带你认识RISC-V

来源:西电通院科协


RISC-V是个啥

在维基百科上,RISC-V的介绍是这样的:

RISC-V(发音为“risk-five”)是一个基于精简指令集(RISC)原则的开源指令集架构(ISA),简易解释为开源软件运动相对应的一种“开源硬件”。该项目2010年始于加州大学柏克莱分校,但许多贡献者是该大学以外的志愿者和行业工作者。

与大多数指令集相比,RISC-V指令集可以自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件而不必支付给任何公司专利费。虽然这不是第一个开源指令集,但它具有重要意义,因为其设计使其适用于现代计算设备(如仓库规模云计算机、高端移动电话和微小嵌入式系统)。设计者考虑到了这些用途中的性能与功率效率。该指令集还具有众多支持的软件,这解决了新指令集通常的弱点。

那么下面我们就来解答一下上面这段话中你可能存在的部分疑惑~

什么是ISA

ISA (指令集架构):是计算机体系结构中与程序设计有关的部分,包含了基本数据类型,指令集,寄存器,寻址模式,存储体系,中断,异常处理以及外部I/O。指令集架构包含一系列的操作码(即机器语言),以及由特定处理器执行的基本命令。

我们常说的x86、51、ARM、MIPS、POWERPC、RISC-V等等,其实都是ISA。

指令集是最底层的架构,是芯片设计的基础。芯片公司买了相关指令集和架构后,就相当于买了毛坯房,他们可以在上面装修,甚至可以砸墙QAQ,根据装修的风格不一样,就会有不同的芯片,例如骁龙,麒麟芯片底层的架构都是ARM,但是具体的设计又不同(装修风格不同)。

什么又是RISC

说起RISC(Reduced Instruction Set Computer:精简指令集计算机),就不得不提一下CISC (Complex Instruction Set Computer:复杂指令集计算机)。

我们平时写的程序,最终是要由编译工具生成一条条处理器能读懂的机器指令。不同体系的处理器的指令体系是不一样的,同时指令的强弱也是CPU的重要指标。目前,处理器指令体系主要就分成CISC和RISC。其中CISC以Intel,AMD的X86 CPU为代表,而RISC以MIPS,ARM为代表(当然也包括今天的主角RISC-V)。

带你认识RISC-V

CISC在实现时,是将复杂指令转换成了一个微程序,这个微程序在制造处理器时就已存储于微服务存储器。一个微程序包含若干条微指令(也称微码),执行复杂指令时,实际上是在执行一个微程序。而RISC的设计思想就使用多条简单基本的指令去完成CISC单条复杂指令可以完成的内容(但注意,CISC中单条指令其实是对应若干微指令,只是从程序员的角度看不到)。

因此,CISC指令能力强,指令是可变长格式,处理器的设计复杂度比较高;而RISC的指令大部分为单周期指令,指令长度固定,将复杂性交给编译器,处理器本身的设计复杂度较低。当然,两种指令集计算机还有很多其它细节上的不同,这里就不再一一阐述。

RISC-V的优势

RISC-V是一种简单、开放、免费的全新指令集架构。RISC-V最大的特点是“开放”,它的开放性允许它可以自由地被用于任何目的、允许任何人设计、制造和销售基于RISC-V的芯片或软件,这种开放性,在处理器领域是彻底的第一次。

RISC-V这种开放架构的诞生可以说是时代发展的必然。RISC-V生态体系正在全球范围内快速崛起,成为半导体产业及物联网、边缘计算等新兴应用领域的重要创新焦点。

RISC-V对中国半导体产业带来的影响

从长远来看,RISC-V对中国半导体产业会产生划时代的意义,主要体现在以下三个方面:

  • 通过RISC-V架构摆脱国外的垄断,实现处理器内核的国产自主。这种处理器内核不是闭门造车做出来的,而是拥有全世界认可的主流架构和主流生态。
  • 通过RISC-V可以极大地加强我国处理器IP话语权。IP产业处于行业最上游,远离其它产业,并没有得到产业和国家的重视。RISC-V给了中国IP产业机会,虽然目前我国在RISC-V上仍然落后,但相对于其它IP技术,落后并不太远。
  • RISC-V的逐渐普及在一定程度上促进了行业本土化的发展,创造了更多行业机会,为产业界和学术界积累大量CPU人才。

每年在相关领域的处理器内核IP出货量会达到万亿颗。如此巨大的市场,我们应当努力让这个市场的一部分属于我们本土公司,从而让大多数本土芯片公司用上国产的RISC-V处理器内核。

但是目前国内的RISC-V技术力量非常薄弱,要发展中国的RISC-V技术,发展中国的芯片产业,正需要你我的努力学习、大胆创新、积极实践!


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