什么是RISC-V?为什么重要?

在过去的几个月中，美国商务部已经切断了那些被认为与重要知识产权和用于制造高端芯片的制造设备有军事联系的中国公司。同时，该机构已采取措施，阻止许多公司从美国芯片制造商（如英特尔）那里采购预制芯片。

面对这种技术上的脱钩，像阿里巴巴，华为和中兴这样的中国公司已经开始在“硅盒”之外进行思考，并开始研究RISC-V，以此来与美国芯片制造商保持距离。

什么是RISC-V，为什么重要？

RISC-V首席技术官Mark Himelstein说：“ RISC-V是一种开放的硬件，开放源代码的硬件指令集体系结构。”

顾名思义，RISC-V是一种精简的指令集计算机（RISC）架构，与Arm，Power或Sun SPARC并无不同。但是与以前的RISC处理器不同，RISC-V是完全开源的，任何人都可以免费使用。它也很小，只有47条指令。相比之下，Arm有200多条指令，而AMD和Intel使用的复杂指令集计算机（CISC）架构可以远远超过1，500条指令。

指令是这些芯片可以执行的最基本的计算。一个指令可能是加法，而另一指令可能是减法或乘法。RISC-V背后的想法是使指令集尽可能的小，以便实现者可以使用扩展名添加对他们重要的指令。

扩展可用于启用更高级的数学运算，例如矩阵或缩放器计算，这在更复杂的用例中是必需的。这意味着RISC-V可以进行缩减以使其表现得更像ASIC或FPGA，或者最终可以进行扩展以与基于Arm或x86的系统竞争。

这种针对特定用例定制指令集的能力是基于RISC-V的芯片如此高效（至少在嵌入式环境中如此）的原因之一。

“在我看来，关于RISC-V的最大优点是它具有的灵活性和可扩展性。它的设计使用期限为50年，” Himelstein说。“这种扩展模型以及我们如何将其组合在一起，真是太棒了。”

填补虚空

在此阶段，大多数RISC-V开发都针对功率是主要因素的嵌入式控制器，IoT和5G应用。但是，该架构的开源性质意味着它在很大程度上不受针对中国科技公司的贸易限制的影响。

Forrester首席咨询分析师Charlie Kun Dai表示：“美国贸易限制对中国先进的半导体制造的影响至关重要，涵盖了材料，设备和电子设计自动化软件等几乎所有领域。” “中国正在进行战略投资以加速本地创新，但这是一个漫长的征途。”

阿里巴巴，华为和中兴通讯只是加入RISC-V International的几十家中国公司中的三家。

Forrester Research基础设施和运营副总裁兼研究主管Glenn O‘Donnell解释说，由于贸易紧张局势使中国科技公司更难以使用基于x86甚至是基于Arm的芯片，因此对开源替代方案的需求变得更加明显。

他说：“当你陷入困境时，你必须做些事情。” “开发一个全新的架构几乎是不可能的。我不会说这是不可能的，但我只是无法想象有一家公司承担这一责任，甚至像华为这样的公司。”

阿里巴巴的RISC-V赌注

因此，像阿里巴巴这样的公司没有重新发明轮子，而是开始基于RISC-V架构来构建芯片。公共云提供商的平头哥半导体是率先将高端RISC-V芯片推向市场的公司之一。

“ RISC-V作为封闭式和昂贵的（指令集架构）的替代品非常有吸引力，” 平头哥的边缘产品负责人Yu Pu在2020年Hot Chips大会上说。“开放和免费的RISC-V ISA通过开放标准的协作来加速处理器创新。可扩展性，可扩展性和模块化功能使处理器可以针对特定领域的工作负载进行定制和优化。”

Pu表示，这使RISC-V非常适合诸如机器学习加速器，网络处理，安全区域和存储控制器之类的工作负载。

XT910玄铁处理器-以中国传说中的沉重黑铁剑命名，并于去年8月发布，它是一款基于RISC-V的16核芯片，工作频率在2 GHz至2.5 GHz之间。该芯片基于12纳米制造工艺。

该芯片本身旨在用于云边缘和物联网应用。根据平头哥的说法，XT910大致等效于基于Arm Cortex-A73核心架构的使用了三年的智能手机处理器。

Dai解释说，目前，这些芯片主要针对边缘计算和消费电子产品的计算机视觉等领域的物联网场景。

尽管基于RISC-V的芯片仍处于初期阶段，但阿里巴巴和平头哥认为该平台有机会超越边缘。“尽管在技术和生态系统方面，不断发展的RISC-V架构还不够成熟，但我们认为它具有巨大的潜力，” Pu说。

一把双刃剑

中国芯片制造商面临的挑战是双重的。首先是架构。除了移动和物联网以外，全世界都在Intel和AMD生产的x86处理器上运行。

但是，这只是问题的一半。中国面临的第二个挑战涉及基础设施，或者说缺乏基础设施。几乎每种现代半导体都是由美国，台湾和韩国这三个国家/地区中的少数几个公司生产的。平头哥的XT910实际上是由台积电（TSMC）生产的。

中国最大，最先进的芯片制造厂半导体制造国际公司（SMIC）直到最近才具备生产基于14纳米节点的芯片的能力。相比之下，台积电和三星在5纳米节点上生产芯片，而英特尔正在将7纳米芯片推向市场。

因此，尽管RISC-V可能是x86和Arm处理器的一个有前途的替代品，但要赶上西方的竞争对手，中国还有很长的路要走。
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