RISC-V正引領著開源理念在硬件社區中的接受，它促進了前所未有的行業協作，并重新激發了學術界與產業界之間的緊密聯系。

目前，我們面臨著一個關鍵問題：這種布局是否僅僅是行業在重新學習處理器開發過程中的一個過渡方案，還是RISC-V處理器架構本身就是一種革命性的創新。不論結果如何，對于更加靈活多變的處理器架構的需求都是明確且迫切的，而RISC-V至少在目前填補了這一領域的空白。Bluespec 產品和業務開發副總裁 Loren Hobbs 表示：“RISC-V自誕生起就源于學術界，并且從一開始就在各大高校之間建立了深厚的合作關系。這種合作持續至今，許多備受歡迎的開源RISC-V處理器都源自高校。OpenHW Group和CHIPS Alliance等組織在推動學術界與工業界之間的雙向合作中扮演著核心且重要的角色。”過去，工業界中并未形成過這樣的合作模式。OpenHW的CEO Florian Wohlrab表示：“我們正在相互學習，汲取最佳驗證實踐的精華。同時，我們也在學習哪些方法是應該避免的。隨著人們逐漸認識到‘分享想法確實能帶來益處’，這種合作模式正在不斷發展壯大。”
處理器靈活性的需求在產業界和學術界中都存在。西門子EDA的市場總監Neil Hand表示：“產業界在處理器方面需要多元化。” “以前，因為各自為營，很多公司都合作不起來。但現在RISC-V有個很團結的中心組織，誰想搞處理器都能加入一起干。大家不用亮出底牌，但都能從中受益。這就像是水漲船高，RISC-V就處在這個好時候。”

RISC-V的生命力

RISC-V能否在行業中持續這一成功勢頭，還是隨著時間的推移逐漸消亡，還有待觀察。但至少目前，RISC-V 的發展勢頭正在增長。“我們正處于硬件設計革命的開始階段，”OpenHW 的 Wohlrab 表示。“20 年前 Linux 問世時，我們在軟件方面也看到了同樣的事情。沒有人真正考慮共享軟件或協作開發軟件。盡管存在一些小規模的開源項目，但大型項目的合作開發還需要長時間的積累。如今，我們已經習慣了軟件的共享與協作。對于硬件而言，我們才剛剛開始探索這一全新理念，許多人需要意識到，我們在硬件領域也能實現與軟件相同的協作模式。”RISC-V的成功背后，離不開廣泛的合作與協作。“RISC-V成功的關鍵支柱之一，在于其與生態系統的緊密配合以及利用明確的開發流程，”SmartDV應用工程副總裁Sergio Marchese強調，“RISC-V供應商面臨的挑戰在于如何展示其處理器定制化能力如何服務于實際應用，并在真實硬件上驗證整個流程。缺乏戰略合作伙伴的支持，RISC-V供應商將面臨更為艱巨、耗時且資源密集的發展道路。”這一框架的建立，正是RISC-V獨特之處的體現。“RISC-V為合作構建了這一框架，并解決了諸多問題，”Siemens的Hand指出，“如今，當某所大學在處理器設計中提出關于內存標記的創新想法時，他們無需從頭開始構建編譯器或參考平臺，因為這些都已經有了。同樣，如果一家編譯器優化初創公司有了處理代碼優化的新思路，他們也無需構建整個生態系統。當處理器IP公司有了創新點子，他們可以在這個更大的框架中專注發展。這正是RISC-V的獨特之處，它不僅僅是一個處理器規格，更是一個開放的協作平臺。”從歷史上看，開源硬件的一個問題是質量，因為硅芯片中的缺陷檢測成本高昂。OpenHW在解決這一難題中起到了關鍵作用。Wohlrab提出：“為何我們需要各自為戰，重復造輪子呢？為何不采用一些基本的構建模塊，如基礎芯片，并結合學術界中質量可靠的設計，共同進行構建和驗證？我們運用多樣化的工具進行驗證，確保驗證的覆蓋面廣泛而深入，進而使得每個人都能將這些經過驗證的模塊應用到自家的芯片中，實現大規模生產和批量供應。”

在學術領域，RISC-V架構的采用對于各規模的企業都帶來了顯著的益處。Hand指出：“當前已有多個處理器供應商轉向RISC-V架構，包括Synopsys、Andes以及MIPS等。這一轉變的驅動力在于RISC-V能夠充分利用整個生態系統所提供的優勢。盡管商品化是這一轉變的潛在缺點，但對于客戶而言，它實際上帶來了顯著的益處，因為它允許客戶在設計流程的后期階段再決定選擇哪種處理器。客戶首先需要在Arm生態系統和RISC-V之間做出選擇，然后基于這一選擇進行后續工作。這種靈活性為學術研究和產業實踐創造了一系列有趣的動態。對于開發和提供知識產權（IP）的公司而言，他們可以開始探索新的機會，通過基準測試、替換和比較不同的處理器架構，以確定哪種架構最適合他們的需求。然而，從鎖定視角來看，一旦企業選擇了RISC-V架構，可能會面臨一些挑戰。”

碎片化

當然，系統中會存在一些摩擦。西門子 EDA 產品管理總監 Geir Eide 表示：“在 RISC-V 的早期，該技術的貢獻者和消費者之間幾乎保持 1:1 的平衡。如今，RISC-V 消費者有數千人，但其中只有一小部分人會成為貢獻者。他們之間可能會出現脫節。例如，如果某個特定市場或區域的增長速度高于其他市場或區域，或者其他市場和區域更為保守，他們往往會更長時間地堅持既定的解決方案。這增加了導致碎片化的風險。”這種趨勢是否會對長期發展產生影響？“我們不認為 RISC-V 會成為區域集中，盡管在 RISC-V 提供的廣泛實施選擇中可能會出現區域集中的情況，”Bluespec 的 Hobbs 表示。“巴塞羅那超級計算機中心就是一個很好的例子，它為使用 RISC-V 的高性能計算創建了一個區域重點領域。然而，雖然可能存在區域重點領域，但這并不意味著 RISC-V 標準是或將變得支離破碎。事實上，RISC-V 創建和建立的關鍵原則之一就是防止 ISA 的碎片化，這也是 RISC-V 國際組織一直關注的核心功能。”然而，中國的情況可能有所不同。Arteris 客戶服務副總裁 John Min 表示：“中國很多公司都在開發 RISC-V 內核供內部使用，這得到了政府激勵的加速。我認為中國將在嵌入式領域全面采用RISC-V。產品，但這是一條單行道。他們將繼續利用西方公司的做法并加以改進。中國將繼續吸收所有進步，例如矢量化或特定領域的特殊加速增強。他們將創造自己的產品并在內部將其變成自己的產品，但他們不會給予任何回報。”過去確實出現過類似的分裂現象。Hand指出：“設計語言就是最近的一個例子。”他解釋說，“那時存在地域性的分歧，歐洲專注于VHDL，而美國則選擇了Verilog。對于RISC-V而言，也會出現類似的區域性分裂，各地的人們會基于本地需求進行各自的開發。歐洲有專注的項目，印度也有他們自己的項目，但他們都在RISC-V這一框架下進行。他們意識到這樣做是互利的。他們并不是為了造福他人而這么做，最終是為了節省自己的精力和成本，但他們也認識到，在RISC-V的框架下工作，對所有人都是有益的。”

雙向性

一個重要因素是每個人都能受益，而且這必須跨越學術/商業界限。“RISC-V 推動了學術界和商業組織之間新程度的合作，”Breker 首席執行官 Dave Kelf 表示：“值得注意的是，加州克萊蒙特的哈維穆德學院和瑞士蘇黎世聯邦理工學院等機構已經制作了先進的處理器設計作為教學輔助工具，并與多家公司合作進行驗證和設計。OpenHW 集團進一步推進了這一進程，使這些設計可供業界使用。這種雙向合作有利于工具提供商進一步增強他們在先進開放設備上的產品，同時也使學術界能夠將他們的設計改進到商業質量水平。如果我們要看到 RISC-V 成為一種主流的、全行業的技術，那么建立良性循環至關重要。”學術界在硬件發展方面大有可為。SiFive企業傳播主管 Dave Miller 表示：“大學的研究人員正在開發創新的新軟件和硬件，以突破 RISC-V 創新的極限。學術界的許多 RISC-V 項目都專注于優化 AI 工作負載的性能和能源效率，并且都是開源的，因此整個生態系統都可以受益。研究人員還積極為 RISC-V 工作組做出貢獻，分享他們的知識并與行業參與者合作。這些工作組由來自亞太地區、歐洲和北美的代表組成，他們齊心協力，共同實現共同目標。”在許多情況下，行業愿意資助此類項目。“這使得研究課題更容易獲得，而不必費盡心機，”漢德說。“如果你是一名博士生，并且有一個好主意，你可以去做。行業合作伙伴很容易說，‘我會贊助它。這是一件有趣的事情，我不需要為一個開放式項目分配大量資金。就好像我可以看到這項研究以后如何轉化為商業產品的聯系。’”這回饋給了學術界。“學術界已經加入 OpenHW，”Wohlrab 說。“通過利用核心并將其產品化，他們得到了可以大批量出貨的芯片。然后他們可以對真正的商業產品進行研究，看看他們的想法是否能在現實生活中實現。他們得到了真實的數字，可以看到新分支預測器帶來的好處。”它還可以為工具帶來長期利益。“他們希望在某些領域與我們合作，特別是在安全領域，”Synopsys聯盟營銷管理執行董事 Kiran Vittal 表示。“他們正在使用開源 RISC-V 處理器構建基于 RISC-V 的子系統，然后學術界不僅希望研究 AI 部分，還希望研究安全部分。有博士后或博士生正在研究使用我們的工具來驗證或實施他們在安全方面所做的工作。”這激勵 EDA 為大學提供更好的工具。西門子的Eide說：“盡管大學和行業之間一直存在合作，行業為大學提供 EDA 工具、IP 核心等，但往往存在一些滯后。”“在許多情況下（特別是在特定項目的核心領域之外），大學可以使用舊版本的商業解決方案。例如，如果你看看新畢業生的簡歷，過去你會看到對舊技術的引用，但現在你會看到很多對 RISC-V 相對復雜使用的引用。”

向前邁進

這項合作需要繼續推進。“我們曾計劃為加速器創建一個標準化接口，”Wohlrab 說。“RISC-V International 標準化了如何在 ISA 中添加自定義指令，但沒有硬件接口的標準。所以我們構建了這個。這是一次很酷的討論。有來自 Silicon Labs 的人、來自 NXP 的人、來自 Thales 的人，還有幾家初創公司的人。他們聚在一起問，‘我們如何才能讓它面向未來并將加速器放在里面？’”RISC-V 的應用空間正在發生變化。“最大的轉折點是 Linux 和 Android，”Arteris 的 Min 說。“Android 已經獲得了一些支持，但當 Android 和 Linux 都真正得到支持時，它將改變移動應用處理器游戲。設計的數量將激增。高端設計的數量將激增。這需要整個行業來實現，因為 RISC-V 公司還不足以獨自創造這一點。所有 RISC-V 公司都是合作伙伴，因為我們在處理器級別實現了這種高端設計。”這將加深軟件社區的參與度。“如果嵌入式軟件開發人員想在使用自定義指令/加速器的 RISC-V 處理器上運行 Linux，他們需要了解底層硬件，”Bluespec 的 Hobbs 說。“要開發復雜的嵌入式硬件/軟件系統，嵌入式軟件開發人員和嵌入式硬件開發人員都必須具備對硬件和軟件互操作性的背景理解。開發人員必須了解定制處理器如何利用 Linux 硬件中的自定義指令來有效管理和執行加速工作負載。”此次合作也可以重振 EDA 研究。“借助人工智能，你可以建立預測模型，”Hand 說。“這可以用來識別擴展帶來的變化效果嗎？這意味著什么？存在著一團影響——不是直接以門為單位，因為它會立即爆發——但可能基于測試套件。‘我知道觸及該邏輯的東西會觸及下游，進而觸及設計的其余部分。’這就是人工智能發揮重要作用的地方，也是最有趣的領域之一，因為在驗證中存在太多未知數。當人工智能出現時，你所能提供的任何指導或可見性都非常有用。即使它不是 100% 正確，也沒關系，只要它產生的是假陰性而不是假陽性。”EDA 公司面臨著巨大的機遇。“我們與許多開源提供商、OpenHW 集團和蘇黎世聯邦理工學院合作，”Synopsys 的 Vittal 表示。“我們希望在任何處理器設計方面推廣我們的解決方案，您需要標準工具，如綜合、布局布線、模擬。但也有其他類型的獨特解決方案，因為 RISC-V 非常可定制，您可以構建自己的自定義指令。您需要一些特定的東西來驗證這些自定義指令，這就是 Imperas 黃金模型如此重要的原因。我們還與 Bluespec 合作開發了一種驗證方法，帶您完成功能驗證和調試。”定制化方面仍有一些問題需要解決。“RISC-V 為我們提供了可預測性，”Hand 說。“我們可以創建一個合規性測試套件，如果您在實施方面，我們可以為您提供處理器優化包。我們可以創建分析和測試解決方案，因為我們知道它會是什么樣子。但對于非標準處理器，它實際上是一種服務，因為每個人的處理器都有點不同。從平臺架構探索到整個過程，您會看到大量關注驗證的原因是因為如果您更改一件小事，例如尋址模式，它幾乎會影響 100% 的處理器驗證。您必須重新測試整個處理器。大多數人沒有像 Arm 或 Intel 那樣擁有龐大的處理器驗證團隊和基礎設施，因此他們需要自動化來為他們完成這項工作。”

結論

RISC-V 使業界能夠創建一個協作框架，使每個人都能出于個人利益而共同合作。這是一種持續建立的共生關系，并且隨著時間的推移，它正在創造更廣泛的影響范圍。Hand 表示：“這在現代半導體時代是獨一無二的。你們的合作范圍非常廣泛，處理器制造商、軟件行業領導者、EDA 公司都在一個共同的基礎設施上工作。”