关键词：RISC-V、ISA、SiFive、开源、生态系统
本文整理自 YouTube 上 More Than Moore 分析师 Ian Cutress 对 SiFive 架构师 Krste Asanović 的访谈。
追溯 RISC-V 的发展历程，它源自加州大学伯克利分校一个旨在克服专有指令集架构（ISAs）局限性的“从零开始”的学术暑期项目，如今已逐渐发展成为一个挑战其他指令集架构主导地位的全球生态系统。Krste Asanović 博士详细阐述了那些战略性转变，正是这些转变促成了 SiFive 的成立以及 RISC-V 国际组织的建立，该组织通过诸如 RVA23 规范等统一标准来防止碎片化。
在本文中，我们将探讨该架构从微控制器到高性能数据中心的内在可扩展性、针对人工智能工作负载的向量扩展背后的具体设计选择，以及开放硬件创新的未来发展轨迹。
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一位教授告诉他的研究生们，完成一款全新指令集架构只需一个暑假，他没有想到这句话正在悄然改变整个计算世界的权力结构。
Dr. Krste Asanović 的笔记本电脑屏幕反射出伯克利校园的绿荫，他刚刚结束与研究生们的讨论，课题是如何为他们的研究项目设计一个全新的指令集架构。
“这只是一个暑期项目，只需要几个月的时间！”Asanović 试图说服犹豫不决的学生们。
那是 2010 年 5 月 18 日，在伯克利的并行计算实验室，一个后来被证明是计算领域分水岭的决定被做出：他们将从零开始设计一个全新的开放指令集架构，也就是我们今天熟知的 RISC-V。
一、寻找失去的开放性
在 RISC-V 诞生之前，指令集架构世界由少数几个巨头掌控。x86 架构由英特尔和 AMD 主导，而 Arm 架构则通过授权模式让超过 200 家公司生产芯片，但这些指令集架构都不是开源的。
Dr. Asanović 回忆道：“我们一直在寻找一个开放指令集架构，可以用于我们的研究芯片设计。”他的团队需要将软件映射到实际的芯片上，之前使用的是 MIPS 架构的各种版本。
问题出现在当他们想要修改指令集以适应研究需求时。一旦修改，所有基于标准指令集架构的软件优势荡然无存。“我们费尽周折让设计与 MIPS 兼容，但一旦修改，所有这些努力都将付诸东流。”
这个困境促使 Asanović 团队寻找一种 从根本上开放的设计 ，让研究者和开发者能够自由修改和扩展，而不必担心授权问题或失去软件生态支持。
二、伯克利实验室的意外创造
当时已有一些开源的指令集架构选择，但都无法完全满足需求。32 位的 Spark v8 虽已成为 IEEE 标准，但被 Oracle 收购的 Sun 公司推出的 64 位 v9 版本不再开源。而 OpenRISC 项目则专注于 32 位设计，技术难题较多。
“研究生们太聪明了！他们不想重新开发，而是想用现成的东西。”Asanović 笑着说。但是当团队研究所有现有的设计方案时，他们发现大多数都有架构上的问题或技术限制，最重要的是 没有一个是真正完全开放 的。
他们需要一个全新的、真正开放的指令集架构，于是决定自己动手创造。在 2010 年的那个夏日，RISC-V 项目正式启动。短短几个月后，伯克利的本科生们已经开始在课堂上学习这个全新指令集架构的设计。
“我们有足够的学生来完成 RTL 实现、Linux 移植、GCC 移植，我们可以快速迭代，很快将其完善到非常可用的状态。”得益于伯克利庞大的优秀学生群体，RISC-V 项目迅速发展。
三、外部的推力与业界的觉醒
Asanović 团队原本只是将 RISC-V 设计用于教学和研究，但来自外界的兴趣出乎他们意料。
“我们会收到一位印度工程师的邮件，问：‘你们为什么要修改规范？’”Asanović 回忆道。这些外部开发者依赖于 RISC-V 规范进行自己的产品开发，而伯克利团队为了方便课堂任务，有时会随意修改规范。
随着时间推移，团队发现学术界之外对 RISC-V 有浓厚的兴趣。“从 2010 年开始，几年后的 2013 年左右，我们发现学术界之外也有很多人对此非常感兴趣，外部的推动力很强。”
2014 年，Dr. Asanović 和 David A. Patterson 共同撰写了一份具有里程碑意义的立场文件《指令集应该免费》，提出了一个根本性问题：“为什么没有一个开放标准的指令集架构？”这份报告触及了计算机科学和体系结构设计的基本原则，可以关联到 基础 & 综合 板块中关于开放标准和系统设计的讨论。
文章发布后，Arm 公司撰写了一篇反驳文章，但 其论点被 RISC-V 支持者视为相当乏力 。争论的焦点在于生态系统建设模式：一家公司集中建设与分布式开放系统建设的对比。
“在其他所有计算领域，这恰恰是我们都在使用的模式。所以我们说，为什么不能拥有一个开放的指令集架构标准呢？”
四、Hot Chips 会议上的转折点
2014 年的 Hot Chips 大会成为 RISC-V 发展的关键时刻。Asanović 回忆：“我们有意识地向业界推广我们的产品，结果反响远超预期。”
许多业内人士表示这正是他们想要的，理由出人意料。“人们原本以为‘一切都是为了低成本’，但这并非他们最主要的抱怨。他们最主要的抱怨是灵活性。”
在与传统芯片架构公司签订许可协议时，仅仅是合同谈判就耗费了数月甚至数年的时间。这些公司希望快速推进项目，并按照自己的方式进行开发，但现有架构无法满足这种需求。
“成本也是一个重要因素。但在 2014 年的 Hot Chips 大会上，我们收到如此多的积极反馈，着实令人惊讶。”
这次大会后，RISC-V 开始从学术项目向商业应用转变。2015 年 1 月，第一届 RISC-V 研讨会迅速售罄，有超过 40 家不同的公司参与，Rumble 公司甚至已经将一款商用 RISC-V 芯片集成到狩猎相机中。
五、SiFive 的诞生与战略转变
来自业界的强烈需求催生了 SiFive 的成立。起初，公司并不打算涉足知识产权领域，因为他们认为 RISC-V 作为开源架构，靠 IP 盈利意义不大。
但公司成立不久，团队就意识到无法再像以前那样低调行事。“大家都知道‘RISC-V 团队肯定会有所作为’。许多大型企业纷纷前来寻求 RISC-V 内核。”
起初，Asanović 团队并不想分散注意力：“走开，别打扰我们！我们正忙着做别的事情呢！”但很快，他们意识到这是一个不能错过的机会，于是调整战略，开始涉足 IP 领域。
“这和我们做芯片完全不同！构建一个很多客户都能集成到他们自己的流程中并进行强化的内核，远比为自己的设计流程构建内核要困难得多。”
在最初一年半的时间里，SiFive 只有几个客户。但随着团队掌握 IP 业务模式，以及对 RISC-V 需求的快速增长，他们在接下来的一两年里赢得了超过一百个设计项目。
六、硬件生态的突破与挑战
RISC-V 早期面临的最大挑战之一是缺乏实际硬件。为了启动整个生态系统，SiFive 开发了首款商用 RISC-V 芯片 FE310，随后又推出了首款 Linux SoC——FU540。
“自从我们把这款芯片交给 Debian 团队后，短短几周内，他们移植的软件包数量就从寥寥无几飙升到了 80%到 90%。”Asanović 指出，这些开发板对整个生态系统的重要性不可低估。
但硬件开发仍然面临挑战。Asanović 回忆，当他们为一款开发板生产了 2000 块时，觉得应该足够开发者社区使用了，“结果大概两周就卖光了！”
他解释道：“很多爱好者都在疑惑为什么我们没有价格低廉的树莓派开发板？他们可能没有意识到，这些开发板都是亏本销售的——我们每出货一块这样的开发板，厂商都在亏本。但我们必须这样做，才能为生态系统播下种子。”
七、模块化设计的革命性理念
RISC-V 的一个核心创新是其模块化设计理念。Asanović 解释道：“我们可以构建一个非常精简的基础架构，它只需要运行一个 C 编译器就足够了，而且不会对其他设计空间造成太大影响。”
这种设计允许开发者在基础指令集之上添加自定义扩展，为专用计算和领域特定架构提供了前所未有的灵活性。这种 模块化设计思想正是 RISC-V 与传统架构的最大区别之一 ，它体现了优秀的 计算机基础 设计原则，允许从嵌入式设备到超级计算机的不同应用场景使用相同的基础指令集，同时通过扩展满足特定需求。
“有了这个基础架构，你的软件环境就能快速启动并运行，同时还能留出很大的空间，通过扩展进行优化。”
八、RISC-V 在 AI 时代的新机遇
有趣的是，RISC-V 的发展早于当前的人工智能浪潮。“就 RISC-V 本身而言，我们早在当前这波人工智能浪潮之前就开始着手研发了。”Asanović 表示。
然而，正是 AI 计算的兴起，为 RISC-V 带来了前所未有的机遇。AI 工作负载往往需要专用的加速器和优化的内存层次结构，这与 RISC-V 模块化、可扩展的设计理念完美契合。
“我们预见到超大规模数据中心将会转向定制芯片。”Asanović 团队在 Firebox 项目中提出的这一预测，如今正在成为现实。像谷歌、亚马逊这样的科技巨头正在设计自己的芯片，而 RISC-V 为他们提供了理想的起点。
2024 年，RISC-V International 批准了 RVA23 规范，这是 RISC-V 发展历程中的一个重要里程碑。虽然目前还没有符合这一规范的芯片可用，但多家厂商正在努力将其产品化。
九、生态系统的持续成长
经过十多年的发展，RISC-V 生态系统已经初具规模。从最初的学术项目到如今拥有数百家支持企业的全球性开放标准，RISC-V 走出了一条独特的道路。
Asanović 指出：“真正让我们感到惊讶的是，开始有一些零散的邮件，一些真实的故事！我们会收到一位印度工程师的邮件，问：‘你们为什么要修改规范？’”
这种 来自全球开发者的自发参与 ，正是开源项目生命力的体现。如今，RISC-V 社区已经扩展到包括芯片设计公司、软件开发者、学术界和行业组织在内的广泛群体。
随着 RVA23 标准的推出和更多厂商的支持，RISC-V 正在进入新的发展阶段。这个曾经被看作学术项目的指令集架构，如今正成为改变计算行业格局的重要力量。
当 Asanović 团队设计出第一款 RISC-V 原型芯片时，实验室走廊上贴着一张时间表，上面标记着从零开始构建一个全新指令集架构所需完成的所有任务。他们花了大约四个月完成了这张表上的大部分项目。
如今，在硅谷圣克拉拉的 SiFive 办公室墙上，挂满了来自世界各地的 RISC-V 芯片样品。每一块芯片都代表着一种新的可能性，一种对计算未来的不同想象。
当被问及 RISC-V 未来最大的挑战时，Asanović 沉思片刻：“我认为仍然是硬件生态的建设，让开发者能够更容易地接触和使用 RISC-V。”
他望向窗外，仿佛看到那个 15 年前在伯克利实验室里，向学生们承诺“只是一个暑期项目”的自己。
发表于 4 天前
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