RISC-V 是什么，自由且开源的指令集架构

RISC-V 是计算机领域的新秀之一，也是开源硬件中最成功的例子之一。预计未来几年将售出数百亿个 RISC-V 核心，这个数量将与同一时间段内销售的 x86 和 ARM 核心数量相当。本文将介绍 RISC-V 的相关信息以及其未来发展方向。

RISC-V：自由且开源的指令集架构

RISC-V 发音为「risk five」，是由 RISC-V International（前身为 RISC-V 基金会）开发和维护的指令集架构（ISA）。ISA 是 CPU 设计的起点，决定基本操作指令、可以添加哪些可选操作指令，以及什么类型的软件可以在 CPU 运行等基本信息。RISC-V 是一种精简指令集计算机体系结构，默认只配备非常少的指令。

RISC-V 最大的「卖点」是——开源。任何想使用标准 RISC-V 设计并修改的公司都可以自由发挥。而 x86 由 Intel 和 AMD 共同拥有，其他公司无法（合法地）制造 x86 处理器。虽然可以制造自己版本的 ARM 芯片，也需要向 ARM 公司支付费用，还不能改变 ISA。

当然，这种方法有利有弊：

• 好消息是，设计没有许可费或限制，对于希望尽可能自治并降低开发成本的公司非常有利。
• 坏消息是，设计 CPU 这件事本身就不容易，要行使这种程度的自由当然也不会容易。

此外，制造 RISC-V 处理器的公司没义务与他人分享技术，但也可以像 ARM 那样授权设计。

RISC-V 简史

RISC-V 这个名字看起来就有点怪怪的，您可能会认为它是一系列 RISC ISA 中的第五个，但这种理解并不完全准确。RISC-I 和 RISC-II 是在 1981 年设计的，RISC-III 和 RISC-IV 是分别于 1984 年和 1988 年推出的两个 ISA（称为 SOAR 和 SPUR）。除了它们都是 RISC 设计之外，RISC-V 与 80 年代的这些 ISA 之间没有实质性联系。

• 在 ISA 中，RISC-V 几乎是新生儿。2010 年，伯克利并行计算实验室（简称 Par Lab）开始研究 RISC-V，并获得了 Microsoft 和 x86 ISA 创作者 Intel 的资金支持。
• 到 2011 年，第一个 RISC-V 原型已经准备好制造。在 David Patterson 和 Krste Asanović 的论文认为「开源硬件是未来，RISC-V 是可行的 ISA。」之后，2014 年，RISC-V 从研究项目转变为实际的 ISA，可以供公司使用。
• 2015 年，成立了 RISC-V 基金会（现 RISC-V International）。

RISC-V 的诞生仅有 8 年时间，但设计芯片本身就需要漫长的数年时间，因此现在很难评估 RISC-V 的地位。

从目前公开消息来看，RISC-V International 的成员人数已经超过 3500人，比 2020 年初的 600 人、2021 年初的 1500 人和 2021 年末的 2200 人要多。至于实际市场份额，却很难说。

2023 年 5 月，RISC-V CTO Mark Himelstein 声称，成员公司已销售了「几十亿」RISC-V 核心，这符合 2022 年和 2023 年的预测。

RISC-V 对 CPU 市场的雄心

RISC-V International 在增长方面雄心勃勃。引用一项研究预测，到 2025 年将销售 600 亿 RISC-V 核心；另一项研究预测，到 2027 年 RISC-V 的复合年增长率（CAGR）将接近 35%。在一个已经成熟的行业中，35% 的 CAGR 是极具攻击性和快速的。

RISC-V 的关键市场包括工业应用、5G 和蜂窝网络，以及低端智能手机、个人电脑、游戏机和服务器。越来越多的公司正在寻求设计自己的芯片，这肯定有助于推动 RISC-V 的增长。

RISC-V 的引入导致了众多专门从事 RISC-V 芯片的公司成立。SiFive 就是其中比较亮眼的一个，它是首批制造 RISC-V 芯片的公司之一，通过授权其定制的 RISC-V 设计来创收，与 ARM 有着非常相似的商业模式。

目前，SiFive 宣称其技术可以在穿戴设备、汽车和其他众多领域的应用。此外，曾使用其他 ISA 的公司也纷纷开始转向使用 RISC-V；Microchip 的子公司 Microsemi 就用 RISC-V 内核替换了其 FPGA 中的 ARM 内核。

许多支持和使用 RISC-V 的公司可能会让人意外，其中包括：

• 创始成员之一 Nvidia，曾于 2020 年到 2022 年试图收购 ARM；
• 创始成员之一 IBM，拥有自己的 PowerPC ISA；
• 创始成员之一 Qualcomm，领先的 ARM 芯片设计厂商；
• Intel 参与了 RISC-V 的开发和芯片制造，并创建了 x86，是迄今为止最「古老」、最重要的 ISA 之一。

实际上，许多公司认为 RISC-V 可以与其他 CPU 共存，而不仅仅是 ARM 和 x86 的简单替代品。

ARM 并不特别支持 RISC-V，认为碎片化的风险是不使用 RISC-V 的一个重要原因。碎片化是指技术标准没有严格执行或未执行的情况。对 RISC-V 的担忧在于：由于一切都可以被修改，可能会在硬件生态系统中，出现某些 RISC-V 软件无法在所有 RISC-V 芯片上运行的情况。因为不同的 RISC-V 手机芯片并不都支持相同的操作系统，实际上，这种情况已经发生了。当然，RISC-V 芯片制造商有强烈的动力遵守标准，以避免这种情况发生。未来，RISC-V 公司将需要谨慎处理碎片化问题。

RISC-V 拥有成千上万的成员，包括世界领先的计算机公司、大学等，很难想象 RISC-V 不会成为计算领域的重要参与者。也许几年后，人们会争论 ARM 和 RISC-V 哪个更适合智能手机。