芯片制造商對(duì)開(kāi)源ISA的興趣標(biāo)志著的一個(gè)的重大轉(zhuǎn)變，但它還需要持續(xù)的行業(yè)支持才能取得成功。 

過(guò)去幾年，開(kāi)源指令集架構(gòu)（ISA）RISC-V吸引了半導(dǎo)體行業(yè)的大量關(guān)注，但其未來(lái)的成功與否將取決于半導(dǎo)體行業(yè)的合作水平?，F(xiàn)在它面對(duì)的最大問(wèn)題是該行業(yè)對(duì)RISC-V成功的承諾。

RISC-V帶來(lái)的真正價(jià)值在于生態(tài)系統(tǒng)的承諾以及行業(yè)內(nèi)專家共同致力于ISA未來(lái)的機(jī)會(huì)。這個(gè)生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)在看來(lái)可能還不存在，但在其未來(lái)的路線圖中，它確實(shí)存在。RISC-V將像摩爾定律路線圖一樣，推動(dòng)制造技術(shù)超過(guò)半個(gè)世紀(jì) 。

現(xiàn)在，過(guò)往的摩爾定律的路線圖正在逐漸脫離軌道，這就是整個(gè)行業(yè)都出現(xiàn)了如此多架構(gòu)創(chuàng)新的原因。

在最近的Hot Chips 30大會(huì)上，展示了數(shù)十種新的芯片架構(gòu)，包括當(dāng)中包括了多處理器（multiple processors），新內(nèi)存配置和不同的封裝方法。正如HP Labs的研究科學(xué)家R. Stanley Williams最近觀察到的那樣，“自摩爾定律開(kāi)始以來(lái)，摩爾定律的終結(jié)可能是計(jì)算領(lǐng)域中發(fā)生的最好的事情。因?yàn)橐粋€(gè)時(shí)代的結(jié)束，會(huì)推動(dòng)一個(gè)新的創(chuàng)造時(shí)代的產(chǎn)生?！?/p>

RISC-V的最大好處之一就是它的架構(gòu)是開(kāi)源的。“有了RISC-V，通過(guò)協(xié)作在硬件中產(chǎn)生的任何創(chuàng)新都將創(chuàng)造巨大的經(jīng)濟(jì)效益”， Microsemi可編程解決方案業(yè)務(wù)部產(chǎn)品架構(gòu)和規(guī)劃主管Ted Speers說(shuō)?！暗钦l(shuí)能獲得獎(jiǎng)勵(lì)，或者獎(jiǎng)勵(lì)是什么樣的回報(bào)，仍然需要弄明白”，他接著說(shuō)。

圖1.最近節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)成本。資料來(lái)源：Handel Jones，IBS

這不僅僅是為了便宜?！癓icense費(fèi)用只是前沿SoC設(shè)計(jì)成本的一小部分，”Linley Group的首席分析師Linley Gwennap說(shuō)?！凹軜?gòu)和IP加起來(lái)不到設(shè)計(jì)成本的15％。而在這15％中，CPU成本只占很小的一部分。為什么有人會(huì)花費(fèi)數(shù)億美元來(lái)節(jié)省100萬(wàn)美元呢？”

目前，Gwennap可以指出RISC-V許多不如其他競(jìng)爭(zhēng)架構(gòu)的地方。盡管如此，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)中的公司仍然采用這個(gè)沒(méi)有經(jīng)過(guò)太多證明的核心。

這些“嘗鮮者”正在關(guān)注長(zhǎng)期情況。

“如果只看到RISC-V的實(shí)施和技術(shù)，或者單純將其與其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手進(jìn)行點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的對(duì)比，這是一個(gè)很大的錯(cuò)誤”，SiFive的聯(lián)合創(chuàng)始人兼首席架構(gòu)師和RISC-V基金會(huì)的Krste Asanovic說(shuō)道?！斑@不是人們跳到RISC-V的原因。人們只是看到了未來(lái)的發(fā)展方向，可以從這里看到方向?！?/p>

這樣說(shuō)的話，為什么那些人愿意當(dāng)?shù)谝粋€(gè)吃螃蟹的人么？“你這是在為未來(lái)選擇自由”，Asanovic補(bǔ)充說(shuō)?！霸缙诘膰L鮮者是不希望以任何方式被鎖定，他們準(zhǔn)備擺脫目前的狀態(tài)。

這個(gè)說(shuō)法似乎引起了共鳴。

“由于成本和復(fù)雜性的提高，定制芯片在過(guò)去10年中一直處于低迷的狀態(tài)”，Imperas營(yíng)銷副總裁Kevin McDermott表示?！暗缛斯ぶ悄芎臀锫?lián)網(wǎng)等新市場(chǎng)已經(jīng)創(chuàng)造了巨大的潛力，這些設(shè)備的要求指向了定制芯片，那就意味著定制芯片的需求重新被擺到桌面上來(lái)?！?/p>

正確的目標(biāo)

目前看來(lái)，正在開(kāi)發(fā)的RISC-V架構(gòu)在生態(tài)系統(tǒng)依然存在局限性。Rambus首席技術(shù)官M(fèi)artin Scott表示，“最好的解決方案并不需要對(duì)大量的遺留應(yīng)用程序向后兼容和做到運(yùn)行一致性”，“你越接近邊緣，越想控制安全屬性或某些特殊的加速功能，又或者你第一次做一些新的或自主的特殊應(yīng)用，這就是RISC-V真正有趣的地方?！?/p>

它不僅僅是一個(gè)單一的產(chǎn)品?！叭藗兿Ｍ谒麄兊漠a(chǎn)品中建立標(biāo)準(zhǔn)的軟件基礎(chǔ)，” Asanovic補(bǔ)充道?！皩?duì)于其他供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，他們的核心可能在一個(gè)領(lǐng)域或多個(gè)領(lǐng)域中都表現(xiàn)很好，但最終你都會(huì)為每個(gè)應(yīng)用程序挑選一個(gè)不同的核心?！?/p>

這就是Arm、Intel和Synopsys（ARC）以及Cadence（Tensilica）等廠商過(guò)去表現(xiàn)良好的原因之一。它們提供了大量必要的基礎(chǔ)設(shè)施和生態(tài)系統(tǒng)支持，當(dāng)中包括了與所有主要代工廠建立了深厚的合作關(guān)系以及大量的制造流程認(rèn)證。

“替代方案是從一個(gè)相當(dāng)封閉的生態(tài)系統(tǒng)中拿出一個(gè)非常大的架構(gòu)授權(quán)，”Scott指出。

Microsemi的Speers也同意這個(gè)觀點(diǎn)。“許多使用RISC-V的公司最初的起點(diǎn)都是在較大型SoC中選擇控制核心作為小型實(shí)現(xiàn)。人們從小規(guī)模嘗試開(kāi)始，構(gòu)建屬于他們自己的生態(tài)系統(tǒng)，這個(gè)可以根據(jù)他們的SoC的不同方面進(jìn)行定制?！盨peers補(bǔ)充說(shuō)。

這與SiFive所看到的也符合。

“我們一般要求微芯片的時(shí)鐘比較快，但大芯片則沒(méi)有那么高的運(yùn)行速度要求，Asanovic說(shuō)?！笆袌?chǎng)對(duì)這種靈活性的需求也正在提升，但沒(méi)有一家供應(yīng)商可以提供所有這些。因?yàn)闆](méi)有人想只是為了滿足在某些產(chǎn)品中擁有不同形狀核心的要求而重建他們的軟件堆棧。他們想要一個(gè)統(tǒng)一的軟件，并在此之上構(gòu)建各種各樣的可用實(shí)踐。”

業(yè)務(wù)模型

這意味著不同的業(yè)務(wù)模型。

“舊的模式是你選擇核心供應(yīng)商，你得到他們的ISA，”Asanovic說(shuō)?！靶履Ｐ褪牵何疫x擇RISC-V然后我選擇供應(yīng)商。我可以在每個(gè)產(chǎn)品的不同的芯片上使用不同供應(yīng)商的核心，我甚至可以建立自己的核心。我也可以使用開(kāi)源核心或商業(yè)支持的核心?！?/p>

這就顯著提高了設(shè)計(jì)的靈活性，這與目前最先進(jìn)的工藝節(jié)點(diǎn)處的設(shè)計(jì)因?yàn)榫w管縮放帶來(lái)的越來(lái)越嚴(yán)格的設(shè)計(jì)規(guī)則形成鮮明對(duì)比。

Rambus Scott表示：“這是一種柔韌性和靈活性，在架構(gòu)周圍也具有很大的透明度，在這些地方你很可能會(huì)做出一些你過(guò)去不會(huì)做的事情，或者以高度差異化的方式做事。”“這是一種從原子水平開(kāi)始，并以正確的方式做到的能力，而不是別人為你決定。”

這種級(jí)別的靈活性在過(guò)去并不存在。

“他們很聰明，因?yàn)樗麄冏孖SA開(kāi)源，而不是微架構(gòu)，” Speers斷言。“之前有一個(gè)叫做open core 32的開(kāi)源項(xiàng)目，那是歐洲一個(gè)充滿活力的開(kāi)源硬件集團(tuán)。但他們開(kāi)放的是處理器的實(shí)現(xiàn)。而對(duì)于RISC-V，它開(kāi)放的是指令集，你可以使用它來(lái)實(shí)現(xiàn)從最小的IoT設(shè)備芯片到服務(wù)器級(jí)處理器的任何級(jí)別的IC。RISC-V不但有開(kāi)源IP，還有商業(yè)IP的專有實(shí)現(xiàn)，但毫無(wú)疑問(wèn)，它們將擁有與過(guò)去IP供應(yīng)商不同的商業(yè)模式。“

這正是RISC-V讓工程師們興奮的原因之一。

“圍繞RISC-V開(kāi)展的一些活動(dòng)正在賦予其這種獨(dú)立感，” McDermot說(shuō)?！拔椰F(xiàn)在可以投資一些我認(rèn)為很好的解決方案。因?yàn)槠浜弦?guī)性和兼容性，我也可以選擇在其他地方重復(fù)利用這項(xiàng)投資?！?/p>

合作

然而，新的RISC-V架構(gòu)要求產(chǎn)業(yè)界以過(guò)去從未見(jiàn)過(guò)的水平進(jìn)行合作。行業(yè)內(nèi)部以及產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界之間必須緊密合作，才能推動(dòng)RISC-V繼續(xù)前進(jìn)。Asanovic的第三個(gè)身份——加州大學(xué)伯克利分校教授就是這種要求的重要證明。

“RISC-V來(lái)自學(xué)術(shù)界，在這個(gè)領(lǐng)域使用產(chǎn)業(yè)界ISA制造芯片一直是不可能的，因?yàn)樗麄兲珡?fù)雜了，還被IP所束縛，你無(wú)法與他人分享你的工作。而在學(xué)術(shù)界，你可以建立在別人的基礎(chǔ)上。所以我們創(chuàng)建了RISC-V來(lái)實(shí)現(xiàn)我們想要進(jìn)行的研究，再然后它就被業(yè)界采用了。

現(xiàn)在，工業(yè)界發(fā)生的事情正在被反饋到學(xué)術(shù)界：軟件被移植，分發(fā)可用，大學(xué)研究小組可以使用這個(gè)ISA，他們也可以使用商業(yè)支持的完整堆棧軟件來(lái)進(jìn)行修改。

大學(xué)發(fā)展正在良性循環(huán)：部署在工業(yè)界、行業(yè)內(nèi)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題，正在被送回學(xué)術(shù)界解決，然后他們可以立即重新使用。“

而事實(shí)上，我們也的確發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題。

“普林斯頓大學(xué)的研究人員做了一些工作，可以證明雖然RISC-V內(nèi)存一致性模型中（memory consistency model）沒(méi)有錯(cuò)誤，但在堆棧中補(bǔ)上其缺失的一部分可以以使其堅(jiān)如磐石，”Speers說(shuō)?！耙?yàn)橛醒芯咳藛T正在研究RISC-V，并且因?yàn)樗耆_(kāi)放，所以它開(kāi)發(fā)了一個(gè)非常強(qiáng)大的內(nèi)存一致性模型。這是每個(gè)人現(xiàn)在都能從中受益的東西?！?/p>

這也使大學(xué)畢業(yè)生與招聘公司更加相關(guān)。

McDermott指出：“各組之間的技術(shù)交流更加緊密，學(xué)術(shù)界多年來(lái)也一直在教授諸如新型架構(gòu)等主題?！薄皩W(xué)生可以提供最先進(jìn)，相關(guān)和有用的東西。每個(gè)畢業(yè)生想要做的就是帶上他們的一些證書(shū)參加面試，證明他們是一位有實(shí)際經(jīng)驗(yàn)的雇員。以上是前景的融合，對(duì)我們的行業(yè)來(lái)說(shuō)大有裨益?！?/p>

這也促進(jìn)了行業(yè)內(nèi)的合作。Scott表示：“競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手比以往更加團(tuán)結(jié)”，“在文化方面，我倍受鼓舞，它激發(fā)了我很久沒(méi)見(jiàn)過(guò)的合作和興奮。但這并不能保證有良好的效果。我們也看到人們從學(xué)術(shù)界的木制品（woodwork ）中走出來(lái)，因?yàn)镽ISC-V的存在，他們與那些有興趣消費(fèi)他們正在做的事情的人建立了聯(lián)系。RISC-V正在產(chǎn)生一些彌合鴻溝的潛力，特別是在安全領(lǐng)域?！?/p>

固化（Hardening）硬件

然而，許多人需要的不僅僅是ISA。

“一張白紙是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)，” McDermott說(shuō)?！癛ISC-V的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，如果我可以給你90％的解決方案，并且你可以修改它，那么它就會(huì)讓你“運(yùn)轉(zhuǎn)”起來(lái)，但你不需要重新發(fā)明輪子，因?yàn)槟阌幸粋€(gè)基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)，你可以在它上面提供一些東西?！?/p>

但是，必須注意不要增加核心和額外的baggage。

“他有一個(gè)永遠(yuǎn)存在的、非常簡(jiǎn)單的核心，這將成為人們可以建立的穩(wěn)定基礎(chǔ)?！盇sanovic解釋說(shuō)?！八悄K化的，所以你只需要包含你所需要的模塊。但它的設(shè)計(jì)，讓它可以通過(guò)多種方式進(jìn)行擴(kuò)展，當(dāng)中包括了標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展，然后是項(xiàng)目可能添加的自定義擴(kuò)展。”

擴(kuò)展的數(shù)量將隨著時(shí)間的推移而增長(zhǎng)。

“RISC-V的成功促進(jìn)了硬件項(xiàng)目中更多的開(kāi)源協(xié)作，” ANSYS首席軟件開(kāi)發(fā)人員Allen Baker說(shuō)?！癗vidia開(kāi)源了他們的深度學(xué)習(xí)加速器，并將其集成到RISC-V SoC中。Bluespec的Piccolo核心已經(jīng)向公眾發(fā)布Western Digital承諾支持開(kāi)源社區(qū)。除了標(biāo)準(zhǔn)CPU和SoC之外，向量指令（vector instruction）擴(kuò)展正在推動(dòng)GPU，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和其他多核架構(gòu)的開(kāi)發(fā)。該標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放性和可擴(kuò)展性使其幾乎可以應(yīng)用于任何應(yīng)用程序。基本上，任何可編程組件都可以采用RISC-V，從不斷增長(zhǎng)的軟件工具集中受益。”

It takes a lot of effort to prepare a core for some markets. “For RISC-V as an architecture to succeed in areas like automotive, RISC-V must be a commercial success and not just a feel-good story,” says Chris Jones, vice president of marketing for Codasip. “ISO 26262 is an expensive proposition for IP suppliers requiring tremendous financial and human capital commitments. Only successful IP providers will be able to make such investments.”

為一些市場(chǎng)準(zhǔn)備核心需要付出很多努力。

“例如，如果RISC-V想在汽車等領(lǐng)域取得成功，那么它必須取得商業(yè)上的成功，而不僅僅是一個(gè)感覺(jué)良好的故事，” Codasip營(yíng)銷副總裁Chris Jones說(shuō)。“ ISO 26262對(duì)于還需要巨額資金和人力資本承諾的IP供應(yīng)商來(lái)說(shuō)，是一個(gè)昂貴的主嘗試，因?yàn)橹挥谐晒Φ腎P提供商才會(huì)進(jìn)行此類投資。”

軟件生態(tài)系統(tǒng)

長(zhǎng)期（Long-term）的成功將取決于強(qiáng)大的軟件生態(tài)系統(tǒng)。

“盡管RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)尚未像Arm一樣完善，但它可能已經(jīng)超過(guò)了其他第三方處理器IP，” 西門(mén)子事業(yè)部Mentor營(yíng)銷總監(jiān)Neil Hand表示：“這主要是因?yàn)楹芏啾妒懿毮康墓鹃_(kāi)始關(guān)注該標(biāo)準(zhǔn)，并轉(zhuǎn)移到這個(gè)平臺(tái)上來(lái)?！?/p>

The move has a good economic foundation. “The maintenance of processors and tool chains has become cost-prohibitive to most, thus an attractive candidate to outsource,” adds Jones. “However, outsourcing to traditional legacy processor suppliers is also an expensive proposition. These economic factors are contributing to the rise of RISC-V and to the success of companies that offer tools to support and maintain processor architectures.”

此舉具有良好的經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

“處理器和工具鏈的維護(hù)對(duì)大多數(shù)人而言成本過(guò)高，因此這是一個(gè)有吸引力的外包（outsource）候選人，”瓊斯補(bǔ)充說(shuō)?！叭欢?，外包給傳統(tǒng)的處理器供應(yīng)商也是一個(gè)昂貴的方式。正式在這些經(jīng)濟(jì)因素的推動(dòng)下，促成了RISC-V的興起，以及提供支持和維護(hù)處理器架構(gòu)工具公司的成功?！?/p>

Speers說(shuō)：“許多大型公司的表現(xiàn)相當(dāng)不錯(cuò)?！薄癓inux已經(jīng)被推廣，但它還需要做兩件事。一個(gè)是LLVM編譯器，第二個(gè)是Java虛擬機(jī)。我們?cè)诓僮飨到y(tǒng)方面取得了很好的進(jìn)展，當(dāng)中包括了RTOS支持。調(diào)試生態(tài)系統(tǒng)也運(yùn)行良好。IP生態(tài)系統(tǒng)的賣家包括具有調(diào)試/跟蹤功能的UltraSoC公司，他們正在開(kāi)發(fā)合作伙伴關(guān)系。市場(chǎng)表現(xiàn)也相當(dāng)?shù)摹！?/p>

EDA行業(yè)也開(kāi)始有所回應(yīng)。

“我希望RISC-V生態(tài)系統(tǒng)能夠超越IP，” OneSpin Solutions的技術(shù)營(yíng)銷顧問(wèn)Tom Anderson說(shuō)?！氨姸鄬?shí)施為EDA供應(yīng)商提供了機(jī)會(huì)和用戶。這是一個(gè)全新的ISA，對(duì)正式驗(yàn)證針I(yè)SA的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)有相當(dāng)大的興趣。我希望EDA供應(yīng)商能夠提供驗(yàn)證IP（VIP）和正式應(yīng)用，以幫助用戶驗(yàn)證他們的RISC-V設(shè)計(jì)。”

 “從學(xué)術(shù)研究到商業(yè)應(yīng)用的轉(zhuǎn)變需要一個(gè)跨越鴻溝式的飛躍，” Breker Verification Systems首席營(yíng)銷官Dave Kelf指出?！耙厥潜匦璧模鐝V泛的合規(guī)能力和商業(yè)級(jí)工具，這些都將到來(lái)。商業(yè)公司推動(dòng)強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)需要良性循環(huán)，這反過(guò)來(lái)又說(shuō)服其他公司啟動(dòng)項(xiàng)目?！?/p>

結(jié)論

摩爾定律越來(lái)的逐漸失效正在影響半導(dǎo)體行業(yè)的許多方面。RISC-V的出現(xiàn)，表明該行業(yè)愿意尋找替代品。正如大多數(shù)業(yè)內(nèi)人士所證實(shí)的那樣，這顯然和往常不一樣。

雖然宣布RISC-V取得成功可能為時(shí)尚早，但我們正在很穩(wěn)當(dāng)?shù)叵蜻@個(gè)目標(biāo)前進(jìn)。引用丘吉爾的話 —— “現(xiàn)在這不是結(jié)束。這甚至還沒(méi)開(kāi)始結(jié)尾。但它可能是開(kāi)始的結(jié)束?！?/p>

接下來(lái)的兩年將會(huì)令人興奮。Jones預(yù)測(cè)，“2019年，您將看到RISC-V和以前的處理一樣，在更多的應(yīng)用領(lǐng)域取得重大的成功?！?/p>