09.18 讓Arm感到壓力的開源指令集RISC-V，我們對它有些誤解？

RISC-V指令集從2014年正式發佈第一版用戶手冊時面臨多方質疑，到後來成為印度國家指令集，再到今年國內發佈首個RISC-V支持政策。經過短短几年時間，RISC-V不僅有政策的支持，企業和學術圈對這個開源指令集的關注度不斷提高，甚至讓Arm也感受到了壓力。隨著RISC-V商業落地的向前推進，業界也充滿了期待，但是從指令集設計到最終的應用，我們對RISC-V或許有些誤解。

3個月完成指令集設計只是個“玩笑”

RISC-V要從2010年說起，當時加州大學伯克利分校的一個研究團隊準備啟動一個新項目，為新項目選架構的時候研究團隊看到了Arm、MIPS、SPARC和x86等，但這些指令集不僅越來越複雜，還有很多IP法律問題。所以伯克利研究團隊臨時組建一個四人小組，開展了一個3個月的暑期小項目設計新的指令集，目標是新的指令集能滿足從微控制器到超級計算機等各種尺寸的處理器。具體地說，RISC-V指令集架構簡單、完全開源並且免費，將基準指令和擴展指令分開，可以通過擴展指令做定製化的模塊和擴展。需要指出的是，RISC-V的基準指令確定後將不會再有變化，這是RISC-V穩定性的重要保障。

因此，在中國缺芯的大討論中，有觀點認為伯克利分校3個月就能設計出一套全新的指令集，這表明指令集的設計並沒有那麼難，更大的難點在於指令集生態的建設。但其實RISC-V從2010年開始到2014年才正式發佈第一版用戶手冊，中間經歷了4年。還有一點不容忽視，在RISC-V指令集架構之前，伯克利分校已經有了四代RISC指令集架構的設計經驗，第一代RISC指令集早在1981年就已經出現，因此指令集的開發簡單與否並不是那麼容易得出結論。

David Patterson教授帶領研製的五代RISC處理器

至於RISC-V的生態建設，成立於2014年, 致力於在網絡邊緣端進行智能邊緣計算的法國初創公司GreenWaves Technologies CEO Loic Lietar接受雷鋒網專訪對此發表了自己的看法。他表示：RISC-V作為後來者生態的建設正在快速發展，也正在快速成熟。從2015年非盈利性組織RISC-V基金會（RISC-V Foundation）成立，兩年內已經有150多個單位加入，包括谷歌、華為、英偉達、高通、麻省理工學院、普林頓大學、印度理工學院、中科院計算所等。

GreenWaves Technologies CEO Loic Lietar

RISC-V微處理器的兼容性不是問題

RISC-V基金會（RISC-V Foundation）

隨著RISC-V生態的快速發展，許多人都擔心RISC-V的開放以及可擴展性會出現碎片化以及兼容性的問題。Loic Lietar指出：“相比手機、PC以及一些高性能處理器，應用於傳感設備的微控制器對生態的依賴性沒有那麼高。從GreenWaves的角度看，我們的基於RISC-V的32位微控制器面向的主要是來自物聯網等終端市場的邊緣計算需求，一個設備將長時間重複運行幾個應用, 而並不會像手機或電腦一樣安裝和卸載不同的應用程序，因此對軟件兼容性的依賴程度並不是個問題。

對於系統移植是否會影響處理器性能的疑問，Loic Lietar給出了否定的答案。他說：“比如在我們的GAP8微控制器架構下，運行的一般都是簡單的實時操作系統（RTOS）。因為在我們的應用場景中，雖然設備需要完成的工作是高性能的，但從代碼量和重複性來看是相對簡單的，並不需要複雜的操作系統的支持。所以各種RTOS對性能的影響並不十分嚴重。”

除了軟件和OS，EDA工具的完善度也會影響RISC-V的發展，Loic Lietar對此表示，無論是我們現在已經有的產品還是我們的下一代產品，現有的EDA工具都足以滿足我們的開發設計需求，目前也沒有因為缺少RISC-V的特殊工具出現問題。

由此可以看到，基於RISC-V的微控制器對生態的依賴程度確實還沒有那麼高，那對於更高性能的RISC-V處理器又如何呢？

RISC-V只有物聯網邊緣端處理器？

RISC-V指令集設計的目標是能夠滿足從微控制器到超級計算機各種尺寸處理器的需求，不過目前我們看到的更多的是RISC-V物聯網終端處理器。對此，Loic Lietar表示：“32位微控制器相對於高性能處理器, 在技術上與市場接受度上難度肯定是不一樣的。從32位處理器開始可以看作是一個由簡到難的過程，在我們參與的開源項目PULP（由意大利波隆納大學(Universities of Bologna)和瑞士蘇黎世聯邦理工學院(ETF Zurich)共同成立的實驗室，旨在研究超低功耗並行架構），也是從最精簡的32位處理器開始設計，慢慢有了64位處理器，可以運行Linux。RISC-V有一個比較好的基礎，可以提供32、64、128位指令集。指令集與內核不同，能有更多的可能性，並且RISC-V指令集架構可以針對各種不同的應用，以標準的方式進行擴展。”

他同時指出，RISC-V技術在不同市場的發展和落地，從32位處理器到128位處理器不同場景的應用，在技術上並沒有太大問題，此時來自市場的需求將會對RISC-V的應用方向起到主導作用。當下人們更專注於，基於RISC-V現在能做什麼，而非未來能做什麼。

據雷鋒網瞭解，GreenWaves的通用處理器GAP8定位在長期依賴電池的邊緣計算設備，旨在為智能城市，智能家居，智能工業和自主無人機等不同場景下工作的設備提供做超低功耗邊緣計算，智能邊緣計算的能力。

RISC-V相比Arm更適合物聯網和AI？

雖然在被問及Arm為何會在6月底建立網站以“設計系統芯片之前需要考慮的五件事”為主題從成本、生態系統、碎片化風險、安全性和設計保證方面攻擊RISC-V 時Loic Lietar表示自己也並不清楚，這個問題的答案Arm或許更清楚。但對於RISC-V是否更適合物聯網和AI的問題，他表示：“我們從一開始就看準了物聯網市場，在2016年我們就在考慮如何讓物聯網更豐富，而不僅限於一些簡單的功能。‘豐富’代表著更豐富的信息來源，如圖像，聲音，震動等。 如何能在電池驅動的情況下，維持數年對這樣‘豐富’信息的本地處理（即超低功耗邊緣計算）便成為了我們定下的研究與發展方向。為對應於這樣的需求，我們需要更有針對性的架構來滿足這一需求。RISC-V不僅為我們提供了一個龐大且快速發展的社區，而且還給予了我們對架構進行創新以達到極致能效的機會，無需購買昂貴的架構許可證。 在RISC-V之前，這是不可實現的。”

GreenWaves基於RISC-V處理器的開發板

因此，GreenWaves推出了針對物聯網市場的超低功耗應用處理器，旨在邊緣端（傳感器端）依賴電池做長期的複雜運算，如行人監測，人臉檢測，語音關鍵字識別，震動識別等等。 具體地說，GAP8可以用3.44mW來完成一次行人檢測，0.5mW完成一次人臉檢測, 也就是說，依靠一節普通電池，用間隔喚醒方式工作，我們可以維持數年的邊緣AI工作。性能方面，在基於CNN圖像識別的圖像識別算法Cifar10中, GAP8相比STM32H7擁有著最小16倍最高75倍(使用硬件加速器)的能效優勢。並且GAP8作為通用處理器不僅僅能運行CNN算法，還有更大的彈性在端側進行其他類型的複雜運算。

Loic Lietar還認為，物聯網在邊緣計算上潛力巨大，但今天的這樣的需求主要受限於市場缺少能夠依賴電池做長時間邊緣計算的處理器。 隨著像GAP8這樣的產品的誕生，我們可以找到不同的應用場景並進一步擴展物聯網市場。

競爭中都能找到立足點

在Arm針對RISC-V提出的5個問題中，生態系統、碎片化以及設計保證的問題上文中都已經有了明確的答案，還未提及的成本和安全性問題其實答案也非常明確。基於開源組件的設計使GreenWaves能夠將資源集中在其自我增值上，而不是開發或購買核心IP，這使他們在開發產品的時候成本可以大幅度降低，同時提升資本效率。

安全性方面，Loic Lietar表示GAP8具有支持安全啟動和安全執行的所有硬件功能。 在開源軟件世界中，我們已經看到，設計的公開性對安全性具有非常積極的影響，因為其代碼可供大量開發人員和研究人員查看、測試。市場已多次證明，隱藏起來的安全設計其實並不真正安全。

最後在談到競爭的時候，Loic Lietar表示：“我們真切地感受到了RISC-V市場的發展勢頭，我們也因此從中受益良多。在人工智能物聯網領域，我們的能效是與眾不同的，在我們從事邊緣人工智能研究超過3年的時間裡，競爭才剛剛開始。我相信在物聯網的大市場中每個公司都可以找到自己的立足點。我們的產品已於2月上線，許多客戶都開始使用我們的開發板，第一批生產訂單將很可能來自中國。當然，為了保持領先地位，我們的下一代產品已經在開發中，它也將代表著我們在能源效率和計算能力方面向前邁出的又一大步。”

雷鋒網認為，RISC-V指令集的開源給了全世界的廠商一個發展物聯網市場好機會，也能在一定程度上實現中國芯的自主程度，在政策、企業、研究所的共同推動下，RISC-V正在迅速壯大，所以Arm感受到壓力並不讓人意外，但物聯網市場足夠大，無論是Arm還是RISC-V都能發揮其重要價值。只是在渴求中國芯的中國，RISC-V能發揮的作用讓人期待。

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關鍵字: 軟件 誤解 ARM