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2.1 简单就是美——RISC-V架构的设计哲学

《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》第2章大道至简——RISC-V架构之魂,本章将对RISC-V架构的设计思想进行深入浅出的介绍。本节为大家介绍简单就是美——RISC-V架构的设计哲学。

作者:胡振波来源:人民邮电出版社|2018-05-23 13:09

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第2章 大道至简——RISC-V架构之魂


关于RISC-V架构的诞生初衷和背景,请参见第1.5节,本章在此不做重复赘述。本章将对RISC-V架构的设计思想进行深入浅出的介绍。

注意:本章中将会多次出现“RISC处理器”“RISC架构”“RISC-V处理器”和“RISC-V架构”等关键词。请初学者务必注意加以区别,如第1章中所述。

RISC表示精简指令集(Reduced Instruction Set Computer,RISC)。

RISC-V只是伯克利发明的一种特定指令集架构(属于RISC类型)。

2.1 简单就是美——RISC-V架构的设计哲学

RISC-V架构作为一种指令集架构,在介绍细节之前,让我们先了解设计的哲学。所谓设计的“哲学”便是其推崇的一种策略,譬如我们熟知的日本车的设计哲学是经济省油,美国车的设计哲学是霸气等。RISC-V架构的设计哲学是什么呢?是“大道至简”。

作者最为推崇的一种设计哲学便是:简单就是美,简单便意味着可靠。无数的实际案例已经佐证了“简单即意味着可靠”的真理,反之越复杂的机器则越容易出错。一个最好的例子便是著名的AK47冲锋枪,正是由于简单可靠的设计哲学,使其性价比和可靠性极其出众,成为世界上应用最广泛的单兵武器。

在格斗界,初学者往往容易陷入追求花式繁复技巧的泥淖,迷信于花拳绣腿。然而顶级的格斗高手,最终使用的都是简单、直接的招式。所谓大道至简,在IC设计的实际工作中,作者曾见过简洁的设计实现其安全可靠,也曾见过繁复的设计长时间无法稳定收敛。简洁的设计往往是可靠的,在大多数的项目实践中一次次得到检验。IC设计的工作性质非常特殊,其最终的产出是芯片,而一款芯片的设计和制造周期均很长,无法像软件代码那样轻易地进行升级和打补丁,每一次芯片的改版到交付都需要几个月的周期。不仅如此,芯片的制造成本费用高昂,从几十万美金到成百上千万美金不等。这些特性都决定了IC设计的试错成本极为高昂,因此能够有效地降低错误的发生就显得非常重要。现代的芯片设计规模越来越大,复杂度也越来越高,并不是要求设计者一味地逃避使用复杂的技术,而是应该将好钢用在刀刃上,将最复杂的设计用在最为关键的场景,在大多数有选择的情况下,尽量选择简洁的实现方案。

作者在第一次阅读RISC-V架构文档之时,不禁赞叹。因为RISC-V架构在其文档中不断地明确强调其设计哲学是“大道至简”,力图通过架构的定义使硬件的实现足够简单。其简单就是美的哲学,可以从几个方面看出,后续小节将一一加以论述。


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