PC 時代成就了 x86，行動網路時代 Arm 是絕對的主流，即將到來的 IoT 時代，哪種指令集架構會成功？不少人看好 RISC-V。隨著 RISC-V 在全球特別中國關注度提升，Arm 顯然感到壓力，並公開質疑 RISC-V 的成本、生態系統、版本分裂、安全性、設計保證等問題。讓 Arm 真正有壓力的，既不是開源也不是效能，而是彈性？
▲ RISC-V 基金會成員。
RISC-V 的中國熱潮
RISC-V 是精簡指令集架構（ISA），源自加州大學柏克萊分校 2010 年的新專案，架構簡單、完全開源，且可透過延伸指令自訂。推出幾年後受到全球巨頭的支援，輝達、WD、Google、高通、微軟、華為、阿里巴巴等都加入 RISC-V 基金會。且在印度政府的大力資助下，RISC-V 還成為印度的國家指令集。
RISC-V 指令集在中國更受關注，特別是去年中興事件引發全民對中國芯的關注。「中國 RISC-V 產業聯盟」和「中國開放指令生態系統（RISC-V）聯盟」也在去年相繼成立，上海市經濟資訊委發表的「上海市經濟資訊化委關於開展 2018 年度第二批上海市軟體和積體電路產業發展專項資金（積體電路和電子資訊製造領域）項目申報工作的通知」包含基於 RISC-V 指令集架構的處理器晶片方向，可視為中國首個支援 RISC-V 的相關政策。
除了聯盟和政策，中國企業也在推動 RISC-V 發展，中天微去年 9 月發表支援物聯網安全的 RISC-V 處理器，同月，華米也發表 RISC-V 開源指令集可穿戴處理器。
此時，非營利性組織 RISC-V 基金會希望進一步加速 RISC-V 生態系統在中國的發展，為此成立了中國顧問委員會，並任命半導體資深人方之熙博士擔任主席，帶領委員會在中國推廣 RISC-V 應用，對 RISC-V 基金會的教育與應用推廣戰略提供指導性意見，同時為 RISC-V 基金會和中國政府之間的橋梁。
RISC-V 的熱潮仍在持續，5 月 6 日，RISC-V 基金會開啟了為期 11 天、跨越 5 個城市的 RISC-V 中國路演，在開幕站深圳，阿里巴巴集團平頭哥半導體、芯來科技、晶心科技、UltraSoC、GreenWaves、SiFive 等公司，分享在 RISC-V 方面的最新進展及對 RISC-V 發展的見解。
RISC-V 能讓中國芯避開走不通的兩條路
方之熙在半導體領域有 30 餘年經驗，擁有近 40 項全球專利，曾任英特爾副總裁，並擔任英特爾中國研究院第一任院長。對中國 RISC-V 熱潮，方之熙接受雷鋒網專訪時表示：「RISC-V 在中國受關注有許多原因，但最主要的原因還是中興通訊事件之後，從民眾到產業界都意識到晶片是非常重要的產業，中國必須有自主可控的晶片。」
▲ RISC-V 基金會中國顧問委員會主席方之熙博士。
「但有兩條路證明走不通，一條就是關起門來自己做，典型的就是龍芯。因晶片還是商品，效能再高，沒人用就沒有價值，所以必須有相應的生態系統發揮價值。第二條路就是跟在別人後面，中國有許多公司做 x86、Arm、IBM Power 晶片，在某些特殊領域，用這些指令集架構確實可以做一些事，但受 ISA 所屬公司知識產權（IP）的控制，很難取得成功。」方之熙指出。
RISC-V 全球開放架構沒有知識產權的限制，對中國而言是很好的機會。方之熙表示，RISC-V 既不是關起門來自己做，也不是跟在別人後面，希望中國抓住這個機會，開發自己的 CPU 或 MPU（微處理器）。
不過，生態建設對指令集的成功至關重要，因為在晶片產業，構建生態系統時，一開始就有軟體支援架構，之後形態就很難改變。RISC-V 生態建設剛起步，涉及很多軟體，特別是系統軟體，但系統軟體本身不賺錢，RISC-V 又是開源，因此美國 RISC-V 基金會董事會提了很多建議，希望美國大公司或政府能出資。
「系統軟體很難由一家公司來做，因是為所有 RISC-V 公司服務，目前美國方面還沒有回應。我認為如果中國能有一些項目或資金投入，對於增強中國在 RISC-V 領域的發言權，以及研發中國的 CPU，都是很好的機會。」方之熙表示。
彈性才是 RISC-V 最大的競爭力
從構建中國自主可控的晶片的角度看，開源開放的 RISC-V 確實是不錯的選擇。那麼從技術角度看，RISC-V 的競爭力是價格、效能還是功耗？方之熙認為是彈性。RISC-V 是免費開源的指令集，包含基本指令集、可選擇指令集、用戶指令和特權指令。基本指令集是任何使用 RISC-V 的公司或個人都必須做到的，作業系統和軟體也建立在基本指令集上。可選指令集讓使用者選擇支援或不支援，用戶和特權指令集則可根據應用場景需求增加。
▲ RISC-V 的優勢。
可延伸指令集可能造成版本分裂問題，這也是 Arm 對 RISC-V 的質疑之一。方之熙表示：「開源的硬體和軟體確實要注意版本分裂，對 RISC-V，由於基本指令集必須達成，系統軟體也局限在基本指令集，因此透過必須做到的基本指令集和系統軟體，避免版本分裂。」
他進一步表示，正是因為 RISC-V 提供可拓展指令集，也讓 RISC-V 具備彈性，這一點非常重要。x86 和 Arm 的處理器都很好，但某家公司希望英特爾為 x86 處理器增加某些特徴時，英特爾幾乎不可能做到，即便增加特定功能，價格也隨之上漲。Arm 通用設計非常好，但許多 MCU 公司都用相同的核心，差距更多在 I/O 上，同質化很嚴重，最終就是拚價格。
還有不少人可能期待 RISC-V 的免授權費帶來的價格優勢，方之熙認為這並不會成為 RISC-V 最大的優勢，RISC-V 會將低階設計完全開源免費，Arm 也能把簡單設計開源免費供大家使用，想使用 RISC-V 的公司還是應該關注 RISC-V 可根據應用場景的差異化。
效能和功耗方面，由於沒有 x86 或 Arm 指令集背負的相容性包袱，從這個角度看 RISC-V 指令集對提升功耗和效能有很大的好處。但方之熙強調：「指令集與效能、功耗的關係不是太大，最主要的還是設計功力，一個團隊如果設計過幾次晶片，就會有較強功力，同樣的指令集架構就能設計出功耗和效能更好的處理器。」
RISC-V 的彈性在 AI 同樣能發揮作用。方之熙表示，AI 的資訊安全更重要，RISC-V 方案較靈活，更容易達成安全的效能。
RISC-V 的彈性將在四大領域展現優勢
既然彈性是 RISC-V 最重要的特徴，那這種彈性在哪些領域能體現出來？
方之熙認為，第一個領域是 IoT，這個市場本身也面臨版本分裂的問題，開發者可以開發 RISC-V 的用戶指令集，滿足從低功耗的可穿戴裝置到普通家電再到工控市場等的晶片。
第二個市場是專屬晶片，比如 WD 及 Nvidia 開發專屬的 RISC-V 控制器，可以加入新指令，不僅能降低功耗和提高效能，還能設計不同的安全機制和安全演算法。在中國，高鐵、電網等細分市場對專屬晶片也有很強的需求，還能滿足自主可控的要求。
第三個市場是資料中心市場，亞馬遜、Google、Facebook 都有自己的資料中心，但現在的資料中心處理器功耗是非常大的問題，由於這些公司在軟體不依賴其他公司，因此可根據需求及商業模式設計適合自己的 RISC-V 處理器。特別是在 AI 時代，不同的深度學習演算法對硬體架構的要求差距很大，這時候靈活的 RISC-V 處理器更能滿足要求。
第四個市場是邊緣計算市場，目前正快速發展，但業界廣泛看好。在邊緣計算市場，同樣有非常多的應用場景，比如智慧家庭、智慧交通、智慧大樓、智慧工業，這些應用對晶片的效能、功耗、安全性都有不同的要求，RISC-V 的彈性很能發揮作用。
值得注意的是，目前 RISC-V 的標準指令集裡還沒有安全指令，但可以用國際通用法，比如 TrustZone 做到安全機制。但 Arm 的經驗告訴我們，統一方法很容易被駭客發現問題或攻擊。因此 RISC-V 基金會討論多次，發現資訊安全在不同領域和不同國家很難統一，資訊安全委員會目前更傾向不在 RISC-V 加入統一安全指令，而是讓不同領域和地區自己確定安全指令。當然，這些安全指令互不重疊。
方之熙表示：「真正理解 RISC-V 的優點，好好利用 RISC-V 的彈性優勢，能根據應用需求，設計出差異化且合適的 RISC-V 晶片滿足市場需求，一定比 Arm 好，將來會成為這個領域的第一名。」
使用 RISC-V 需要拋棄短平快想法
今年 1 月中國大概有 60 多家公司想使用 RISC-V，但想設計 RISC-V CPU 的公司不到三分之一。方之熙也特別指出，RISC-V 雖然開源，但不像 Linux 和 Android 拿來就可以用，RISC-V 是指令集架構，想要用它還要做很多設計工作，這些工作不僅必要且辛苦，甚至比 Arm 的設計還要難。
「想做 RISC-V 的公司一定要拋棄短平快的想法，因為晶片和網路不一樣，不是更早把晶片推向市場就能占有市場。效能、可靠性、安全性更強，但推出時間晚一些同樣能占領市場，關鍵還是要沉下心認真研究應用需求，讓 RISC-V 晶片適應這個市場，讓用戶願意用。」方之熙表示。
▲ RISC-V 基金會成員數量。
另外，RISC-V 在全球有超過 235 個成員，加入基金會的中國公司只有 20 多間。方之熙表示，希望鼓勵和看到更多中國公司加入 RISC-V 基金會。他表示，加入 RISC-V 基金會每年的會費最低只要 5,000 美元，對一家公司而言不算很貴。加入基金會有很多好處，不僅能參加委員會各種活動，與不同背景、不同公司的人討論各種提案，也能加深對 RISC-V 的理解。RISC-V 基金會非常民主，討論新指令和標準時，如果中國公司不參與，有意見時當然也不會採納。
小結
RISC-V 為新開源指令集架構引發全球關注，去年 Arm 建網站攻擊 RISC-V 的行為表明 Arm 對新對手的擔心。採訪方之熙博士的過程中，他一直強調 RISC-V 彈性的優點。這很大程度證明了讓 Arm 真正焦慮的，是 RISC-V 的彈性，更能滿足未來市場的需求。基於 RISC-V 的彈性，能在 IoT、專屬晶片、資料中心、邊緣計算市場發揮效能、功耗、安全性等優勢。
當然，我們也要看到 RISC-V 的問題，比如版本分裂的風險，以及生態系統的建設還處於非常早期階段，想設計相對複雜的 RISC-V 晶片仍需要工具鏈支援。
（本文由 雷鋒網 授權轉載；首圖為 RISC-V 原型，來源：Derrick Coetzee (User:Dcoetzee) [CC0], via Wikimedia Commons）
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