为什么RISC-V会成功

RISC-V处理器架构的引入令人兴奋，这是毫无争议的。然而，尽管许多人将其称为更广泛的开源硬件运动的先兆，但其成功背后的原因并不明显，对更多开源内核的扩展的影响也远不确定。

RISC-V国际公司技术项目主管Stephano Cetola说:“采用RISC-V作为许多硅开发人员的首选架构，在硬件开发社区掀起了一股创新浪潮。”“设计师们现在正在把他们基于risc - v的设计转向各种行业的实际实现。”

这并不是处理器实现的第一次指令集体系结构(ISA)，已经进入了公共领域。业界到处都是，包括OpenPOWER、OpenSPARC、OpenRISC等等。虽然每个都获得了一定程度的吸引力，但与RISC-V在非常短的时间内取得的成功相比，它们都相形见绌。

当和人们交谈时RISC-V社会，有两个词经常被人重复——自由和自由。有些人希望内核是免费的，而另一些人则希望可以自由地使用内核。对于这些人来说，免费几乎是无关紧要的，因为他们会花很多钱来得到他们想要的东西。

变化的市场
RISC-V的崛起与该行业的其他一些事件同时发生。首先是减速摩尔定律，这意味着总处理能力的增加不再伴随着每个新的制造节点。二是在机器学习，要求大幅提高处理能力。所以这只是时间地点的问题吗?

人们对处理器的看法已经发生了变化。“硬件设计过程社区对自由的需求推动了RISC-V的发展，”公司创始人兼首席执行官西蒙·大卫曼说治之软件。“电子产品是由它们的功能来定义的，其中很多是由运行在处理器上的软件来定义的。今天，一切都需要某种形式的机器学习。不管我们谈论的是你的手机，拍出更好的照片，无论是什么，都需要大量的计算。人们意识到他们需要大量的处理器。他们需要自己的处理器结构。您需要按照您想要的方式配置它们。现成的技术帮不了你。因此，电子产品市场出现了一种变化，人们认为，‘我们需要构建芯片的自由，以及构建这些芯片中的处理器和处理器结构的自由。’”

其他人也同意。英特尔高级营销总监Roddy Urquhart表示:“随着半导体扩展失败，提供计算性能提升的唯一途径是专业化。Codasip。“开放式RISC-V ISA是模块化的，支持自定义指令，使其成为创建各种专用处理器和加速器的理想ISA。”

所有这些都需要放在新一代系统公司进入市场的背景下看待，每个公司都有独特的经济理由。但这些系统公司有一个共同点，那就是他们都不打算出售自己开发的芯片。相反，他们出售的服务在某种程度上是由这些产品推动的。市场上没有合适的产品可供他们购买，因此他们准备自己开发芯片，同时通过贡献和合作推动一些必要的创新。在这种情况下，RISC-V将扮演重要的角色。

是什么让RISC-V与众不同
RISC-V在多个领域都取得了突破，而每个领域取得成功的原因各不相同。为了理解这一点，有必要将RISC-V成功的各个方面分开来看。首先是架构本身。其次，该体系结构的大量开源实现正在变得可用。第三个领域是围绕处理器核心的支持内核。最后，还有必要的工具来帮助实现和验证RISC-V处理器。

它最初是为满足特定需求而创建的。Imperas的大卫曼说:“它现在有大量的资源支持。“最初，它来自大学，学者，大学里的聪明人，建立一个好东西。它诞生于位于硅谷中心的伯克利分校，从人们和前伯克利毕业生那里获得了一些动力。Momentum所构建的远不止OpenRISC。大学需要它，他们推动了它。”

RISC-V现在是一个开放标准ISA，由加州大学伯克利分校推出，由一个行业非营利组织RISC-V国际负责。许多大学都创建了开放式核，比如伯克利的火箭核，苏黎世联邦理工学院的纸浆平台，以及许多其他大学。今天，有许多行业协作小组，将工业界和学术界聚集在一起，构建开源核心，并将它们提供给广大社区。例如CHIPS联盟和OpenHW集团。

许多国家已经提出了满足当地需求的倡议。印度也有Shakti项目，由印度理工学院马德拉斯分校推出。在以色列，GenPro联盟将工业界和学术界结合在一起。日本和中国也有类似的项目，他们正在构建开源的RISC-V内核，以便让他们的社区和他们的特定兴趣可以使用这些内核。

RISC-V是第一个开放和可定制的ISA。“目前，与RISC-V相关的主要工业兴趣不是开源实现，而是开源指令集，”微软高级系统集成小组负责人兼高效电子部门负责人安迪·海尼格(Andy Heinig)说弗劳恩霍夫IIS的自适应系统工程部。“通过这种方式，环境是标准化的，但实际实施是公司特有的和公司所有的。我们在芯片到芯片接口领域看到了类似的活动，不同的标准正在准备和讨论中。在这里，这些标准也允许来自不同供应商的芯片之间的互操作性。RISC-V允许软件方面的互操作性。”

修改的能力很重要。“开源ISA的出现，如RISC-V，支持自定义扩展，为处理器设计师提供了难以置信的自由，”公司首席执行官兼联合创始人Shubhodeep Roy Choudhury说Valtrix系统。“与此同时，它提出了一个非常有趣的验证挑战。要确保所有的设计都是兼容的，并且在功能上是正确的，就需要改变测试生成器的设计方式。它们需要高度可配置，以允许验证自定义功能以及遗留/基线功能。”

从开放ISA到开源处理器是一个巨大的飞跃。“开源IP的概念非常诱人，因为它让人联想到免费IP的概念，”Andy Jaros说，该公司IP销售和营销副总裁Flex Logix。然而，开源并不是免费的。大多数公司，除非他们想在IP开发上投入大量资源，否则都会从无数的IP提供商(如Open5、Andes等)那里获得预实现的RISC-V内核的许可。这节省了开发时间、验证、软件开发等，以及保证和赔偿。”

让多家公司开发相互竞争的核心可以促进实现中的创新。“RISC-V的真正价值在于它为Arm提供了竞争，而不是因为它是开源的，”Jaros补充道。“有多个RISC-V核心提供商为市场提供了选择，促进了竞争。而在Arm上，你只能从Arm那里获得Arm内核。”

另一个驱动因素是快速增长的核心数量，这使得基于实例支付版税变得不那么可取。“人们希望他们的设计中都有处理器，”大卫曼说。“他们想要很多小型处理器，而现有的许可条款相当困难。当然，它很昂贵，但更重要的是，它在改变它的自由方面受到了限制。我不认为RISC-V的成功是因为它便宜或成本更低。如果你只是想做和Arm内核一样的事情，你绝对应该买一个Arm内核，因为它经过了很好的验证。设计得很好。这正是你想要的。使用RISC-V的唯一原因是你想要自由地修改它，并在其中添加自己的东西。”

即使有了这一切，如果没有围绕它的生态系统的发展，RISC-V可能已经成功了。RISC-V国际公司的Cetola说:“开源社区开发了关键工具，这些工具对使基于RISC-V的处理器无处不在至关重要，比如芯片技术流程设计套件、设计验证套件、实现工具等等。”“这也使VLSI设计的民主化成为可能，开发了更高级别的设计描述语言，以及先进的开源自动化工具来加速设计的发展，使RISC-V的功能更进一步。有了设计工具和工具链，RISC-V很快就会变得无处不在。”

OpenHW集团是使这成为可能的行业合作之一。它正在开发处理器核心和周围的IP来支持核心。此外，该公司还推出了一整套用于设计和验证这些核心的工具。大卫曼说:“他们做事的方式是不同的。”一种是他们给你来源，这样你就可以改变它。更重要的是，它们还为您提供了一个验证环境，这样如果您进行了更改，您就知道它仍然有效。如果有人把一个核心扔给你，而你改变了一些代码，你就有可能破坏了一些东西。您需要一个复杂的验证环境来知道您没有破坏它。这就是OpenHW在开源硬件领域的不同之处，因为他们提供了完整的验证环境。如果您添加了一条新指令，您就知道您没有破坏其余的指令。 I don’t think people will just take an OpenHW core and use it. That doesn’t make much sense. You could do that if you want to save money. But what it allows you to do is to take it and extend it, and it’s an extremely good base to start from. That’s the key. You you’re not starting from scratch.”

扩大范围
这种开源的势头能扩展到处理器核心之外吗?处理器是一个完整SoC的一小部分。它还需要内存控制器和内存接口、USB、PCI等等。这些核心与产品没有区别，许多人也希望这些核心是开源的。

问题是这些核心非常复杂，它们包含模拟块，这些模拟块往往是为每种代工和工艺技术定制设计和实现的。虽然控制器可以以开放源代码的方式构建，但有人认为，没有将数字和模拟部分紧密集成会导致劣质产品。

LowRISC是一个在英国成立的组织，它最初想要建立一个相当于树莓派的开源系统。今天，它在一个完全协作的框架中开发硬件和软件。这包括RISC-V内核，以及支持它的软件编译基础设施。

最近，谷歌创建了信任硅根的规范和IP。它将这项工作开源，并委托lowRISC进行管理。这里的部分重点是公开和透明最终会提高安全性和可信度，而不是修改规范的能力。

结论
RISC-V促进了创新。虽然免费对于部分行业来说很重要，但真正的关键是自由。这种自由将志同道合的人、公司和组织聚集在一起，共同开辟新天地。它带来深度扩张的可能性大于广度扩张。虽然额外的硬件块可能是开源的，但最重要的收获可能是能够快速获取处理器的开放规范并实现它。

当工程师们停止开发自己的定制处理器时，以处理器开发和验证为目标的工具就消失了，因为在20世纪80年代，它们几乎没有区别。现在处理器再次变得高度差异化，业界正在合作开发必要的工具。一个尚未回答的问题是，他们是否能够比EDA行业提供的更快地创建开源工具。

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