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1.5 东边日出西边雨,道是无晴却有晴——RISC-V登场

《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》第1章一文读懂CPU之三生三世,本章通过几个轻松的话题,讨论一下CPU业界的“三生三世”。本节为大家介绍东边日出西边雨,道是无晴却有晴——RISC-V登场。

作者:胡振波来源:人民邮电出版社|2018-05-23 13:05

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1.5 东边日出西边雨,道是无晴却有晴——RISC-V登场

RISC-V架构主要由美国加州大学伯克利分校(简称伯克利)的Krste Asanovic教授、Andrew Waterman和Yunsup Lee等开发人员于2010年发明,并且得到了计算机体系结构领域的泰斗David Patterson的大力支持。伯克利的开发人员之所以发明一套新的指令集架构,而不是使用成熟的x86或者ARM架构,是因为这些架构经过多年的发展变得极为复杂和冗繁,并且存在着高昂的专利和架构授权问题。并且修改ARM处理器的RTL代码是不被支持的,而x86处理器的源代码根本不可能获得到。其他的开源架构(譬如SPARC、OpenRISC)均有着或多或少的问题(第2章将详细论述)。有感于计算机体系结构和指令集架构已经过数十年的发展非常成熟,但是像伯克利这样的研究机构竟然“无米下锅”(选择不出合适的指令集架构供其使用)。伯克利的教授与研发人员决定发明一种全新的、简单且开放免费的指令集架构,于是RISC-V架构诞生了。

有关RISC-V的诞生,有兴趣的读者可以自行到网络中查阅文章《伯克利希望将RISC-V开源架构推向主流》。

RISC-V(英文读作“risk-five”),是一种全新的指令集架构。“V”包含两层意思,一是这是Berkeley从RISC I开始设计的第五代指令集架构;二是它代表了变化(Variation)和向量(Vectors)。

经过几年的开发,伯克利为RISC-V架构开发除了完整的软件工具链以及若干开源的处理器实例,得到越来越多的人的关注。2016年,RISC-V基金会(Foundation)正式成立开始运作。RISC-V基金会是一个非营利性的组织,负责维护标准的RISC-V指令集手册与架构文档,并推动RISC-V架构的发展。

RISC-V架构的目标如下。

成为一种完全开放的指令集,可以被任何学术机构或商业组织所自由使用。

成为一种真正适合硬件实现且稳定的标准指令集。

RISC-V基金会负责维护标准的RISC-V架构文档和编译器等CPU所需的软件工具链,任何组织和个人可以随时在RISC-V基金会网站上免费下载(无须注册)。

RISC-V的推出以及基金会的成立,受到了学术界与工业界的巨大欢迎。著名的科技行业分析公司Linley Group 将RISC-V评为“2016年最佳技术”,如图1-12所示。

开放而免费的RISC-V架构诞生,不仅对于高校与研究机构是个好消息;为前期资金缺乏的创业公司、成本极其敏感的产品、对现有软件生态依赖不大的领域,都提供了另外一种选择,而且得到了业界主要科技公司的拥戴,包括谷歌、惠普、Oracle和西部数据等硅谷巨头都是RISC-V基金会的创始会员,如图1-13所示。众多的芯片公司已经开始使用(譬如,三星、英伟达等)或者计划使用RISC-V开发其自有的处理器用于其产品。

RISC-V基金会组织每年举行两次公开的专题讨论会(Workshop),以促进RISC-V阵营的交流与发展,任何组织和个人均可以从RISC-V基金会的网站上下载到每次Workshop上演示的PPT与文档。RISC-V第六次Workshop于2017年5月在中国的上海交通大学举办,如图1-14所示,吸引了大批的中国公司和爱好者参与。

由于许多现在主流的计算机体系结构英文教材(譬如,计算机体系结构量化研究方法、计算机组成与设计等)的作者本身也是RISC-V架构的发起者,因此这些英文教材都相继推出了以RISC-V架构为基础的新版本教材,如图1-15所示。这意味着美国的大多数高校都将开始采用RISC-V作为教学范例,也意味着若干年后的高校毕业生都将对RISC-V架构非常熟知。

但是,一款指令集架构(ISA)最终能否取得成功,很大程度上取决于软件生态环境。罗马不是一天建成的,x86与ARM架构经过多年的经营,构建了城宽池阔的软件生态环境,可以说是兵精粮足,非常强大。因此,作者认为RISC-V架构在短时间内还无法对x86和ARM架构形成撼动。但是随着越来越多的公司和项目开始采用RISC-V架构的处理器,相信RISC-V的软件生态也会逐步壮大起来。

本节虽然陈述了若干RISC-V蓬勃发展的具体案例,但是由于RISC-V阵营正在快速地向前发展,可能在本书成书之时,RISC-V阵营又诞生了更加令人欣喜的案例,请读者自行查阅互联网更新见闻。

第2章将详细介绍RISC-V架构的技术细节。


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