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文 / 飞翔的鸭子
2010 年诞生的 RISC-V 架构最近火到没朋友，除了有 IBM、英伟达、高通、三星、谷歌、特斯拉、华为等 100 多家科技公司追捧外，印度、中国等还纷纷出台政策，制定扶持标准，寄希望于抢先一步利用新兴技术标准，实现处理器技术领域多年被 x86 和 ARM 垄断下的突围。就在飞鸭开始着手写本文的 8 月 2 日，印度已经在政府资金的支持下研制出第一款面向民用核反应堆控制系统设计的 RISC-V 芯片原型 Shakrti。
芯片指令集架构是沟通软硬件运算之间的桥梁。RISC-V 是伯克利大学发明的一种特定指令集架构，严格说起来，并不是一种全新的架构，它与我们熟悉的 ARM 同属 RISC（精简指令集，Reduced Instruction Set Computer）范畴。目前市面上主流的架构分为 RISC 和 CISC（复杂指令集，Complex Instruction Set Computer）两种，RISC 专注于低功耗、高性能功耗比，主要面向小体积以及移动设备领域，CISC 强调运算性能，专注桌面电脑、服务器和超算市场。RISC 的代表为 ARM，而 CISC 的代表则是我们耳熟能详的 x86。
RISC-V 可以看做是现有 RISC 的更升级版，从架构的推出在时间上来说，具备后发优势，可以规避许多现代计算机体系结构中存在的漏洞，如前段时间大热的 Spectre 以及 meltdown 漏洞，已经明确是与现代计算机体系中分支预测和乱序执行功能有关。由于计算机体系结构经过多年的发展已经成为比较成熟的技术，多年来在不断成熟的过程中暴露的问题都已经被研究透彻，ARM 和 x86 无法轻易堵住的问题，RISC-V 架构的新诞生没有向后兼容的历史包袱，则可以轻松避免。
RISC-V 为何受追捧？
如上文描述，现代计算机体系结构经过多年的发展已经很是成熟，ARM 和 x86 在强调低功耗的物联网领域以及强调高性能的超算、电脑存储等领域各自为营且生态完善。为何 RISC-V 的诞生还是受到了业界的大力追捧？答案有以下四点：
1、 免费是最好的招牌
像当年与 ios 打擂台的 android 是基于 Linux 的开放源代码操作系统一样，RISC-V 最大的吸引点就是开源、免费，是可以被任何学术机构或商业组织自由使用的指令集架构。虽然同样基于 RISC 范畴的 ARM 公司已经开发并能够提供种类众多的先进处理器 IP，但是高昂的 IP 授权费用，无处不在的使用限制还是很考验使用者的钱袋和开发水平。
2、 大道至简
这是有关 RISC-V 特点介绍中提到最多的描述语，也是其受到追捧的最重要原因之一，代码简单规则性强，文档精简易上手。经过几十年的发展，现代的 ARM 与 x86 架构的架构文档长达几百数千页。RISC-V 架构文档共计 236 页。虽然内容还在丰富中,但是基本的 RISC-V 指令数目仅有 40 多条，加上其他的模块化扩展指令总共几十条指令。
上图为 RISC-V 指令格式，可以看出不同 type 之间规律性很。指令越有规律，解码器所要的 gate 越少，芯片面积越小，运行速度也就越快。
3、 RISC 领域市场巨大
ARM 公司是 RISC 架构的典型应用代表和标准缔造者，目前，全球共有超过 100 家公司与 ARM 签订了技术使用许可协议，其中包括 Intel、IBM、LG、NEC、SONY、NXP 和 NS 这样的大公司。与我们日常生活息息相关的全球绝大部分手机处理器架构均是基于 ARM 架构，不管你的手机系统是 iOS 还是 Android。软银集团董事长及总裁孙正义曾经介绍说，2016 年基于 ARM 生产的芯片产品有 170 亿颗，而全球人口也只有 70 亿，相当于人均 2.4 颗左右。在未来的物联网时代，基于 ARM 架构芯片还将达到万亿级别，智能汽车、数据中心、物联网等领域在未来 5 年还有超过 300 亿美元市场的增长空间。显然，这些基于 RISC 架构的潜在市场，也是 RISC-V 未来的逐鹿战场。
2017 年 5 月，ARM 在深圳成立合资公司，并建设国内重要的、由中方控股的集成电路核心知识产权(IP)开发与服务平台，旨在进一步开拓中国市场。
4、 新技术意味着新机遇
RISC-V 的诞生，为沉寂多年的计算机体系结构领域注入了新鲜的空气，原本由 ARM 和 x86 牢牢垄断的现代计算领域展露出一线可乘之机。许多强调计算、多年来不得不弯腰的企业首先嗅的商机。CPU 领域如高通、三星、华为、中天微等企业早就加入了 RISC-V 基金会， FPGA 企业 Microsemi 则已率先推出业界首个 RISC-V 内核的 FPGA 系列产品，国内 FPGA 企业高云也紧随其后，宣布将在 2018 年中将 FPGA 芯片中嵌入 RISC-V 软核，将在晨熙家族率先进行。Microsemi SoC FPGA 营销总监 Ted Marena 在介绍采访是曾表示“完全开源的 RISC-V 内核采用开放式指令集架构（ISA），通过许可的 BSD 授权，具备全面可移植性，由于开发人员可以查看 RISC-V 的所有源码，因此安全性更高，非常适合现在嵌入式应用对于平台架构的要求。”
RISC-V 对 ARM 的影响
免费 RISC-V 的诞生对同属 RISC 阵营的 ARM 影响巨大。飞鸭一就职于 ST,不愿透露姓名的朋友说，虽然目前还没有基于 RISC-V 的芯片量产，但是 ARM 以后日子肯定不太好过了。
“ARM 最火的是其 AArch64 执行状态，AArch64 执行状态主要针对 64 位处理技术，基本全是软硬一体的打包方案，用户换硬件的时候就是换软件的时候，没有人关心前向兼容问题，即没人要求自己的手机今后 10 年都要支持 Android 2.3。AArch64 的最佳设计来自高通和苹果，ARM 自己的设计基本都是给二流厂商用的。”
同时由于 ARM 的授权费天下苦 ARM 久矣。Cortex-A 系列的典型下游企业苹果、谷歌和高通，苹果已经多次换 arch 了，可谓轻车熟路，高通的 CPU 本来就是自己写的，换个 arch 轻而易举，谷歌是纯软件商，编译器支持什么它支持什么。“这三家反水易如反掌，只要 RISC-V 时机成熟，估计离他们改弦更张已经不远了。”“至于其他家直接用 Cortex A + Mali 的企业，很多都是墙头草，谁家便宜用谁的。如果高通和谷歌转投 RISC-V，它们还会给 ARM 交近百元一部的设备授权费？那用高通 RISC-V 的小米能分分钟碾压它们”，朋友补充道。不知道以 ST-M32 闻名的 ST 被同是欧洲大厂，有很多业务重合的英飞凌收购，是不是和 RISC-V 的诞生和威胁论有关。
RISC-V 对 x86 的影响
与 ARM 相比，RISC-V 的诞生对基于 CISC 的 x86 影响相对较小。一方面是因为多年来 CISC 和 RISC 应用之争基本已经形成了渭分明的市场划分，CISC 适合于强调运算和性能的通用机，如电脑、数据存储等领域，RISC 则主要针对特殊应用领域，适合对功耗比要求更高的专用领域。
除此之外，以 x86 为代表的 Intel 本身就是一家设计实力很强的芯片公司(还有自己的 fab 厂)，而非专利授权公司，围绕 x86 已经形成了庞大的应用生态体系链路，产业链路上下游企业反水的可能性不大。此外，用户对于商业计算机较长的使用周期要求也非便携式设备能比，这就需要不管是 Intel、AMD 还是国内的兆芯、海光都要考虑产业兼容问题，即二进制历时遗留问题，满足不同用户的应用需求。
最重要的一点，x86 阵营与 ARM 阵营不同，x86 玩家俱乐部中的成员需要交叉授权，入门门槛极高。除了初始几年，Intel 吸纳了 AMD、VIA（即现在的兆芯）之外，后来者几乎无法踏入其门槛。表面上虽然显得势单力薄了些，但与此同时，经过多年的历史积累，也大大凝聚了 3 家企业的一致性与向心性，毕竟隔夜的金子不如到手的铜啊。
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