當時間進入2023年初，作為中國半導體從業者的我們，是否耳邊總會聽到這樣一句話：

RISC-V將會成為中國芯片彎道超車道路上的新領航標？

關于這個問題，或許我們需要為此細細道來：

RISC-V，圖片來自Google

開宗明義，定義先行。

首先，我們先來了解一下什么是RISC-V：

RISC：Reduced Instruction Set Computer，即精簡指令集計算機。

RISC-V是基于RISC原理建立的免費開放指令集架構(ISA)，V是羅馬字母，代表第五代RISC(精簡指令集計算機)，可讀作RISC-FIVE。

它是一款高質量、免許可證、開放的RISC ISA，是一套由RISC-V基金會維護的標準，適用于所有類型的計算系統。

如果說：Wintel（微軟+英特爾）定義了PC時代，ARM+安卓定義了智能手機時代；

那么RISC-V或將其原本的規則完全打碎，以一種開源、簡單、靈活的形式給更多人使用。

RISC-V與傳統技術，圖片來自Google

首先，我們需要了解什么是以RISC-V為代表的開源ISA：

芯片設計軟件是一支支應用程式，需要有硬件才能運作，由于兩者使用語言的不同，軟件程式沒辦法與硬體的CPU直接溝通，得先轉換為對方能理解的硬件語言，CPU才能依據收到的程式指令來執行。

這個用來與處理器溝通的主要介面，也就是指令集架構（Instruction Set Architecture，ISA），才能讓芯片設計軟件在處理器上執行。

與傳統封閉ISA架構不同的是：RISC-V最早是來自學術圈發起的一個開源晶片專案，由美國加州大學柏克萊分校一個Par Lab實驗室團隊率先提出的一個研究成果；包含RISC-V處理器實作和新的開源硬件描述語言Chisel，后來也支持以BSD授權方式開源釋出，證明了其商業化的可能。

其次，RISC-V的設計原則，也符合我們所謂的“大道至簡”：

RISC-V本身設計也相當簡潔，只需要較少指令就能在硬體上執行；這樣的好處是，CPU設計更容易，也較不占空間，執行速度也可以更快。

目前的“RISC-V架構文檔”分為“指令集文檔”（riscv-spec-v2.2.pdf）和“特權架構文檔”（riscv-privileged-v1.10.pdf）。

“指令集文檔”的篇幅為145頁，而“特權架構文檔”的篇幅也僅為91頁；雖然“RISC-V的架構文檔”還在不斷地豐富，但是相比“x86的架構文檔”與“ARM的架構文檔”，RISC-V的篇幅可以說是極其短小精悍。

RISC-V提供了一些自選指令的擴充，采用者可視應用需求，自行搭配組合常用的RISC-V指令，目前常見擴充指令，像是有整數乘除法、不可中斷指令（Atomic）、單精度／雙精度浮點運算、壓縮指令等等。

單是標準指令加上擴充指令（M、A、F、D、C），僅不到140個指令就能實作出一顆完整功能的CPU，相較之下，Arm指令集數目最少數百個以上，例如，ARMv8就超過500個指令，指令格式種類也比RISC-V多一倍。

最后，從技術上來看，RISC-V最大特色就是其可擴充的靈活性：

不像Arm架構指令集，除了一般常用指令之外，RISC-V指令集本身預留了一個客制指令空間（custom instructions）的擴充彈性，讓設計者可以自行客制指令。

以32位元RISC-V指令集為例，RISC-V本身提供相當于4個25位元長度的指令擴充空間，可供用戶替CPU增加專用指令，單是一個25位元的空間，就可以定義300個指令，4個合計就多達1,200個指令；這也意味著，CPU使用上的運用彈性將會大大提升。

那么，RISC-V對于我國的半導體產業而言又意味著什么：

當前 RISC-V 成員列表，圖片來自IEEE

眾所周知，尋找一個被商業認可、突破國外”技術壟斷“的芯片技術，是我國半導體行業當下的首要任務：

隨著物聯網、5G?通信、人工智能等技術的興起，越來越多的物聯網和嵌入式設備成為?RISC-V?最先落地的領域和最大的應用市場。

各國研究機構及企業紛紛加入研究和開發行列，像百度、騰訊、華為等都加入了RISC-V國際基金會，發力RISC-V芯片，目前25 個 RISC-V 國際頂級成員中有 13 個來自中國，包括阿里云、華為技術有限公司和中興通訊、騰訊、百度等等。

RISC-V?不僅打破了現有指令集架構環境下英國?ARM?公司和美國Intel公司的兩強壟斷格局，而且建立了一個開放的生態及框架來推動全球合作和創新。

基于以上，我們當然也要在RISC-V?技術拓展之路上加緊步伐向前邁進：

2021?年，在《中華人民共和國國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和?2035?年遠景目標綱要》中，我國首次明確將“開源”列入五年發展規劃；

“十四五”期間，將支持數字技術開源社區等創新聯合體發展，完善開源知識產權和法律體系，鼓勵企業開放軟件源代碼、硬件設計和應用服務。

2020?年?2?月，廣東省人民政府辦公廳印發的《加快半導體及集成電路產業發展若干意見的通知》中明確將?RISC-V?芯片設計列入廣東省重點發展方向。

與此同時，在國內泛在計算領域，RISC-V?的研究及應用或已深入實際生活中：

以南京南站、杭州東站、白云機場為例，一種高精度，三維立體的定位及引導系統已經開始測試使用了。

正如中國科學院院士梅宏所說：“當前人機物融合泛在計算的新階段，帶來了信息化發展的新藍海，也呼喚新型操作系統的發展，我將其稱之為泛在操作系統。而其中隨著RISC-V?的出現則讓已精準定位為前提的智慧城市成為了可能。”

以中國科學院計算技術研究所（以下簡稱“計算所”）泛在計算團隊為例，其在開展了基于?RISC-V?內核在物聯網設備中的應用與智慧城市等的泛在計算實踐的研究之余，也在前往RISC-V?核心的輕量級神經網絡處理器的研究道路上不斷探索。

編輯：黃飛

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