今年 7 月，由圖靈獎得主大衛 · 帕特森（David A. Patterson）領銜的 RISC-V 國際開源實驗室（RISC-V International Open Source Lab，以下簡稱：RIOS）宣布將推出一款基于 RISC-V 的微型電腦——PicoRio。

RISC-V 是國際流行的開源（僅 ISA）指令集標準，任何人都可以免費使用，并自由將它用于芯片設計、制造和銷售。RISC-V 近兩年高速發展，它不僅被眾多國人寄予厚望能幫助我們走出缺 “芯” 的困局，還容納了不少跨國公司的避險需求。

DeepTech 聯系到了帕特森教授的學生、RIOS 執行主任譚章熹博士，聽他詳細介紹了 PicoRio、RIOS，以及 RISC-V 的發展現狀。

為軟件開發者準備的“瑞士軍刀”——PicoRio

RIOS 實驗室于去年 11 月在深圳正式掛牌成立。它隸屬于清華 - 伯克利深圳研究院（TBSI），是一個致力于推動 RISC-V 生態構建的非營利性組織，PicoRio 將是他們向外界推廣的第一款開源硬件。

當前，由于 RISC-V 的硬件稀缺，導致攢一臺可用的機器大概需要 1000 美元左右，這個數字同一臺蘋果 MacBook Air 價格相當，加之 RISC-V 軟件生態的相對匱乏，很難想象開發者有足夠的動力嘗試。

本次 RIOS 推出 PicoRio 目的旨在改變這種尷尬的現狀，通過開源、廉價但功能完備的硬件來吸引開發者，共同構建并完善 RISC-V 生態和提高其影響力。據譚章熹透露，PicoRio 將同樹莓派（Raspberry Pi）的價位保持一致，100 美元是它的價格上限。

樹莓派是基于 Linux 的單片機電腦，由英國樹莓派基金會開發，目的是以低價硬件及自由軟件促進學校的基本計算機科學教育。自 2012 年推出以來，累計售出超過 3000 萬臺，惠及眾多學生與開發者。

RIOS 認為這樣的策略值得學習。譚章熹相信，這是一項全新的事業，中國人有望引領并深刻改變整個計算機產業。

目前，PicoRio 的消息已經吸引了一些公司或組織。樹莓派、BeagleBoard、Imagination Technologies、某高通驍龍芯片系統方案商等，甚至還包括了粵港澳大灣區和臺灣的十所高等院校。

據悉，PicoRio 的軟硬件開發計劃大概分成三步。

PicoRio 1.0將是一個缺少 GPU 模塊的 “命令行” 版本。

它搭載一個基于 RISC-V 指令標準的異構眾核處理器（Pygmy SoC），這是一款支持運行 64 位 Linux 四核 RV64GC 的處理器，使用臺積電 28nm 制程工藝制造，主頻預計 500 MHz 以上。

圖 | PicoRio Pygmy RISC-V SoC

PicoRio 1.0 將支持以命令行方式啟動 Chromium OS 內核，支持 Chrome V8 Javascript 引擎，Alpha 版本將于 2020 年內發布。

PicoRio 2.0除了在硬件方面持續改進之外，也將通過與 Imagination 的合作，集成 PowerVR GPU，屆時 PicoRio 將成為一個完整意義的“電腦”，達到樹莓派 3 或 4 的水平。

PicoRio 3.0將是一個硬件全面增強的版本，尤其是 CPU、GPU 方面，可以達到運行完整 Chromium OS 的水平。

圖 | PicoRio 1.0 芯片封裝 FCCSP 諜照

截至目前，PicoRio 上已經可以運行 Gentoo 和 Red Hat 旗下的 Fedora 等 Linux 發行版本。2020 年 1 月，RIOS 便開始了對 CROS 跨系統工具鏈的開發及 Chromium OS 內核和 Chrome V8 JS 引擎的移植工作，到 7 月底以上工作已基本完成。

未來，PicoRio 除了可以運行基于本身硬件的 Liunx 系統之外，還將大力發展類似 Chromium OS 的 “云電腦” 模式，考慮到其不足 100 美元的低廉價格，一旦能夠真正滿足日常的學習、辦公需求，應用場景將超過樹莓派，變得異常廣闊。

需要說明的是，Chromebook（搭載了 Chromium OS 的筆記本電腦）在國內可能名不見經傳，但它在美國早已廣泛落地應用。據咨詢公司 Futuresource 的數據，2019 年 Google 占領了美國 60％ 的教育計算機市場。

譚章熹這樣描述 PicoRio 與樹莓派的異同。

他說，PicoRio 項目確實受了樹莓派的啟發，并同樣瞄準了教育、機器人等領域市場。但最大的不同是， PicoRio 將盡量多地開源相關組件，包括但不限于 CPU 和 主要 SoC 設計、芯片封裝和電路板設計文件、設備驅動程序以及固件等等。

未來 PicoRio 暫不準備朝著打造單一超高性能的 PC 方向發展，更多地是傾向于完善緩存控制器、互連等重要的周邊軟硬件生態。

RIOS 希望 PicoRio 能將 RISC-V 的生態帶入到一個正向的循環，隨著開發者和軟件生態的完善，新晉開發者的學習和遷移成本將快速降低。

壟斷 VS 開源，被寄予厚望的 RISC-V

提及 RISC-V，大衛 · 帕特森教授的名字是無法繞過的。他是名副其實的 RISC-V 之父，自 1980 年便在伯克利大學開始了 RISC 的相關工作，直至今日。

同時他也是圖靈獎和馮諾依曼獎得主，外界普遍認為是他創造了 RISC（Reduced instruction set computer，精簡指令集）這個術語。

譚章熹自 2005 年便開始追隨帕特森教授，是他唯一的做系統結構研究的中國學生，在 RISC-V 這個領域，他在客觀上實現了 “最早” 二字。譚章熹笑著說，“現在我同帕特森教授接觸的時間甚至超過了學生時期。”

RIOS 由帕特森教授牽頭創立，在權威性方面自然不容置疑。并且因此，RIOS 具備了比目前國內的其他任何 RISC-V 組織都要領先的國際化方面優勢，這也是中國未來能在 RISC-V 的國際舞臺發揮影響力的先決條件之一。

目前，仍然活躍在商業領域的指令集分成兩大類：以 ARM、RISC-V 及 MIPS 為代表的精簡指令集（RISC）和以 X86 為代表的復雜指令集（CISC）。這里的精簡和復雜可以簡單理解為所包含指令數目的多少。

X86架構由大名鼎鼎的 Intel 首創，且除 AMD 之外基本不再對外授權。目前，在 PC 和服務器兩大市場，X86 芯片處于絕對的霸主地位，客觀上形成了 Intel 與 AMD 共同的壟斷。

ARM則選擇了付費授權的模式。由于其在功耗方面的優勢，幾乎所有的智能手機（蘋果、安卓）、平板、便攜智能設備，都使用了 ARM 架構。

MIPS同 ARM 的商業模式類似，但遺憾的是它在商業上是失敗者。該公司幾經轉手，技術人員離職，產品停止維護，母公司 Wave Computing 瀕臨破產。目前 MIPS 甚至加入了 RISC-V 基金會，成為了戰略成員之一。

值得注意的是，今年 8 月，MIPS 重要客戶龍芯中科的董事長胡偉武，在一次學術報告中稱將推出基于 MIPS 的自主兼容 LoongArch 指令集，這無疑讓 MIPS 的處境雪上加霜。

可以說，在指令集領域，如果作為后來者的中國想要擺脫別國的鉗制，目前切實的選擇并不多。而由于龍芯的 LoongArch 體系仍處于開發之中，所以大家更多地將目光集中到了 RISC-V。

在這個微妙的時間節點，9 月中旬傳出了 NVIDIA 以 400 億美元從日本軟銀手中收購芯片設計公司 ARM 的消息。

外界普遍認為，一旦美國公司 NVIDIA 成功收購 ARM，必將導致芯片行業的集中度進一步加劇。考慮到中美目前的經貿摩擦，所有美國以外的半導體產業相關公司都不得不重新評估 ARM 未來的可靠性。

其實中國并非沒有機會建立屬于自己的指令集標準，但奈何終究錯過。

中科院計算所研究員包云崗在 2017 年的一篇文章中寫道，2012 年中國曾在工信部的推動下計劃制定 CPU 指令集國家標準。然而，一方面由于國內幾家選擇了不同指令集的國產處理器各不相讓，另一方面從零開始設計一套全新的指令集又讓人望而卻步，于是國家指令集便逐漸沒有了下文。

譚章熹認為，目前的情勢對于 RISC-V 來說是一個千載難逢的契機。具備可替代 X86、ARM 指令集生態體系的潛在選項并不多，RISC-V 憑借較高的國際認可度，如果國內再形成合力，將有望推動 RISC-V 爆發式發展，這將從根本上顛覆現有的芯片市場格局。

他認為，得道多助，失道寡助，唯有開源方可對抗壟斷。

訪談最后，譚章熹對業內關心的關于RISC-V 指令集標準更新滯后的問題作出了回應。

他說，指令集標準的制定同法律一樣，某種程度上無法避免存在一定的滯后性。

法律的滯后性源于它一般只能對重大的事件和比較成熟的司法經驗做出規定。作為規則，它必須保持足夠的穩定性，絕不能輕易“朝令夕改”，否則民眾難以適應，司法機關也無從執行。

而指令集標準的迭代也是由現有的產品和業務驅動的，只有趨勢非常明顯的時候才能將其作為列入拓展指令集的備選，這主要由于某些領域的芯片指令集并不像藍牙、WiFi 等有清晰的落地應用場景，甚至可以在產品出廠之前明確標準。

此外，RISC-V 國際基金會也并不是一個擁有大量研發資源的機構，而是一個松散的民主型組織，所以它無法像公司一樣主導成員的工作。

大衛 · 帕特森的野望

帕特森出生于 1947 年，年逾古稀的他至今仍活躍在 RISC-V 的舞臺，并積極推動 RISC-V 能在包括中國在內的全世界范圍內開花結果。

譚章熹介紹道，“導師經常跟我們講 1937 年美籍空軍志愿大隊（飛虎隊）幫助中國抗擊日本侵略者的故事，他真心希望 RISC-V 能在中國加速，起飛，然后飛高飛遠。”

近日，有外媒報道，與 RIOS 同處 RISC-V 陣營，總部位于舊金山的 SiFive 下個月將推出世界上第一臺 RISC-V PC。

歷史的機遇和考驗明確擺在了 RIOS 的面前，愿他們能夠“只爭朝夕，不負韶華”。

原文標題：RISC-V軟件開發“瑞士軍刀”出鞘！圖靈獎得主攜開源硬件解決中國“芯”問題｜專訪

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責任編輯：haq