完全开源、无专利掣肘，RISC-V会是芯片自主的关键解吗？| 年度行业研究( 二 ) 2020年

1981年， Patterson 教授推出了RISC-1原型。在那之后近十年的时间里， Patterson 教授及其团队不断优化和改良 RISC ，并在 1988 年推出了第四代 RISC-IV 。在此之后，英特尔 x86 架构和ARM 架构相继迎来高速发展期，迅速崛起逐步占有市场主导，下一代RISC被搁置。
直到 2010 年，加州大学伯克利分校的Krste Asanovic的研究团队想要为新项目选择一个指令集，却发现传统商业闭源指令集中 x86 架构非常封闭，而 ARM 指令集授权费又十分昂贵，都无法满足他们的需求，于是找来了 Patterson 教授一同改良和升级RISC以满足需求，最终Krste Asanovic、David Patterson和学生一起创造出了RISC-V指令集的雏形。
开源精神是 RISC-V 初衷， RISC-V的开发团队希望这是一个完全开放的指令架构，可以为任何组织机构和商业组织所使用。
2013 年， RISC-V 使用 BSD（Berkeley Software Distribution）协议开源，这意味着几乎任何人都可以使用 RISC-V 指令集进行芯片设计和开发，商品化之后也不需要支付授权费用。
2015年， RISC-V基金会成立，其总部注册地位于美国特拉华州，进一步促进推广 RISC-V ，缴纳会费的注册会员可以投票表决改动和使用兼容性商标。迄今为止，已有超过 327 家公司和机构加入了 RISC-V 基金会。
2020年3月， RISC-V基金会注册地从美国迁往中立国家瑞士。
二、RISC-V 为什么被认为是ARM的最有力竞争者近年来，随着RISC-V不断被推广，越来越多的芯片开发者开始注意到这一开源的芯片架构，并且被认为极有可能在未来与ARM并驾齐驱。
文章插图
各架构处理器举例
为什么业内会对RISC-V寄予厚望？
这首先要从RISC-V的特点开始说起。简单总结，其核心特点包括以下三个：
1.完全开源
RISC-V是开源指令集架构（ISA），与大多数指令集相比， RISC-V指令集可以自由地用于任何目的，允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。 RISC-V采用宽松的BSD开源协议，架构可自由创新，允许企业添加自有指令集拓展且不必开放共享，更有利于实现差异化发展。 RISC-V基金会不会对指令集使用收取高额的授权费。
开源的特性，也让RISC-V的使用并不会受到单一公司的绑定。因此也一度被认为是我国实现芯片自主的希望。
2.架构简单
RISC-V秉承“大道至简”的设计哲学。
RISC-V的规范文档仅有145页，而“特权架构文档”的篇幅也仅为91页，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。这意味着使用RISC-V进行软硬件研发的工程师们能更容易上手，更快进行开发验证，可以缩短芯片和软件的研发周期、降低成本。
而在处理器领域的主流架构的x86与ARM的架构文档都在2000页左右的规格（这一数字还在继续变大）。而且也再难以“瘦身” ，原因在于，这些规范文档是处理器架构技术几十年的发展的产物，作为商用的架构，为了能够保持架构既可以向前兼容也可以满足向后兼容性， x86与ARM架构不得不保留许多“过时”的定义，而且在定义新的架构部分时也必须考虑已有技术。指令数目多、冗余严重、文档数量庞大使得开发人员在x86与ARM在这些架构上开发新的操作系统或者直接开发应用门槛很高。
值得一提的是， RISC-V同时提供了详细的特权级指令规范和用户级指令规范的详细信息，使开发者能非常方便地移植linux和unix系统到RISC-V平台。
3.模块化设计
“短小精悍”之外， RISC-V还采用模块化设计将其不同部分组织在一起，从而使得通过统一架构满足各种不同的应用成为可能。
比如针对于小面积低功耗嵌入式场景，用户可以选择RV32IC组合的指令集，仅使用Machine Mode（机器模式）；而高性能应用操作系统场景则可以选择譬如RV32IMFDC的指令集，使用Machine Mode（计算机模式）与User Mode（用户模式）两种模式，他们共同的部分则可以相互兼容。