关于RISC-V发展现状与应用分析和介绍

RISC-V相关的技术，RISC-V我相信应该算是一个比较新的话题，在我开始讲这个话题之前，我想做一个现场的调查，听说过RISC-V这个技术的请举手，基本上跟我的预期差不多，听说过RISC-V这个技术的还是寥寥无几。所以我觉得今天这个讲座很有意义，可以让更多的人了解到RISC-V这个技术。

在我具体展开讲解RISC-V技术之前，我们先看一看RISC-V全球范围内的热度，在何老师的讲座中也提到RISC-V，大家可能在脑海中发起一个问号，到底什么是RISC-V。我们先看RISC-V在全球范围内的热度表现。前不久计算机体系结构泰斗Hennessy和Patterson获得了2017年图灵奖，并且这两个人纷纷进驻到谷歌担任首席科学家，在计算机体系结构方面产生了很大的影响力。

这两个泰斗，这两个大师代表一种什么趋势呢？首先这两个大师编排了很多的经典英文教材，譬如说《计算机组成与设计》、《计算机体系结构量化研究方法》，这些都是他们俩合作的，他们俩本身也是RISC-V技术架构的发起人和推动者，他们多次在公开场合介绍RISC-V技术。这两位泰斗获得了图灵奖，以及进驻谷歌，也代表了一种迹象。他们编排的教材目前都改编了基于RISC-V的最新版本，也就是说在全球范围，尤其是以美国微首，目前在大学范围内所有的计算机结构，电子工程系的教材，在进行计算机相关的相关方面都采用RISC-V作为教材，现在的边缘计算，以及IoT领域一些新的论文或研究也基本上是在用RISC-V作为指令集。

在全球范围被很多国家采纳为国家的标准指令集，比如说印度已经明确了将RISC-V定义成国家标准的指令集，以色列、美国等都有相应的一些国家计划。在产业界也引起了广泛的关注，三星、NVDIA都明确的表示它们会使用RISC-V用到产品当中。以RISC-V技术的相关新创公司相继获得巨额融资，譬如说美国Sifive获得5千多万的C轮融资。所以说，RISC-V在全球范围内可能比在中国掀起了很大的热度。

在座90%的人都没有听说过RISC-V，大家可能很好奇这是一个什么东西，为什么现在在全球范围内掀起这么大的热度？我们现在开始正式的进入今天的讲座，介绍一下RISC-V的前世今生，以及现在的发展状况。

首先做一个简单的自我介绍，本人是上海交通大学电子工程系微电子毕业，在业界基本上是从事CPU相关的研发，做过处理器的设计工程师。目前在国内最早研发RISC-V相关的处理器核，并且将基本的一个处理器开源了。出版了即将上市的中文《教你设计CPU—RISC-V处理器》书。

现在开始真正介绍RISC-V，RISC-V的诞生，它为什么诞生？它是什么样的东西。2010年发源于伯克利大学，图灵奖获得者是伯克利大学的院长，他推动伯克利大学发行全新的RISC-V架构。在2016年的时候RISC-V技术成立了基金会，创始会员包括有谷歌、西部数据等大公司，目前中国的会员有***晶芯、华为、联发科、杭州中天等。

为了让大家更详细的理解什么是RISC-V，以及它诞生的意义。先科普一个很简单的概念，可能很多人都知道。处理器指令集架构的一个概念，因为我们刚刚说了RISC-V是一种全新的指令集架构，什么是一种指令集架构呢？指令集架构简称为ISA，指令集架构，有时简称为“架构”或称之为“处理器架构”，是处理器的灵魂。指令集架构不仅仅是一组指令的集合，它还要定义任何软件程序员需要了解的硬件信息，包括支持的数据类型、存储器和寄存器状态、寻址模式与存储器模型等等。下面是硬件，上层有各种丰富的应用，在硬件和软件的抽象层便是指令集架构。所以说指令集架构可以理解为一个抽象层，构成处理器底层硬件与运行于其上的软件之间的桥梁与接口，也是现代计算机处理器最重要的一个抽象层。所以说，一个指令集架构决定了一个处理器的灵魂，也就决定了处理器的流派。

现在看看有哪些指令集架构，譬如说整个处理器的领域之分，以及在每个领域的主流架构。在服务器方面，以英特尔公司为代表的X86架构的高性能CPU占垄断地位。在手机和手持设备基本上是以ARM公司为代表的，在嵌入式设备也是ARM，它在这一块也是非常强势的存在，也有其他公司是不错的。在日常生活中，见到最多的是ARM，因为ARM公司主打的是IP授权为主的生态，整个生态圈是非常庞大的，基本上所有的公司都是采用ARM的架构。

在RISC-V诞生之前，我们看到一个非常明显的趋势，ARM这个架构基本上要统一整个处理器，ARM基本上要一统天下，ARM也在侵蚀英特尔的服务器桌面，我们知道现在苹果、高通推出桌面PC，也支持ARM架构，基本上的趋势是ARM要统一这个世界了。国内的处理器架构的现状，最强大的也是ARM，飞腾、展讯、华为都在用ARM。

我们刚刚已经理解了处理器架构的意义，ARM的架构基本上是要统一全世界的处理器架构的趋势，在这种背景之下RISC-V诞生了，就好象天下分久必合，合久必分。市面上大部分的架构都消亡了，到了ARM架构为主的主流架构，在架构垄断的情况下，硅谷2010年基金会成立，终于诞生了一个全新的指令集RISC-V，这个指令集的诞生是一个颠覆性的诞生，这个架构的目标和以往看到的商业架构都不一样，希望能够产品一个完全开放的指令架构，可以为任何组织机构和商业组织所使用。如果我们要设计一个ARM的数据或使用ARM的架构是要向ARM付费的，并且这是不少的一笔费用。RISC-V是作为一个开放的架构，基金会只是负责维护，本身任何人都是免费使用RISC-V。成为一种真正适合硬件实现且稳定的标准指令集架构。由于它的颠覆性，2015年被美国一个机构评为最佳技术。

RISC-V架构技术上的特点可以总归为三点，模块化、极简、可扩展。模块化，这个架构是模块化的指令集，再配合一些扩展的指令集来组成，面对不同的应用，可以通过组合它的不同模块满足你的不同应用，譬如说嵌入式领域的应用，可能跟服务器上的应用很不一样，可以调整不同的模块化，能够满足特定的应用。

极简，可以体现在这几个方面，因为我们看到一些传统的ARM架构，篇幅有数千页，RISC-V架构只有小于三百页，指令数目，ARM是指令数繁多，不同的架构分支彼此不兼容。RISC-V一套指令集支持所有架构，基本指令集仅40余条指令，以此为共有基础，加上其他长用模块指令集总数也仅几十条。易实现性，硬件实现的复杂性度高。RISC-V是硬件设计与编译器实现非常简单。

可扩展，这也是它最大的一个特点，因为传统的ARM指令是不允许做指令集的扩展，RISC-V有一套很方便的方法，方便你做一些扩展的方向。再回顾一下刚才所说的RISC-V在技术上的三个特点，第一，它是模块化；第二是极简；第三是可扩展。

再看它的发展现状，首先最大的一点它是通用、开放和免费的，跟以往而言相比很不一样。引起业界的关注，很多大公司都纷纷的为它站台，并且纷纷的把它应用到自己的芯片产品当中，或者是其他的研究当中。RISC-V基金会，每年都举办大概2-3长的行业Workshop，在行业内的公司进行交流，在中国举办了一次，每次都会有一个大公司或知名的大学为它主办主场。

最经典的教材都改编了RISC-V的版本，尤其是以美国为主的大学，看美国现在的教材，全部都以RISC-V作为教材，并被纳入国家标准指令集。RISC-V很有可能能够成为真正实现国产自主的指令集架构，国产创新领域用各种各样国外授权的指令集架构，先后投入大概十几年的发展，这些国外的指令集架构，从本质上来讲是授权，一方面是要给国外的商业公司付费，另一方面来讲，它们可以停止授权。如果我们国家自己定义一套自己的指令集架构，本身又没有太大的意义，因为处理器架构必须要是一个全球范围内的普世通用的，才能获得全球范围内的通用生态的支持。

所以，在以前的背景下，国产自主可控与普世通用生态存在天然的矛盾，现在有了RISC-V，其实能够很好的解决这个问题。首先，因为它是一个开放的基金会组织定义标准，它也是免费的，并不会掌握在任何一个国外商用公司的手上。基金会组织，中国的公司和个人都可以加入成为会员，所以是不存在被国外公司所控制的问题，国产自主可控能够实现。另外，在全世界范围内迅速的发展，产生全新的生态，普世通用的生态也是完全没有问题。结合这两点，我们来看，只有RISC-V这个架构才能真正实现国产自主的指令集架构。

由于它的特点，在国内RISC-V非常活跃，尤其是在芯片和嵌入式领域的从业者非常关注RISC-V，现在国内有两个微信群是爆满的，这个群也是有一些热心的参与者来组织的，在群里面大家每两个星期会发一个周报，这些都是自发性的，会总结全球范围内RISC-V的发展现状，以及中国国内的发展现状。现在有大量的参与者，如果大家也关注一些相关的行业报道，基本上到2018年的时候已经频频的看到这些报道，发表撰文介绍RISC-V。中文第一本RISC-V处理器教材马上要出版了，这是我写的。

RISC-V版本盘点，RISC-V是新的指令集架构，它只是一个指令集架构，它并不是一个处理器的CPU版本，它指定一个标准，按照这个标准可以做你自己的创新，可以做很低功耗的处理器，或者是很高性能的处理器，只要符合RISC-V的架构，都可以称之为RISC-V处理器。英特尔可能出了不同的芯片，实现上是不一样的，但都是符合这个架构的。

RISC-V是开放的指令集架构，每个人、每个公司都可以做，在过去全世界范围内冒出几十个不同的版本，很多版本是开元版本，也就是说免费版本，可以直接下载下来免费使用。有一些商业IT公司推出商用的版本，基本上都是以国外的为主。中国大陆到目前为止，据我了解只有蜂鸟E200 Core是开源的，列举了目前非常主流的版本。参与者其实来自全世界范围，在短短两年之内冒出这么多版本，接下来会冒出更多的版本，是无法想象的。

RISC-V既然发展的这么热，当然时间还很短，2016年才成立，2017年国内基本上很少有人知道RISC-V，即便到现在为止也是专业的圈子有部分人知道，它发展的时间很短，虽然在国外很火，在国内相对而言没有那么火，它到底在哪些地方产生了应用呢？这边做了一个简单的总结。

很多大公司都在为RISC-V站台，列出几个非常有代表性的大公司，西部数据，公开宣传将替换其所有产品的处理器为RISC-V。NVDIA明确的说用RISC-V作为GPU内部控制内核；三星的芯片用RISC-V内微控制器内核；Ceva、谷歌、微软，（PPT），以上表格仅列出明确发布了新闻稿的知名大公司，行业内已经大范围内使用RISC-V充当嵌入式控制内核。除了明确表态的公司，在一些业界大公司已经非常普遍的使用RISC-V做处理器内核。

围绕着RISC-V的商用技术，在全球范围内也涌现出很多专门的商业公司，主要是以美国为主，这个是发生在硅谷，美国对新事物接受速度相对快一些，有很多公司用它做一些特定芯片的公司，在欧洲也有一些公司，包括在俄罗斯，中国***都，***Andes也是用RISC-V来做自己的芯片产品。中国大陆目前没有。以上只是列举了一些比较知名的公司，还有很多公司都在用做自己的芯片产品。

RISC-V的行业应用，美国SiFive支持Linux处理器核是用RISC-V做的，Green WavesIoT低功耗边缘应用处理器，也是采用RISC-V来做的。说到行业应用不能绕开ARM，RISC-V作为一个全新的免费新的架构，自然就要处理和ARM的关系，这是我个人的观点，ARM在既有的垄断领域会继续保持强势，比如说手机，这里面会应用到ARM处理器，绑定了安桌的生态系统，永远都不可能会替代掉。在一些新兴的领域，比如说IoT、AI、边缘计算、数据中心，RISC-V与ARM应该是会产生共赢互补的关系，共同的推动这个产业爆发。

最后我们谈一谈RISC-V基于IoT的意义，今天的展会主要讨论嵌入式IoT，我们看RISC-V这个技术对IoT能够带来什么样的变化或什么样的意义。现在IoT的现状趋势刚刚何老师讲过，IoT的数量会越来越多，IoT的趋势和要求，对于处理器的要求，首先是持续的碎片化，碎片化是IoT的最大特点，IoT的应用场景太多了，不同的应用场景有完全不同的要求，所以它是一个碎片化的生态。在碎片化的生态里面，如何能够快速的定制出有个性差异化的芯片产品，未来非常重要。

其他的三点（PPT），面对这个趋势同样有一些要求，刚刚何老师已经说过了，不再强调了，低功耗低成本；安全性；增强计算，这些也是新的要求。

讲到现状背景，我们看看目前RISC-V能够带来新的机遇，现在碎片化的IoT为技术上所代表的挑战是什么？现在IoT和边缘计算领域，由于它的碎片化特点，其实存在着越来越以应用为中心，不像以前以芯片为中心。现在IoT和边缘计算是碎片化，以应用为中心的场景，以应用公司和模组公司为中心的趋势，而替代了传统的以芯片公司为中心的模式。传统以芯片公司为中心的模式难以满足现在的趋势。ARM的发布周期长，售价昂贵，用同样的IoT，会面临同质化竞争的问题，由于价格昂贵，使得创新的门槛非常高昂，基本上很大的公司和有技术能力的公司才能最早买到IP，难以快速响应碎片化的IoT和边缘计算能力的需求。

RISC-V的优点，RISC-V是一个全世界通用的标准处理机构，生态优势长期向好，现在很多人不知道RISC-V，就不知道生态好，是长期来看RISC-V的生态是长期向好的，现在大学基本上是以RISC-V开始授课，以后工程和计算机系毕业的学生，把时间放在5-10年的情况来看，对RISC-V的掌握情况来看，会成为基本的技能。

第二是它的架构开放免费的，消除了处理器架构的专利壁垒，降低了创新的门槛，只要有技术能力的公司和技术能力的个人，就可以使用这个架构来开发一些有意思的产品和有意思的处理器。

第三，具备低成本的优势，降低了创新的代价。

第四，我们刚刚说的，它是可定制可扩展，能够快速响应“碎片化和越来越以应用为中心”的IoT和边缘计算领域的新需求。

机遇上述原因，越来越多国外新创公司正在使用RISC-V设计处理器内核，试图进入各个细分领域。刚才说的欧洲的GreenWaves，美国的Ours，越来越多的国内公司在使用RISC-V内核用于芯片产品。

RISC-V对IoT带来的意义，在边缘端和IoT端，对于传统的通用生态的依赖并没有那么强，更加的看中其他方面的要求。所以，RISC-V很好的能满足这一点。总而言之，RISC-V能够降低创新的代价，促进IoT和边缘计算的爆发。

最后花一点时间快速的给大家看一看蜂鸟E200处理器的近况，是中国第一款基于RISC-V的处理器内核，这款处理器对标现在用的最多的ARM Cortex M0+的内核，所以是2级的内存处理器，是世界上最小的内核之一，是一个开放的架构，全国自主的，这个是我设计的，安全可控，无须向国外公司支付版税和授权。应用范围，Cortex M0的应用范围就是它的应用范围，M0+最小的内核到M7等等。蜂鸟E200已经开源了，我们可以看到蜂鸟E203跟Cortex MO+的对比（PPT），蜂鸟E200是一个完整的系列，还有E205、E205f，不同之触有的是指出单机的，有的是支持双机的，不仅仅是免费的问题，特性是上具有差异化的IP，能够很好的替代不同级别的Cortex M的内核用在不同芯片产品上。目前开发版和window的开发环境已经完备了，基于window开发环境可以直接开发、下载调试，已经具备了实际的使用性，蜂鸟E200开源在专业圈子已经形成了相当的影响力了，有一个专门的微信群。