芯片是信息技术的引擎，推动着人类社会的数字化、信息化与智能化。随着摩尔定律濒临终结，维持芯片技术创新面临挑战。开源芯片设计将是应对挑战的新思路。

如今芯片设计动辄需要上亿研发费用、投入上百人，只有少数企业才能承担。反观互联网领域通过开源软件降低开发门槛，创造了繁荣的互联网产业。如果开源芯片设计能将芯片设计门槛降低几个数量级——3-5 人的小团队在 3-4 个月内，只需几万元便能研制出一款有市场竞争力的芯片，必将吸引大量人员投入芯片产业，重塑其繁荣。

十年前，一个这样的想法就诞生于加利福尼亚大学伯克利分校的一个实验室中，他们创造了一种通用的计算机芯片语言，按照他们的设想，这套指令将被所有芯片制造商所使用，而不属于任何公司。它的出现并不是要成为一种令人印象深刻的新技术，它只是想要那些进入芯片行业的创新者们在同一个起跑线上，以此来降低进入芯片行业的门槛，最早推动其发展。

正如伯克利所做的努力一样，RISC-V 在迈向全球芯片标准的过程中正在影响越来越多的人参与到建设 RISC-V 生态当中，由于这些人的参与，RISC-V 已经开始在芯片设计方面产生一些技术突破。

指令集架构的全新格局

目前全球有四大主流指令集架构，分别是X86、ARM、MIPS和RISC-V，按“年龄”排序如下：

老大X86，生于1978年，今年44岁；

老二MIPS，生于1981年，今年41岁；

老三ARM，生于1985年，今年37岁；

老四RISC-V，生于2010年，今年12岁。

虽然谁都不甘只做配角，但从竞争实力来看，以老大X86和老三ARM最为强大，是PC互联网和移动互联网时代的巨无霸，而老二MIPS已经逐渐掉队，老四RISC-V正渐入佳境。从对外开放度来看，老大X86最为封闭，直到今年初才破天荒地宣布将自家IP对外开放授权，而老四RISC-V则表现最为突出，在诞生伊始就宣布免费开源，是一股不可忽视的架构新势力。

X86老大哥先是在去年提出高溢价收购RISC-V头部初创公司，遭拒后并没有轻言放弃，转而于今年二月宣布加入RISC-V国际基金会，并直升为Premier高级会员。

开放是这个时代不可逆转的潮流，产业对自由的向往促使其更倾向于开放的技术，在开源软件已经统治整个行业的时代，开源硬件的大幕也在徐徐拉开。半导体指令集市场格局快速演变，老二MIPS和老大X86在一年之内相继登上RISC-V的新航船。看似离经叛道的疯狂举动背后，也透露出二者“干不掉就加入它”的无奈。不禁要问，属于RISC-V的时代已经来了吗？

RISC-V开放了处理器设计

比如说：最近使用 RISC-V 的微处理器设计的时钟速度已经达到 5GHz，远高于最新的运行于 3.2 GHz 频率的英特尔最强服务器芯片 E7。并且，新型 RISC-V 芯片在 1.1V 时仅消耗 1 瓦功率，还不到英特尔所消耗功率的百分之一。

RISC-V 的速度和功率效率也超过了 Exynos4 的规格，Exynos 4 是三星电子为其智能手机生产的顶级处理器，它基于的是 ARM Holdings Plc 提供的计算核心。

加州大学伯克利分校的教授 David Patterson 在接受 ZDNet 采访时回应到：“当我看到基于 RISC-V 设计的芯片演示结果时，我觉得太不可思议了。我认为 IBM 大型机要想达到 5GHZ 频率的芯片，应该需要配备液冷技术，并且每小时大约需要耗电 100 瓦。另外我还听 FPGA 的开发人员说，软核可以达到 600MHz。”

这些成就当他和伯克利大学的同伴 KrsteAsanović 于 2011 年首次为 RISC-V 撰写宣言时，他们并没有想到。

Patterson 感慨到：技术创新正在兴起，创新的潜力永远存在。

Patterson 认为有一件事情是一定会发生的，因为 RISC-V 是开放的，所有的这些竞争的都将是可见的，也正是因为有了这些竞争，我们才能在芯片设计领域看到一些真正有趣的观点。

比如说：这个新型的 5 GHz 处理器原型并不是由初创公司的创建。它是由硅谷知识产权设计公司 Micro Magic Inc.制造的，该公司已经与大型硅谷公司进行了 25 年的合作。这个处理器原型由少量但经验丰富的芯片设计人员完成足以证明，设计复兴可能即将到来。

RISC-V 原型消除了快速内存

和慢速芯片可能存在的瓶颈

长期担任芯片行业高管的 Andy Huang 博士在接受采访时说道，“如果内存运行速度为 5 GHz，逻辑运行速度为 1 GHz，那瓶颈在哪里呢？” Andy Huang 笑了笑说，关键在于，由于 RISC-V 是开放的，与英特尔芯片的复杂指令集架构甚至 ARM 芯片中的 RISC 版本不同，RISCV 可以通过芯片设计来解决这一瓶颈。并且他用 Android 与 iOS 进行了类比，Android 相较于 IOS 目前最大的优势就是开放，任何厂商都可以定制化自己的操作系统。Huang 说：“这就是为什么我们将所有成功归功于 Patterson 博士的原因，到目前为止，他创建了最高效，最优雅的 RISC 体系结构。”

Micro Magic 的Huang 博士强调，与 CISC 或 ARM 的指令集各有 1000 多个指令不同， RISC-V 的指令集少于一百个。由于 RISC-V 指令集的简单性，Micro Magic 才能够使用标准硅晶圆生产芯片，而无需进行特殊调整。这样就可以使用所谓的往复运行，在制造过程中，芯片与其他人的芯片在同一晶圆上分组在一起，这样造价会便宜很多。

Huang 提供了一种假想的方案，在这种方案中，Apple 或 Google 可以使用该芯片，并且该芯片可以在能耗方面取得突破。Huang 对 ZDNet 表示说：“谷歌已经拥有移动开源软件 Android，想想如果所有移动客户也拥有最省电，性能最高的开源 RISC 核心，将会为他们带来什么好处，让我们再想象一下最新的 Apple Watch 不必隔夜充电，那又将是何种体验。”

Huang 说，不管有没有这样的大规模的市场，Micro Magic 都希望将其 RISC-V 知识产权纳入越来越多的设计中，以便对全球用电量产生实质性影响。“我们使用此 IP 的意图是帮助世界，帮助 PC、笔记本电脑、平板电脑、手机，可穿戴设备、游戏设备、电动汽车和 IoT 减少电量的使用，我们目标是将世界的碳排放量减少一半。”

一个原型 CPU 并不是革命性的，与英特尔和其他公司的实际售卖的产品进行比较，可以得出一个事实，即完成芯片设计还需要更多的零件。这就是 RISC-V 周围公司的生态系统变得越来越丰富的原因，值得可喜的是使用 RISC-V 的公司的数量虽少，但仍在增长。

RISC-V将改变嵌入式处理器的格局

下一代SoC将在很大程度上依赖定制化的处理器来实现特定领域的架构（DSA），以实现摩尔定律无法再提供的性能和功耗提升。像苹果、高通和三星这样的一线公司多年来一直在做这件事，他们拥有庞大的设计团队和昂贵的架构授权，可以定制ARM处理器。而其他公司则推出自己的硬件加速 器，或者将定制指令添加到像ARC和Tensilica这样的平价处理器内核中。

对于许多基于边缘的设备来说，ARM定制化并不是一个经济实惠的主流选择。ARC和Tensilica都是专有的ISA，随着RISC-V横空出世，它们将无法扩展到业界通用的处理器平台。

RISC-V已经成为创新者的首选。它本身就具有低功耗的特点----从一开始就有了一个干净的起点，它可以用最少的指令集来实现，避免了传统ISA的臃肿。它的开发考虑到了架构创新--支持16位到128位指令、自定义扩展、多核、多核、多核和硬件加速--它已经成为开发基于硬件的网络安全系统的第一大ISA。

ARM的市场霸主地位在未来几年内都是靠着传统软件和在移动领域的垄断地位来保证的。然而，开源的RISC-V创新浪潮将改变我们所知道的嵌入式处理器的其他领域：

大规模协作将把RISC-V生态系统构建到使专有ISA遭到淘汰

MIPS，ARC，Tensilica，MicroBlaze，Nios都会淡出

主要的创新工具将是RISC-V和FPGA

创新浪潮将流向拥有最佳RISC-V支持的FPGA公司

RISC-V具有成为ASIC处理器平台所需的条件。RISC-V开源社区已经完成了日益强大的RISC-V生态系统工作。值得重复的是--开发ISA、工具链和软件栈的重任不再由一家公司来承担。将FPGA插入RISC-V生态系统所需的唯一事情就是为FPGA生产且可移植到ASIC的RISC-V内核。

本文来源：杰微芯闻，奕斯伟计算，ZYNQ