芯片也開源？網紅RISC-V，它到底是什么東東？
今天小棗君給大家介紹一個開源的東西，那就是現在半導體行業的網紅、被很多人稱之為“開源芯片”的RISC-V。
說到芯片，自從中興被美國禁運事件起，國人對芯片的關注度被提升到前所未有的高度。似乎一夜之間，所有人都知道了芯片的重要性，體會到“缺芯”會導致多么嚴重的后果。
今年，華為又被美國政府盯上，列入了實體名單，再次引發全國范圍對芯片自主研發能力的關注和討論。
內外因的綜合作用下，國家重點加強了對芯片領域的投資，越來越多的企業開始重視對芯片研發的投入。
而RISC-V，在這個關鍵節點，將很可能發揮非常關鍵的作用。
究竟什么是RISC-V？
RISC-V，一般被念做：risk five。V，就是羅馬數字5。
很多人提到RISC-V，都會說它是開源芯片。其實這種說法是不對的。準確來說，RISC-V是一個基于“精簡指令集（RISC）”原則的開源指令集架構。
別怕！我可以通俗地解釋一下！——
指令集，對于CPU來說，就是介于軟件和底層硬件之間的一套程序指令的合集。指令集存儲于CPU內部，引導CPU進行運算，并幫助CPU更高效地運行。
PC電腦里面的CPU芯片（中央處理器）
我們現在常用的臺式機電腦或服務器，使用的主要是英特爾和AMD公司的CPU。這類CPU使用的指令集，屬于“CISC復雜指令集”。CISC，就是Complex Instruction Set Computer（復雜指令集計算機）。
一款CPU支持的指令集，可以有很多種。
早期計算機的CPU，都是基于CISC架構的。
當時編譯器的技術并不純熟，程序都會直接以機器碼或是組合語言寫成，為了減少程序的設計時間，逐漸開發出單一指令，復雜操作的程序代碼。設計師只需寫下簡單的指令，再交給CPU去執行。
但是后來有人發現，整個指令集中，只有約20％的指令常常會被使用到，大約占了整個程序的80％；剩余80％的指令，只占了整個程序的20％。（典型的二八原則）
于是，1979年美國加州大學伯克利分校的David Patterson教授提出了RISC的想法，主張硬件應該專心加速常用的指令，較為復雜的指令則利用常用的指令去組合。
RISC，就是Reduced Instruction Set Computer，精簡指令集計算機。
簡單來說，CISC任務處理能力強， 適合桌面電腦和服務器。但高性能也帶來高功耗的問題。
而RISC通過精簡CISC指令種類，格式，簡化尋址方式，達到省電高效的效果，適合手機、平板、數碼相機等便攜式電子產品或物聯網產品。
上個世紀80年代，ARM公司就是基于RISC架構開始做自己的芯片，最終一步一步崛起，戰勝了英特爾，成為現在的移動芯片之王。如今，包括華為麒麟、高通驍龍在內的大部分手機終端和物聯網設備芯片，都是基于ARM的架構設計。
注意，我說的是ARM的架構，而不是ARM的芯片產品。
ARM這家公司的商業模式很特別。它做的是芯片的架構設計，相當于畫工程圖紙，然后把圖紙賣給各大芯片制造公司，例如華為。這些公司基于這個原始圖紙，進行修改，最終設計自己想要的芯片，交付芯片工廠（例如臺積電）去生產出來。
當然了，ARM的圖紙并不是免費的。不僅不免費，而且價格非常昂貴。
根據網上的資料顯示，ARM的授權費從幾十萬美元到幾百上千萬美元不等。法國有一家芯片創業公司接受媒體采訪時曾說，他們如果使用ARM架構，要花掉1500萬美元的授權費。（這個回答后來遭到ARM的否認，不管怎么說，反正不便宜。）
現如今，隨著5G、物聯網、人工智能等技術的蓬勃發展，越來越多的企業開始生產和制造服務于各個垂直行業的終端和模組。
這也就意味著，越來越多的企業要被迫接受ARM或其它芯片巨頭的“盤剝”。
大企業還好說，交就交唄，但對于很多中小型企業甚至初創企業來說，這幾乎就是徹底關閉了前進的大門。
這時候，就有人勇敢地站出來了。
2010年，加州大學伯克利分校的一個研究團隊正在準備啟動一個新項目。在為新項目選擇指令集的時候，他們發現，x86指令集被Intel控制得死死的，ARM指令集的授權費又非常貴，MIPS、SPARC、PowerPC也存在知識產權問題。
在這種情況下，研究團隊毅然決定，從零開始，設計一套全新的指令集。
在外人看來，這是一件令人望而卻步的工作。但事實上，伯克利的研究團隊只召集了一個4人小組，用了3個月的時間，就完成了RISC-V的指令集開發。
雖然看似非常輕松，但其實是有前提的。RISC-V之所以是個V（Five），就是因為它之前已經有過I、II、III、IV。
負責帶隊研制這些RISC指令集的，不是別人，正是伯克利分校的David Patterson教授。往前翻翻這篇文章你就會發現，他就是RISC指令集的真正創始人。當年那篇正式提出精簡指令集設計思想的開創性論文——《精簡指令集計算機概述》，就是他和另一位名叫Ditzel的學者共同發表的。
David Patterson教授，后來獲得了圖靈獎
正是因為有相關的技術沉淀，伯克利分校的團隊才能在短期內做出了RISC-V。
第一代RISC-I處理器，早在1981年就已經做出來了。
RISC-V指令集非常精簡和靈活。它的第一個版本只包含了不到50條指令，可以用于實現一個具備定點運算和特權模式等基本功能的處理器。如果用戶需要的話，也可以根據自己的需求自定義新指令。
高校畢竟是高校，功利心沒有那么重。再加上研究團隊本身確實也沒錢沒人去維護它。所以，在做出RISC-V指令集之后，研究團隊決定，將它徹底開放，使用BSD License開源協議。
BSD（Berkeley Software Distribution）開源協議是一個自由度非常大的協議，幾乎可以說是“為所欲為”。它允許使用者修改和重新發布開源代碼，也允許基于開源代碼開發商業軟件發布和銷售。
這就意味著，任何人都可以基于RISC-V指令集進行芯片設計和開發，然后拿去賣錢，而不需要支付授權費用。
這就很嗨了，大批公司開始加入對RISC-V的研究和二次開發之中。
短短幾年的時間里，包括谷歌、華為、IBM、鎂光、英偉達、高通、三星、西部數據等商業公司，以及加州大學伯克利分校、麻省理工學院、普林斯頓大學、ETH Zurich、印度理工學院、洛倫茲國家實驗室、新加坡南洋理工大學以及中科院計算所等學術機構，都紛紛加入RISC-V基金會。
目前，RISC-V基金會共有包括18家白金會員在內的235家會員單位（數據截止2019年7月10日）。這些會員單位中包含了半導體設計制造公司、系統集成商、設備制造商、軍工企業、科研機構、高校等各式各樣的組織，足以說明RISC-V的影響力在不斷擴大。
正如前文所說，RISC-V對于我們國家的芯片事業有著非常重要的意義。
長期以來，我們國家的芯片研發都受制于人。如果國內企業或科研機構能夠利用開源的RISC-V做出基本自主知識產權的芯片，或者培養出相應的生態環境，將大大有利于中國半導體行業進行彎道超車。
因此，包括中科院計算所、華為公司、阿里巴巴集團等在內的20多個國內企事業單位，選擇加入了RISC-V基金會。阿里還是其中的白金會員。
2018年7月，上海經信委出臺了國內首個支持RISC-V的政策。10月，中國RISC-V產業聯盟成立。產品方面，中天微和華米科技先后發布了基于RISC-V指令集的處理器。
基于RISC-V開發的黃山1號（華米），全球可穿戴領域第一顆人工智能芯片
我們的鄰居印度，對RISC-V的熱情更是高漲。在過去數年中，印度政府資助的處理器相關項目都開始向RISC-V靠攏。RISC-V已經成為了印度的國家指令集。
RISC-V的快速發展，給ARM這樣的企業帶來了很大的壓力。
ARM公司去年6月份就專門建了一個域名為riscv-basics.com的網站，里面的內容主題為“設計系統芯片之前需要考慮的五件事”，從成本、生態系統、碎片化風險、安全性和設計保證上對RISC-V進行攻擊。
RISC-V這邊針鋒相對，建了一個域名為arm-basics.com的網站，以“設計系統芯片之前需要考慮的六件事”為題（在ARM列出的五項上，新增了社區支持），對 ARM 進行反擊。
幾天后，ARM的riscv-basics.com的網站悄然下線。
盡管RISC-V在這場短暫的“撕逼”中獲勝，但ARM提出的那五個方面的質疑，也不是完全沒有道理。尤其是碎片化問題，作為開源技術，RISC-V的確很難規避。
（碎片化：由于RISC-V允許用戶自己任意添加新的指令，但照此趨勢發展下去，可能以后很多芯片廠商開發出的RISC-V架構處理器盡管都歸屬于同一RISC-V體系，但在實際應用搭配時卻不能夠適配同樣版本的軟件。）
總而言之，RISC-V可以被看成是一個充滿生命力的年輕攪局者。寄希望于它能夠在短時間內和傳統巨頭抗衡，是不現實的。但是它舉起了打破壟斷的大旗，為沉悶的行業生態注入了新鮮的活力，值得我們為之叫好，也值得我們學習。
星星之火可以燎原，或許這個攪局者將來真的能成為領導者，也不一定呢。
