几百上千万美元不等。法国有一家芯片创业公司接受媒体采访时曾说，他们如果使用ARM架构，要花掉1500万美元的授权费。（这个回答后来遭到ARM的否认，不管怎么说，反正不便宜。）
　　现如今，随着5G、物联网、人工智能等技术的蓬勃发展，越来越多的企业开始生产和制造服务于各个垂直行业的终端和模组。
　　这也就意味着，越来越多的企业要被迫接受ARM或其它芯片巨头的盘剥。
　　大企业还好说，交就交呗，但对于很多中小型企业甚至初创企业来说，这几乎就是彻底关闭了前进的大门。
　　这时候，就有人勇敢地站出来了。
　　2010年，加州大学伯克利分校的一个研究团队正在准备启动一个新项目。在为新项目选择指令集的时候，他们发现，x86指令集被Intel控制得死死的，ARM指令集的授权费又非常贵，MIPS、SPARC、PowerPC也存在知识产权问题。
　　在这种情况下，研究团队毅然决定，从零开始，设计一套全新的指令集。
　　在外人看来，这是一件令人望而却步的工作。但事实上，伯克利的研究团队只召集了一个4人小组，用了3个月的时间，就完成了RISCV的指令集开发。
　　虽然看似非常轻松，但其实是有前提的。RISCV之所以是个V（Five），就是因为它之前已经有过I、II、III、IV。
　　负责带队研制这些RISC指令集的，不是别人，正是伯克利分校的DavidPatterson教授。往前翻翻这篇文章你就会发现，他就是RISC指令集的真正创始人。当年那篇正式提出精简指令集设计思想的开创性论文《精简指令集计算机概述》，就是他和另一位名叫Ditzel的学者共同发表的。
　　DavidPatterson教授，后来获得了图灵奖
　　正是因为有相关的技术沉淀，伯克利分校的团队才能在短期内做出了RISCV。
　　第一代RISCI处理器，早在1981年就已经做出来了。
　　RISCV指令集非常精简和灵活。它的第一个版本只包含了不到50条指令，可以用于实现一个具备定点运算和特权模式等基本功能的处理器。如果用户需要的话，也可以根据自己的需求自定义新指令。
　　高校毕竟是高校，功利心没有那么重。再加上研究团队本身确实也没钱没人去维护它。所以，在做出RISCV指令集之后，研究团队决定，将它彻底开放，使用BSDLicense开源协议。
　　BSD（BerkeleySoftwareDistribution）开源协议是一个自由度非常大的协议，几乎可以说是为所欲为。它允许使用者修改和重新发布开源代码，也允许基于开源代码开发商业软件发布和销售。
　　这就意味着，任何人都可以基于RISCV指令集进行芯片设计和开发，然后拿去卖钱，而不需要支付授权费用。
　　这就很嗨了，大批公司开始加入对RISCV的研究和二次开发之中。
　　短短几年的时间里，包括谷歌、华为、IBM、镁光、英伟达、高通、三星、西部数据等商业公司，以及加州大学伯克利分校、麻省理工学院、普林斯顿大学、ETHZurich、印度理工学院、洛伦兹国家实验室、新加坡南洋理工大学以及中科院计算所等学术机构，都纷纷加入RISCV基金会。
　　目前，RISCV基金会共有包括18家白金会员在内的235家会员单位（数据截止2019年7月10日）。这些会员单位中包含了半导体设计制造公司、系统集成商、设备制造商、军工企业、科研机构、高校等各式各样的组织，足以说明RISCV的影响力在不断扩大。
　　正如前文所说，RISCV对于我们国家的芯片事业有着非常重要的意义。
　　长期以来，我们国家的芯片研发都受制于人。如果国内企业或科研机构能够利用开源的RISCV做出基本自主知识产权的芯片，或者培养出相应的生态环境，将大大有利于中国半导体行业进行弯道超车。
　　因此，包括中科院计算所、华为公司、阿里巴巴集团等在内的20多个国内企事业单位，选择加入了RISCV基金会。阿里还是其中的白金会员。
　　2018年7月，上海经信委出台了国内首个支持RISCV的政策。10月，中国RISCV产业联盟成立。产品方面，中天微和华米科技先后发布了基于RISCV指令集的处理器。
　　基于RISCV开发的黄山1号（华米），全球可穿戴领域第一颗人工智能芯片
　　我们的邻居印度，对RISCV的热情更是高涨。在过去数年中，印度政府资助的处理器相关项目都开始向RISCV靠拢。RISCV已经成为了印度的国家指令集。
　　RISCV的快速发展，给ARM这样的企业带来了很大的压力。
　　ARM公司去年6月份就专门建了一个域名为riscvbasics。com的网站，里面的内容主题为设计系统芯片之前需要考虑的五件事，从成本、生态系统、碎片化风险、安全性和设计保证上对RISCV进行攻击。
　　RISCV这边针锋相对，建了一个域名为armbasics。com的网站，以设计系统芯片之前需要考虑的六件事为题（在ARM列出的五项上，新增了社区支持），对ARM进行反击。
　　几天后，ARM的riscvbasics。com的网站悄然下线。
　　尽管RISCV在这场短暂的撕逼中获胜，但ARM提出的那五个方面的质疑，也不是完全没有道理。尤其是碎片化问题，作为开源技术，RISCV的确很难规避。
　　（碎片化：由于RISCV允许用户自己任意添加新的指令，但照此趋势发展下去，可能以后很多芯片厂商开发出的RISCV架构处理器尽管都归属于同一RISCV体系，但在实际应用搭配时却不能够适配同样版本的软件。）
　　总而言之，RISCV可以被看成是一个充满生命力的年轻搅局者。寄希望于它能够在短时间内和传统巨头抗衡，是不现实的。但是它举起了打破垄断的大旗，为沉闷的行业生态注入了新鲜的活力，值得我们为之叫好，也值得我们学习。
　　星星之火可以燎原，或许这个搅局者将来真的能成为领导者，也不一定呢。