关于RISC-V ，这是你需要知道的！

来源：内容来自半导体行业观察（ID：icbank）编译自semiengineering，谢谢。

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RISC-V 是加州大学伯克利分校开发人员在 2010 年构想的开放标准指令集架构 (ISA)，正在不断发展壮大。RISC-V 中的 RISC 代表精简指令集计算机，这意味着它旨在简化给计算机的每条单独指令。由于 RISC-V 是一个开放标准，任何人都可以实施、定制和扩展 ISA 以满足他们的要求。不过，RISC-V 并不是第一个开放的 ISA：一些较旧的 RISC ISA，包括 POWER 和 SPARC，已经作为开源发布到公共领域。例如，OpenRISC 项目已被证明在学术界和业余爱好者圈子中很受欢迎。然而，以前的开源架构每一个能够获得像 RISC-V 这样的全行业牵引力。

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 RISC-V 有什么了不起的？一句话：自由。无论您是种子初创企业、家庭爱好者还是行业重量级人物，RISC-V 都提供了一种为您的设备设计和构建芯片的方法，该芯片经过定制以包含您需要的一切，而没有您不需要的一切。RISC-V 也是一个无国界的 ISA。鉴于阻碍当今半导体技术自由贸易的前所未有的地缘政治和供应链影响，从美国和欧洲到中国和俄罗斯的公司正在转向甚至合作加强 RISC-V 作为全球开放规范。RISC-V 成功的另一个关键驱动因素是它的灵活性。随着摩尔定律的放缓以及设计芯片的成本和复杂性飙升，芯片设计人员正在从工艺节点扩展转向采用专业计算来满足新的计算需求。与不允许自由修改的商业 ISA 不同，RISC-V 还允许用户实施自定义指令和扩展，从而启用高度专业化的芯片，针对独特和特定的工作负载进行优化。扩展包括原子操作并支持以 AI 和 HPC 为中心的处理，例如浮点数学 (bfloat)、矩阵乘法、向量扩展和量化。最初对 RISC-V 的负面评价主要围绕着肆无忌惮的定制以及这将导致碎片化的危险。更严格控制的商业 ISA 的一个关键优势是能够以最小的适应在不同处理器 IP 之间移植代码。移除控件，您最终可能会得到数千个不同定制的“碎片化”版本的处理器 IP，每个版本都只能成功运行专门编写的与之兼容的软件。RISC-V International 协调 RISC-V 指令集架构 (ISA) 的开发，正在采取措施减轻碎片化，让任何人构建自定义扩展以公开发布它，以便它可以得到 RISC- 的批准和标准化。

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 RISC-V芯片能做什么？

该行业很快就接受了 RISC-V，并且没有放缓的迹象。出于显而易见的原因，学术界已经接受 RISC-V 作为免费的教学工具。在企业市场中，各种规模的公司，小到个人，都在使用 RISC-V ISA 设计硬件以适应广泛的应用，包括人工智能 (AI)、虚拟和增强现实（VR 和 AR，统称为XR)、汽车、云、高性能计算 (HPC)、物联网 (IoT)、存储、边缘设备和网络基础设施。RISC-V 已经走在明确的道路上，可以在嵌入式领域获得重要的市场份额，在用于设备主应用处理器之外的辅助功能的处理器中。这些是深度嵌入的应用程序——最终用户不知道 RISC-V 在芯片中，但它在那里执行关键功能，如上电排序、状态机控制以及电压调整和监控。

然而，每周，我们都会看到头条新闻暗示 RISC-V 在高性能应用中的应用。2022 年 6 月，博洛尼亚大学的大学生与意大利最大的超级计算中心 CINECA 合作，产生了第一台能够表现出平衡功耗和性能的 RISC-V 超级计算机。2022 年 9 月，NASA 宣布其下一代高性能航天计算 (HPSC) 处理器将基于 RISC-V 构建。

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 RISC-V 的 5 大优点

RISC-V 已经存在了一段时间，如果你在这里，那是因为你听说过它。但也许你仍然需要确信它是未来？如果您仍然想知道它的潜力和好处，这里有五个关于 RISC-V 的好处。1. RISC-V 是一个开放标准让我们从简单的开始。这不是什么新鲜事，但让我们弄清楚开放标准的含义。开放标准并不一定意味着开源。RISC-V 架构通常被描述为“开源”，这是不准确的。正如我们在 这篇关于 RISC-V 架构许可的文章中所解释的那样，RISC-V 就像 C、Wi-Fi 或 LTE，RISC-V International 分别扮演着 ANSI、IEEE 802.11 和 3GPP 的角色定义和管理人们可以自由选择实施的标准。但这是一个书面标准——不是实现或微架构。与其他开放标准一样，RISC-V 许可证可以是开源的也可以是商业的。因此，RISC-V 指令集架构 (ISA) 是开放的，这意味着它是免费的，任何人都可以下载文档以随意使用它，而无需征得任何人的许可。这很棒，因为它允许较小的开发人员、公司和团体（如学者）设计和构建硬件，而无需支付昂贵的专有 ISA 许可和版税。RISC-V 可供所有人使用。2. RISC-V 对大学研究人员具有吸引力您可能已经知道 RISC-V 于 2010 年作为加州大学伯克利分校的一个大学研究项目开始。正如我们刚刚提到的它带来的有趣的财务方面，看到越来越多的大学研究人员研究这并不奇怪。现在，研究人员可以通过两种方式做到这一点。感谢加州大学伯克利分校等各种学术机构的工作，有可用的 RISC-V ISA 的免费开源实现。这些可以在大学项目中用于完成没有开放标准就不可能完成的工作。更进一步，大学还可以与正在开发大学课程的 RISC-V 公司合作。让今天的学生成为明天的工程师的好方法！Codasip 例如有一个 大学课程。通过与学术界合作，我们可以加速 RISC-V IP 和设计自动化的开发。让大学研究人员致力于 RISC-V 是其成功解决未来技术挑战的另一个关键。3. RISC-V 允许定制这就是 RISC-V 的真正潜力所在。RISC-V 开放标准允许人们进行定制。然而，大多数商业公司不支持这一点。他们销售标准的、固定的产品。当然，如果你设计自己的代码，那么自由就在那里——但对大多数人来说，这是不可能的。一些公司，比如 Codasip，提供了两全其美：定制和丰富的 RISC-V 生态系统。由于 RISC-V 是一种分层且可扩展的 ISA，这些公司允许您实现基线指令集、可选扩展，并为给定应用程序添加自定义扩展。让我在这里澄清一件事。不要混淆自定义和配置。能够选择缓存的大小很棒，但这不是自定义。定制意味着能够修改指令集架构和微架构。这非常强大，因为这就是您如何设计一个完全适合您的独特需求的特定应用处理器。4. RISC-V 给你自由和所有权现在让我们更进一步。通过允许定制，RISC-V 允许您独立。您可以根据需要修改的开放标准工作。您现在可以按照自己的方式做自己的事情，同时仍然可以谈论标准 RISC-V 架构和软件互操作性的优势。这是非常强大的东西，在许多行业领域都将是至关重要的。让我们以汽车为例。拥有差异化的能力是在如此快速发展的行业取得成功的关键。该行业的参与者需要一流的质量 IP，还需要处理器设计自动化技术，该技术具有通过处理器定制加速创新的潜力。5. RISC-V 生态系统发展迅速RISC-V 标准由 RISC-V International 维护， RISC-V International 吸纳了 70 个国家的 3,100 多名 RISC-V 成员。过去有新的处理器和新的 ISA。但 RISC-V 的不同之处在于生态系统。正如英特尔和 Arm 都表明的那样，这是处理器架构成功的关键因素。更多的生态系统参与者意味着更多的软件、更多的工具：这意味着更多的开发人员选择该 ISA、更多的商业牵引力，这反过来又在加速良性循环中吸引更多的生态系统合作伙伴。正是这种螺旋式推动了 RISC-V 的市场成功。RISC-V 适合所有人。这就是它的伟大之处。随着更多的参与者，从工具和 IP 提供商到采用者，只有更多的选择才能带来更大的创新。

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 如何在我的产品中使用 RISC-V 芯片？

理论上，RISC-V ISA 是开放的，任何人都可以下载并使用它来设计自己的定制硅芯片。事实上，事情并没有那么简单。考虑到，平均而言，设计新芯片的 75% 以上的时间和成本都用于功能验证——确保芯片在流片（在硅片中物理实现）之前能够按预期运行——然后进行验证。随着芯片设计者采用更小的工艺节点，这一工艺变得越来越昂贵。在 3nm 上设计一些东西可能需要由数千名工程师组成的设计团队工作数万小时并花费数亿美元来完成功能验证步骤。与从头开始模拟、设计和验证 RISC-V 芯片相关的成本相比，从不断增长的商业 IP 供应商列表中许可现成和预先验证的 RISC-V 内核通常具有经济意义。大多数供应商也为专门的工作负载提供定制服务。当然，如果您要满足规模经济以使您能够使用 RISC-V ISA 设计出真正独特的东西，您将需要能够与 RISC-V ISA 一起进行仿真的电子设计自动化 (EDA) 工具，设计和验证您的设计。