软件开发者的“瑞士军刀”——PicoRio

今年 7 月，由图灵奖得主大卫 · 帕特森（David A. Patterson）领衔的 RISC-V 国际开源实验室（RISC-V International Open Source Lab，以下简称：RIOS）宣布将推出一款基于 RISC-V 的微型电脑——PicoRio。

RISC-V 是国际流行的开源（仅 ISA）指令集标准，任何人都可以免费使用，并自由将它用于芯片设计、制造和销售。RISC-V 近两年高速发展，它不仅被众多国人寄予厚望能帮助我们走出缺 “芯” 的困局，还容纳了不少跨国公司的避险需求。

DeepTech 联系到了帕特森教授的学生、RIOS 执行主任谭章熹博士，听他详细介绍了 PicoRio、RIOS，以及 RISC-V 的发展现状。

为软件开发者准备的“瑞士军刀”——PicoRio

RIOS 实验室于去年 11 月在深圳正式挂牌成立。它隶属于清华 - 伯克利深圳研究院（TBSI），是一个致力于推动 RISC-V 生态构建的非营利性组织，PicoRio 将是他们向外界推广的第一款开源硬件。

当前，由于 RISC-V 的硬件稀缺，导致攒一台可用的机器大概需要 1000 美元左右，这个数字同一台苹果 MacBook Air 价格相当，加之 RISC-V 软件生态的相对匮乏，很难想象开发者有足够的动力尝试。

本次 RIOS 推出 PicoRio 目的旨在改变这种尴尬的现状，通过开源、廉价但功能完备的硬件来吸引开发者，共同构建并完善 RISC-V 生态和提高其影响力。据谭章熹透露，PicoRio 将同树莓派（Raspberry Pi）的价位保持一致，100 美元是它的价格上限。

树莓派是基于 Linux 的单片机电脑，由英国树莓派基金会开发，目的是以低价硬件及自由软件促进学校的基本计算机科学教育。自 2012 年推出以来，累计售出超过 3000 万台，惠及众多学生与开发者。

RIOS 认为这样的策略值得学习。谭章熹相信，这是一项全新的事业，中国人有望引领并深刻改变整个计算机产业。

目前，PicoRio 的消息已经吸引了一些公司或组织。树莓派、BeagleBoard、Imagination Technologies、某高通骁龙芯片系统方案商等，甚至还包括了粤港澳大湾区和台湾的十所高等院校。

据悉，PicoRio 的软硬件开发计划大概分成三步。

PicoRio 1.0将是一个缺少 GPU 模块的 “命令行” 版本。

它搭载一个基于 RISC-V 指令标准的异构众核处理器（Pygmy SoC），这是一款支持运行 64 位 Linux 四核 RV64GC 的处理器，使用台积电 28nm 制程工艺制造，主频预计 500 MHz 以上。

图 | PicoRio Pygmy RISC-V SoC

PicoRio 1.0 将支持以命令行方式启动 Chromium OS 内核，支持 Chrome V8 Javascript 引擎，Alpha 版本将于 2020 年内发布。

PicoRio 2.0除了在硬件方面持续改进之外，也将通过与 Imagination 的合作，集成 PowerVR GPU，届时 PicoRio 将成为一个完整意义的“电脑”，达到树莓派 3 或 4 的水平。

PicoRio 3.0将是一个硬件全面增强的版本，尤其是 CPU、GPU 方面，可以达到运行完整 Chromium OS 的水平。

图 | PicoRio 1.0 芯片封装 FCCSP 谍照

截至目前，PicoRio 上已经可以运行 Gentoo 和 Red Hat 旗下的 Fedora 等 Linux 发行版本。2020 年 1 月，RIOS 便开始了对 CROS 跨系统工具链的开发及 Chromium OS 内核和 Chrome V8 JS 引擎的移植工作，到 7 月底以上工作已基本完成。

未来，PicoRio 除了可以运行基于本身硬件的 Liunx 系统之外，还将大力发展类似 Chromium OS 的 “云电脑” 模式，考虑到其不足 100 美元的低廉价格，一旦能够真正满足日常的学习、办公需求，应用场景将超过树莓派，变得异常广阔。

需要说明的是，Chromebook（搭载了 Chromium OS 的笔记本电脑）在国内可能名不见经传，但它在美国早已广泛落地应用。据咨询公司 Futuresource 的数据，2019 年 Google 占领了美国 60％ 的教育计算机市场。

谭章熹这样描述 PicoRio 与树莓派的异同。

他说，PicoRio 项目确实受了树莓派的启发，并同样瞄准了教育、机器人等领域市场。但最大的不同是， PicoRio 将尽量多地开源相关组件，包括但不限于 CPU 和 主要 SoC 设计、芯片封装和电路板设计文件、设备驱动程序以及固件等等。

未来 PicoRio 暂不准备朝着打造单一超高性能的 PC 方向发展，更多地是倾向于完善缓存控制器、互连等重要的周边软硬件生态。

RIOS 希望 PicoRio 能将 RISC-V 的生态带入到一个正向的循环，随着开发者和软件生态的完善，新晋开发者的学习和迁移成本将快速降低。

垄断 VS 开源，被寄予厚望的 RISC-V

提及 RISC-V，大卫 · 帕特森教授的名字是无法绕过的。他是名副其实的 RISC-V 之父，自 1980 年便在伯克利大学开始了 RISC 的相关工作，直至今日。

同时他也是图灵奖和冯诺依曼奖得主，外界普遍认为是他创造了 RISC（Reduced instruction set computer，精简指令集）这个术语。

谭章熹自 2005 年便开始追随帕特森教授，是他唯一的做系统结构研究的中国学生，在 RISC-V 这个领域，他在客观上实现了 “最早” 二字。谭章熹笑着说，“现在我同帕特森教授接触的时间甚至超过了学生时期。”

RIOS 由帕特森教授牵头创立，在权威性方面自然不容置疑。并且因此，RIOS 具备了比目前国内的其他任何 RISC-V 组织都要领先的国际化方面优势，这也是中国未来能在 RISC-V 的国际舞台发挥影响力的先决条件之一。

目前，仍然活跃在商业领域的指令集分成两大类：以 ARM、RISC-V 及 MIPS 为代表的精简指令集（RISC）和以 X86 为代表的复杂指令集（CISC）。这里的精简和复杂可以简单理解为所包含指令数目的多少。

X86架构由大名鼎鼎的 Intel 首创，且除 AMD 之外基本不再对外授权。目前，在 PC 和服务器两大市场，X86 芯片处于绝对的霸主地位，客观上形成了 Intel 与 AMD 共同的垄断。

ARM则选择了付费授权的模式。由于其在功耗方面的优势，几乎所有的智能手机（苹果、安卓）、平板、便携智能设备，都使用了 ARM 架构。

MIPS同 ARM 的商业模式类似，但遗憾的是它在商业上是失败者。该公司几经转手，技术人员离职，产品停止维护，母公司 Wave Computing 濒临破产。目前 MIPS 甚至加入了 RISC-V 基金会，成为了战略成员之一。

值得注意的是，今年 8 月，MIPS 重要客户龙芯中科的董事长胡伟武，在一次学术报告中称将推出基于 MIPS 的自主兼容 LoongArch 指令集，这无疑让 MIPS 的处境雪上加霜。

可以说，在指令集领域，如果作为后来者的中国想要摆脱别国的钳制，目前切实的选择并不多。而由于龙芯的 LoongArch 体系仍处于开发之中，所以大家更多地将目光集中到了 RISC-V。

在这个微妙的时间节点，9 月中旬传出了 NVIDIA 以 400 亿美元从日本软银手中收购芯片设计公司 ARM 的消息。

外界普遍认为，一旦美国公司 NVIDIA 成功收购 ARM，必将导致芯片行业的集中度进一步加剧。考虑到中美目前的经贸摩擦，所有美国以外的半导体产业相关公司都不得不重新评估 ARM 未来的可靠性。

其实中国并非没有机会建立属于自己的指令集标准，但奈何终究错过。

中科院计算所研究员包云岗在 2017 年的一篇文章中写道，2012 年中国曾在工信部的推动下计划制定 CPU 指令集国家标准。然而，一方面由于国内几家选择了不同指令集的国产处理器各不相让，另一方面从零开始设计一套全新的指令集又让人望而却步，于是国家指令集便逐渐没有了下文。

谭章熹认为，目前的情势对于 RISC-V 来说是一个千载难逢的契机。具备可替代 X86、ARM 指令集生态体系的潜在选项并不多，RISC-V 凭借较高的国际认可度，如果国内再形成合力，将有望推动 RISC-V 爆发式发展，这将从根本上颠覆现有的芯片市场格局。

他认为，得道多助，失道寡助，唯有开源方可对抗垄断。

访谈最后，谭章熹对业内关心的关于RISC-V 指令集标准更新滞后的问题作出了回应。

他说，指令集标准的制定同法律一样，某种程度上无法避免存在一定的滞后性。

法律的滞后性源于它一般只能对重大的事件和比较成熟的司法经验做出规定。作为规则，它必须保持足够的稳定性，绝不能轻易“朝令夕改”，否则民众难以适应，司法机关也无从执行。

而指令集标准的迭代也是由现有的产品和业务驱动的，只有趋势非常明显的时候才能将其作为列入拓展指令集的备选，这主要由于某些领域的芯片指令集并不像蓝牙、WiFi 等有清晰的落地应用场景，甚至可以在产品出厂之前明确标准。

此外，RISC-V 国际基金会也并不是一个拥有大量研发资源的机构，而是一个松散的民主型组织，所以它无法像公司一样主导成员的工作。

大卫 · 帕特森的野望

帕特森出生于 1947 年，年逾古稀的他至今仍活跃在 RISC-V 的舞台，并积极推动 RISC-V 能在包括中国在内的全世界范围内开花结果。

谭章熹介绍道，“导师经常跟我们讲 1937 年美籍空军志愿大队（飞虎队）帮助中国抗击日本侵略者的故事，他真心希望 RISC-V 能在中国加速，起飞，然后飞高飞远。”

近日，有外媒报道，与 RIOS 同处 RISC-V 阵营，总部位于旧金山的 SiFive 下个月将推出世界上第一台 RISC-V PC。

历史的机遇和考验明确摆在了 RIOS 的面前，愿他们能够“只争朝夕，不负韶华”。

原文标题：RISC-V软件开发“瑞士军刀”出鞘！图灵奖得主携开源硬件解决中国“芯”问题｜专访

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