RISC-V:不仅仅是一个核心

开源RISC-V指令集架构(ISA)吸引了整个半导体行业的大量关注，但其长期的成功将取决于半导体行业从未见过的合作水平。现在最大的问题是，业界对RISC-V的成功有多大的决心。

RISC-V带来的真正价值在于承诺建立一个生态系统，并为行业内的专家提供了共同致力于ISA未来的机会。这种生态系统可能还不存在，但它是未来的路线图——就像摩尔定律驱动了半个多世纪的制造技术的路线图确实存在。

然而，摩尔定律的路线图已经走到了尽头，这就是为什么在整个行业中出现了如此多的架构创新。在最近的热芯片30大会上，数十种新的芯片架构展示了多处理器、新的内存配置和不同的封装方法。正如惠普实验室的研究科学家r·斯坦利·威廉姆斯最近所观察到的那样，“摩尔定律的终结可能是自摩尔定律诞生以来计算机领域发生的最好的事情。面对一个时代的终结，应该会开启一个创造的新时代。”

RISC-V最大的好处之一是它的架构是开源的。微软可编程解决方案业务部门的产品架构和规划主管Ted Speers说:“有了RISC-V，硬件上发生的任何创新，通过协作，都将创造巨大的经济效益。Microsemi．“但谁会得到奖励，或者奖励是如何获得的，仍有待解决。”

图1所示。最近节点的设计成本。资料来源:亨德尔·琼斯，IBS

这不是为了更便宜。“许可费只是领先技术的一小部分SoCLinley Group首席分析师林利•格温纳普(Linley Gwennap)表示。“建筑和知识产权合格率占设计成本的15%以下。在这15%中，CPU成本只占很小一部分。为什么有人会为了节省100万美元而冒数亿美元的风险呢?”

Gwennap可以指出RISC-V在许多方面似乎不如当今的其他竞争架构。尽管如此，整个生态系统的公司都在采用核心，即使没有那么多的证据。

采用者着眼于长远的前景。RISC-V的联合创始人兼首席架构师Krste Asanovic说:“把RISC-V的实现和技术与你从其他供应商那里得到的进行点对点比较是一个很大的错误。SiFiveRISC-V基金会主席。“这不是人们涌向RISC-V的原因。他们能看到事物未来的发展方向。”

那么，为什么现在开始有尝鲜者加入呢?“你是在选择未来的自由，”Asanovic补充道。“早期采用者不希望以任何方式被锁定，他们准备忽视当前的状态。”

这一信息似乎引起了共鸣。“由于成本和复杂性的原因，定制硅在过去10年一直处于低迷状态，”该公司营销副总裁凯文·麦克德莫特说治之．“但是新的市场，比如人工智能而且物联网这些设备的需求更小，这意味着定制设备现在又回到了桌面上。”

正确的目标
尽管如此，RISC-V架构在开发生态系统时的目标有些有限。“最好的解决方案不是有大量的遗留应用程序需要向后兼容性和运行时一致性，”微软的CTO Martin Scott说Rambus．“你越接近边缘，或者你越想控制安全属性或一些特殊的加速功能，或者你第一次做一些新的或自主的小众应用，这才是真正有趣的地方。”

这不仅仅是一种产品的问题。Asanovic补充道:“人们希望在他们的产品中有一个标准的软件基础。“对于其他供应商，他们的核心可能在一个或几个领域很好，但你最终要为每个应用程序选择不同的核心。”

这是供应商们不喜欢的原因之一手臂，英特尔而且Synopsys对此(弧)和节奏(Tensilica)在过去表现得很好。他们提供许多必要的基础设施和生态系统支持，包括与所有主要铸造厂的深入工作关系和大量制造工艺的认证。

“另一种选择是从一个相当封闭的生态系统中取出一个非常大的架构许可证，”Scott指出。

Microsemi的Speers对此表示赞同。“许多拥有RISC-V的公司的起点是在大型soc中实现控制核心的小型实现。人们从小型实现开始，他们正在构建自己的生态系统，可以根据soc的不同方面进行定制。”

这与SiFive所看到的情况相关联。Asanovic说:“我们对时钟非常快的小内核和运行速度没有那么快的大内核有要求。”“这种灵活性是有需求的，没有一个供应商可以提供所有这些。但是没有人愿意仅仅为了在某些产品中拥有不同形状的核心而重建他们的软件堆栈。他们想要一个统一的软件故事，但要有各种各样的实现。”

商业模式
这意味着一种不同的商业模式。“旧的模式是，你选择一个核心供应商，然后你得到他们的ISA，”Asanovic说。“新的模式是，‘我选择RISC-V，然后我选择供应商。我可以为每个芯片，每个产品使用不同的供应商。我可以建立我自己的核心。我可以使用开源核心，也可以使用来自众多供应商之一的商业支持核心。’”

这提供了很大程度的设计灵活性，与最先进工艺节点上的设备扩展所施加的日益严格的设计规则形成鲜明对比。

Rambus的Scott说:“这是架构的灵活性和灵活性，在一些地方，你可能能够做一些你本来不会做的事情，或者以一种高度差异化的方式来做。”“这是一种从原子层面开始，并以正确的方式做事的能力，而不是别人为你决定的方式。”

这种程度的灵活性在过去是不存在的。“他们很聪明，因为他们使ISA开源，而不是微架构，”Speers断言。“之前的一个项目open core 32是欧洲一个充满活力的开源硬件团队。但是他们开放的是一个处理器的实现。使用RISC-V，开放的是指令集，你可以使用它来实现从最小的物联网设备到服务器级处理器的任何东西。RISC-V将会有开源IP。也会有一些商业IP可能拥有RISC-V的专有实现，但它们本身的商业模式将与过去的IP供应商不同。”

这就是RISC-V架构真正令人兴奋的地方。麦克德莫特说:“围绕RISC-V的一些活动正在给人一种独立的感觉。“我现在可以投资于我认为很棒的解决方案，通过合规和兼容性，我可以选择在其他地方重新使用这笔投资。”

合作
然而，这要求进行前所未有的合作。合作必须存在于行业内部，以及行业和学术界之间，这就是Asanovic作为教授的第三顶帽子加州大学伯克利分校．“RISC-V来自学术界，使用工业isa构建芯片一直是不可能的。它们太复杂了，而且受到知识产权的限制。你不能和别人分享你的工作。在学术界，你喜欢以别人的成果为基础。我们创建了RISC-V来支持我们想做的研究，然后它被工业采用。现在工业界发生的事情会反馈给学术界。现在软件已经移植，发行版已经可用，大学研究小组可以使用这个ISA，他们可以用商业支持的完整软件堆栈进行修改。在大学里形成了一个良性循环，应用于工业界，工业界发现问题后，就会把它们送回学术界去解决，然后它们就可以立即被重新利用。”

事实上，发现了一些问题。Speers说:“普林斯顿大学的研究人员做了一些工作，他们可以证明，虽然RISC-V内存一致性模型中没有错误，但堆栈中有一些缺失的部分可以添加进来，使其坚如磐石。”“因为有研究人员在研究RISC-V，而且因为它是完全开放的，所以它开发了一个非常健壮的内存一致性模型。所有人都将从中受益。”

这也使得大学毕业生与招聘公司更有关系。McDermott指出:“两组之间有更紧密的技术联系，学术界多年来一直在教授新架构等主题。”“学生可以提供最先进、相关且有用的东西。每个毕业生都想带着一些证书参加面试，以证明自己是一个有相关经验的有用雇员。人们的观点正在融合，这对我们的行业来说是件好事。”

这也促进了行业内的合作。斯科特说:“历史上的竞争对手比过去合作得更多。“在文化上，我很受鼓舞，因为它激发了我很久没有见过的合作和兴奋。这并不能保证好的结果。我们也看到学术界的人突然冒出来，因为它与那些对他们正在做的事情感兴趣的人建立了联系。这为弥合一些分歧创造了可能，特别是在安全领域。”

硬件加固
然而，许多人需要的不仅仅是ISA。麦克德莫特说:“一张白纸是一项艰巨的任务。“RISC-V的一个优点是，如果我可以给你90%的解决方案，你可以修改它，那么它就会流动起来，你不必重新发明轮子，因为你有基础设施和基础。但你可以在此基础上提供一些东西。”

尽管如此，还是要小心，不要让核心变大，增加额外的负担。“有一个非常简单的核心，它将永远存在，并将成为人们可以建立的稳定基础。而且他们可以依靠在未来很长一段时间内可用的工具，”Asanovic解释道。“它是模块化的，所以你只包括你需要的模块。但它的设计在很多方面都是可扩展的，有基金会支持的标准扩展，以及项目可以添加的自定义扩展。”

扩展的数量将随着时间的推移而增长。“RISC-V的成功鼓励了硬件项目中更多的开源合作，”微软首席软件开发人员Allen Baker说有限元分析软件．来自Bluespec的短笛核心已经向公众发布。西部数据已经承诺支持开源社区。除了标准的cpu和soc之外，矢量指令扩展正在刺激gpu、神经网络和其他多核架构的发展。该标准的开放性和可扩展性使其能够扩展到几乎任何应用程序。基本上，任何可编程组件都可以采用RISC-V来利用不断增长的软件工具集。”

为某些市场准备一个核心需要付出很多努力。“要让RISC-V作为一种架构在汽车等领域取得成功，RISC-V必须在商业上取得成功，而不仅仅是一个让人感觉良好的故事，”RISC-V的营销副总裁克里斯·琼斯说Codasip．”ISO 26262对于知识产权供应商来说，这是一个昂贵的提议，需要投入大量的财务和人力资本。只有成功的IP提供商才能进行这样的投资。”

软件生态系统
长期的成功将依赖于强大的软件生态系统。该公司营销总监尼尔•汉德(Neil Hand)表示:“虽然Arm的生态系统还不像Arm那样完善，但它可能已经超过了其他第三方处理器ip。Mentor是西门子旗下的企业．“这是因为包括知名IP供应商在内的许多公司都采用了该标准，并正在转向该平台。”

此举有良好的经济基础。琼斯补充说:“对大多数人来说，维护处理器和工具链的成本已经变得令人望而却步，因此是一个有吸引力的外包候选人。”“然而，外包给传统的传统处理器供应商也是一个昂贵的提议。这些经济因素推动了RISC-V的崛起，也推动了那些提供支持和维护处理器架构工具的公司取得成功。”

讨论即将上线的支持将花费一整篇文章。Speers说:“很多大的区块做得相当不错。”“Linux已经升级了。还有两件事需要做。一个是LLVM编译器，第二个是Java虚拟机。我们在操作系统方面取得了很好的进展，包括RTOS支持。调试生态系统运行良好。IP生态系统的卖家包括这样的公司UltraSoC该公司拥有调试/跟踪功能，他们正在发展合作伙伴关系。它很丰满。”

EDA行业也开始做出回应。“我预计RISC-V生态系统将扩展到IP之外，”ibm的技术营销顾问汤姆•安德森(Tom Anderson)表示OneSpin解决方案．“众多的实现为EDA供应商提供了机会和用户。这是一个全新的ISA，因此人们已经对根据ISA正式验证实现产生了相当大的兴趣。我希望EDA供应商提供验证IP (VIP)和正式的应用程序来帮助他们的用户验证他们的RISC-V设计。”

“从学术研究到商业应用的转变需要一个飞跃，就像一个新产品跨越鸿沟一样，”微软首席营销官戴夫•凯尔夫指出断路器验证系统．“这些要素是必需的，比如广泛的合规能力和商业级工具，这些都即将到来。商业公司推动一个强大的生态系统，这反过来又说服其他公司启动项目，这需要一个良性循环。”

结论
摩尔定律越来越无关紧要，正在影响半导体行业的许多方面。RISC-V表明了该行业在多大程度上愿意寻找替代方案。正如大多数业内人士所证明的那样，这显然不是常态。

虽然现在宣布RISC-V取得成功可能还为时过早，但它正走在通往成功的坚实道路上，势头正在积聚。引用丘吉尔的话:“这还不是结束。这甚至不是终结的开始。但这也许只是开始的结束。”

未来两年将是激动人心的。Jones预测:“2019年，你将看到许多备受瞩目的RISC-V设计在以前由遗留架构主导的应用领域获胜。”

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