晶元也開源？網紅RISC-V，到底是什麼東東？
前幾天小棗君給大家介紹了開源基站O-RAN。
今天小棗君又要給大家介紹一個開源的東西，那就是現在半導體行業的網紅、被很多人稱之為「開源晶元」的RISC-V。
說到晶元，自從中興被美國禁運事件起，國人對晶元的關注度被提升到前所未有的高度。似乎一夜之間，所有人都知道了晶元的重要性，體會到「缺芯」會導致多麼嚴重的後果。
今年，華為又被美國政府盯上，列入了實體名單，再次引發全國範圍對晶元自主研發能力的關注和討論。
內外因的綜合作用下，國家重點加強了對晶元領域的投資，越來越多的企業開始重視對晶元研發的投入。
而RISC-V，在這個關鍵節點，將很可能發揮非常關鍵的作用。
究竟什麼是RISC-V？
RISC-V，一般被念做：risk five。V，就是羅馬數字5。
很多人提到RISC-V，都會說它是開源晶元。其實這種說法是不對的。準確來說，RISC-V是一個基於「精簡指令集（RISC）」原則的開源指令集架構。
別怕！我可以通俗地解釋一下！——
指令集，對於CPU來說，就是介於軟體和底層硬體之間的一套程序指令的合集。指令集存儲於CPU內部，引導CPU進行運算，並幫助CPU更高效地運行。
我們現在常用的台式機電腦或伺服器，使用的主要是英特爾和AMD公司的CPU。這類CPU使用的指令集，屬於「CISC複雜指令集」。CISC，就是Complex Instruction Set Computer（複雜指令集計算機）。
一款CPU支持的指令集，可以有很多種。
早期計算機的CPU，都是基於CISC架構的。
當時編譯器的技術並不純熟，程序都會直接以機器碼或是組合語言寫成，為了減少程序的設計時間，逐漸開發出單一指令，複雜操作的程序代碼。設計師只需寫下簡單的指令，再交給CPU去執行。
但是後來有人發現，整個指令集中，只有約20％的指令常常會被使用到，大約佔了整個程序的80％；剩餘80％的指令，只佔了整個程序的20％。（典型的二八原則）
於是，1979年美國加州大學伯克利分校的David Patterson教授提出了RISC的想法，主張硬體應該專心加速常用的指令，較為複雜的指令則利用常用的指令去組合。
RISC，就是Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機。
簡單來說，CISC任務處理能力強， 適合桌面電腦和伺服器。但高性能也帶來高功耗的問題。
而RISC通過精簡CISC指令種類，格式，簡化定址方式，達到省電高效的效果，適合手機、平板、數碼相機等攜帶型電子產品或物聯網產品。
上個世紀80年代，ARM公司就是基於RISC架構開始做自己的晶元，最終一步一步崛起，戰勝了英特爾，成為現在的移動晶元之王。如今，包括華為麒麟、高通驍龍在內的大部分手機終端和物聯網設備晶元，都是基於ARM的架構設計。
注意，我說的是ARM的架構，而不是ARM的晶元產品。
ARM這家公司的商業模式很特別。它做的是晶元的架構設計，相當於畫工程圖紙，然後把圖紙賣給各大晶元製造公司，例如華為。這些公司基於這個原始圖紙，進行修改，最終設計自己想要的晶元，交付晶元工廠（例如台積電）去生產出來。
當然了，ARM的圖紙並不是免費的。不僅不免費，而且價格也非常昂貴。
根據網上的資料顯示，ARM的授權費從幾十萬美元到幾百上千萬美元不等。法國有一家晶元創業公司接受媒體採訪時曾說，他們如果使用ARM架構，要花掉1500萬美元的授權費。（這個回答後來遭到ARM的否認，不管怎麼說，反正不便宜。）
現如今，隨著5G、物聯網、人工智慧等技術的蓬勃發展，越來越多的企業開始生產和製造服務於各個垂直行業的終端和模組。
這也就意味著，越來越多的企業要被迫接受ARM或其它晶元巨頭的「盤剝」。
大企業還好說，交就交唄，但對於很多中小型企業甚至初創企業來說，這幾乎就是徹底關閉了前進的大門。
根據歷史經驗，每當這種時候，就會有人勇敢地站出來：
2010年，加州大學伯克利分校的一個研究團隊正在準備啟動一個新項目。在為新項目選擇指令集的時候，他們發現，x86指令集被Intel控制得死死的，ARM指令集的授權費又非常貴，MIPS、SPARC、PowerPC也存在知識產權問題。
在這種情況下，研究團隊毅然決定，從零開始，設計一套全新的指令集。
在外人看來，這是一件令人望而卻步的工作。但事實上，伯克利的研究團隊只召集了一個4人小組，用了3個月的時間，就完成了RISC-V的指令集開發。
雖然看似非常輕鬆，但其實是有前提的。RISC-V之所以是個V（Five），就是因為它之前已經有過I、II、III、IV。
負責帶隊研製這些RISC指令集的，不是別人，正是伯克利分校的David Patterson教授。往前翻翻這篇文章你就會發現，他就是RISC指令集的真正創始人。當年那篇正式提出精簡指令集設計思想的開創性論文——《精簡指令集計算機概述》，就是他和另一位名叫Ditzel的學者共同發表的。
正是因為有相關的技術沉澱，伯克利分校的團隊才能在短期內做出了RISC-V。
第一代RISC-I處理器，早在1981年就已經做出來了。
RISC-V指令集非常精簡和靈活。它的第一個版本只包含了不到50條指令，可以用於實現一個具備定點運算和特權模式等基本功能的處理器。如果用戶需要的話，也可以根據自己的需求自定義新指令。
高校畢竟是高校，功利心沒有那麼重。再加上研究團隊本身確實也沒錢沒人去維護它。所以，在做出RISC-V指令集之後，研究團隊決定，將它徹底開放，使用BSD License開源協議。
BSD（Berkeley Software Distribution）開源協議是一個自由度非常大的協議，幾乎可以說是「為所欲為」。它允許使用者修改和重新發布開源代碼，也允許基於開源代碼開發商業軟體發布和銷售。
這就意味著，任何人都可以基於RISC-V指令集進行晶元設計和開發，然後拿去賣錢，而不需要支付授權費用。
這就很嗨了，大批公司開始加入對RISC-V的研究和二次開發之中。
短短几年的時間裡，包括谷歌、華為、IBM、鎂光、英偉達、高通、三星、西部數據等商業公司，以及加州大學伯克利分校、麻省理工學院、普林斯頓大學、ETH Zurich、印度理工學院、洛倫茲國家實驗室、新加坡南洋理工大學以及中科院計算所等學術機構，都紛紛加入RISC-V基金會。
目前，RISC-V基金會共有包括18家白金會員在內的235家會員單位（數據截止2019年7月10日）。這些會員單位中包含了半導體設計製造公司、系統集成商、設備製造商、軍工企業、科研機構、高校等各式各樣的組織，足以說明RISC-V的影響力在不斷擴大。
正如前文所說，RISC-V對於我們國家的晶元事業有著非常重要的意義。
長期以來，我們國家的晶元研發都受制於人。如果國內企業或科研機構能夠利用開源的RISC-V做出基本自主知識產權的晶元，或者培養出相應的生態環境，將大大有利於中國半導體行業進行彎道超車。
因此，包括中科院計算所、華為公司、阿里巴巴集團等在內的20多個國內企事業單位，選擇加入了RISC-V基金會。阿里還是其中的白金會員。
2018年7月，上海經信委出台了國內首個支持RISC-V的政策。10月，中國RISC-V產業聯盟成立。產品方面，中天微和華米科技先後發布了基於RISC-V指令集的處理器。
我們的鄰居印度，對RISC-V的熱情更是高漲。在過去數年中，印度政府資助的處理器相關項目都開始向RISC-V靠攏。RISC-V已經成為了印度的國家指令集。
RISC-V的快速發展，給ARM這樣的企業帶來了很大的壓力。
ARM公司去年6月份就專門建了一個域名為http://riscv-basics.com的網站，裡面的內容主題為「設計系統晶元之前需要考慮的五件事」，從成本、生態系統、碎片化風險、安全性和設計保證上對RISC-V進行攻擊。
RISC-V這邊針鋒相對，建了一個域名為http://arm-basics.com的網站，以「設計系統晶元之前需要考慮的六件事」為題（在ARM列出的五項上，新增了社區支持），對 ARM 進行反擊。
幾天後，ARM的http://riscv-basics.com的網站悄然下線。
儘管RISC-V在這場短暫的「撕逼」中獲勝，但ARM提出的那五個方面的質疑，也不是完全沒有道理。尤其是碎片化問題，作為開源技術，RISC-V的確很難規避。
（碎片化：由於RISC-V允許用戶自己任意添加新的指令，但照此趨勢發展下去，可能以後很多晶元廠商開發出的RISC-V架構處理器儘管都歸屬於同一RISC-V體系，但在實際應用搭配時卻不能夠適配同樣版本的軟體。）
總而言之，RISC-V可以被看成是一個充滿生命力的年輕攪局者。寄希望於它能夠在短時間內和傳統巨頭抗衡，是不現實的。但是它舉起了打破壟斷的大旗，為沉悶的行業生態注入了新鮮的活力，值得我們為之叫好，也值得我們學習。
星星之火，可以燎原。或許這個攪局者，在將來真的能成為領導者，我們拭目以待吧。
更多精彩內容，歡迎掃碼關注我們公眾號：鮮棗課堂
【本文版權歸「鮮棗課堂」和小棗君所有，未經授權，請勿轉載】
推薦閱讀：
