RISC-V 指令集从 2014 年正式发表第一版用户手册时面临多方质疑，到后来成为印度国家指令集，再到今年中国发表首个 RISC-V 支援政策。经过短短几年，RISC-V 不仅有政策支援，企业和学术圈对这个开源指令集的关注度不断提高，甚至让 ARM 也感到压力。随着 RISC-V 商业落地向前推进，业界也充满了期待，但是从指令集设计到最终应用，我们对 RISC-V 或许有些误解。
3 个月完成指令集设计只是“玩笑”
RISC-V 要从 2010 年说起，当时加州大学柏克莱分校一支研究团队准备启动新专案，为新专案选架构的时候研究团队看到 ARM、MIPS、SPARC 和 x86 等，但这些指令集不仅越来越复杂，还有很多 IP 法律问题。所以团队临时组了一个 4 人小组，展开一个 3 个月的暑期小专案，设计新的指令集，目标是新指令集能满足从微控制器到超级电脑等各种大小的处理器。具体地说，RISC-V 指令集架构简单、完全开源且免费，将基准指令和延伸指令分开，可透过延伸指令自订化模组和延伸。需要指出的是，RISC-V 的基准指令确定后将不会再变化，这是 RISC-V 稳定性的重要保障。
有观点认为柏克莱分校 3 个月就能设计出一套全新指令集，这表明指令集设计没有那么难，更大的难点在于指令集的生态建设。但其实 RISC-V 从 2010 年开始到 2014 年才正式发表第一版用户手册，中间经过 4 年。还有一点不容忽视，RISC-V 指令集架构之前，柏克莱分校已有四代 RISC 指令集架构的设计经验，第一代 RISC 指令集早在 1981 年就出现，因此指令集的开发简单与否并不是那么容易有结论。
▲ David Patterson 教授带领研制的五代 RISC 处理器。
至于 RISC-V 的生态建设，成立于 2014 年，致力于网络边缘端进行智慧边缘计算的法国新创公司 GreenWaves Technologies CEO Loic Lietar 接受专访时发表了看法。他表示：RISC-V 身为后来者生态的建设正在快速发展，也正在快速成熟。从 2015 年非获利性组织 RISC-V 基金会（RISC-V Foundation）成立，两年内有 150 多个单位加入，包括 Google、华为、辉达、高通、麻省理工学院、普林斯顿大学、印度理工学院、中国中科院计算所等。
▲ Loic Lietar。
RISC-V 微处理器的相容性不是问题
▲ RISC-V 基金会（RISC-V Foundation）。
随着 RISC-V 生态快速发展，许多人都担心 RISC-V 的开放及可延伸性会出现版本分裂及相容问题。Loic Lietar 指出：“相比手机、PC 及一些高效能处理器，应用于感测装置的微控制器对生态的相依性没有那么高。从 GreenWaves 的角度看，我们基于 RISC-V 的 32 位元微控制器主要针对物联网等终端机市场的边缘计算需求，一个装置将长时间重复执行几个应用，并不会像手机或电脑安装和移除不同应用程序，因此对软件相容性的依赖程度并不是问题。同时，我们内建基于 RISC-V 标准的延伸指令集以获得最佳效能和能效，这是我们与其他竞争对手最不同的地方。另外，微控制器市场的生态很多开源，我们的处理器已移植 Arm Mbed OS、FreeRTOS，未来我们还将不断移植，适应终端机在不同生态圈的发展需求。我们还开发了一些专有工具，可帮助软件开发人员为我们的 8 核并列架构自动生成最佳化的软件程式码。”
对系统移植会否影响处理器效能的疑问，Loic Lietar 答案是否定。他说：“比如在我们的 GAP8 微控制器架构下，执行的一般都是简单即时操作系统（RTOS）。因为我们的应用场景中，虽然装置需要完成的工作是高效能的，但从程式码量和重复性来看相对简单，并不需要复杂操作系统支援。所以各种 RTOS 对效能的影响并不严重。”
除了软件和 OS，EDA 工具的完善度也会影响 RISC-V 的发展，Loic Lietar 对此表示，无论是他们现有产品还是下一代产品，EDA 工具都足以满足开发设计需求，目前也没有因为缺少 RISC-V 的特殊工具出现问题。
由此可以看到，基于 RISC-V 的微控制器对生态的依赖程度确实还没那么高，那对更高效能的 RISC-V 处理器又如何呢？
RISC-V 只有物联网边缘端处理器？
RISC-V 指令集设计的目标是满足从微控制器到超级电脑各种大小处理器的需求，不过目前看到更多是 RISC-V 物联网终端机处理器。对此，Loic Lietar 表示：“32 位元微控制器相对高效能处理器，技术与市场接受度难度肯定不一样。从 32 位元处理器开始可看作由简到难的过程，我们参与的开源计划 PULP（意大利波隆纳大学 Universities of Bologna 和瑞士苏黎世联邦理工学院 ETF Zurich 共同成立的实验室，旨在研究超低功耗并列架构），也是从最精简的 32 位元处理器开始设计，慢慢有了 64 位元处理器，可执行 Linux。RISC-V 有个较好基础，可提供 32、64、128 位元指令集。指令集与核心不同，有更多可能性，且 RISC-V 指令集架构可针对各种不同的应用，以标准方式延伸。”
他同时指出，RISC-V 技术在不同市场的发展和落地，从 32 位元到 128 位元处理器在不同场景的应用，技术并没有太大问题，此时来自市场的需求将对 RISC-V 的应用方向有主导作用。当下人们更专注于 RISC-V 现在能做什么，而非未来能做什么。
GreenWaves 通用处理器 GAP8 定位在长期依赖电池的边缘计算装置，旨在为智慧城市、智慧家居、智慧工业和自主无人机等不同场景下工作的装置提供超低功耗边缘计算、智慧边缘计算的能力。
RISC-V 比 ARM 更适合物联网和 AI？
虽然被问及 ARM 为何会在 6 月底建立网站以“设计系统芯片之前需要考虑的 5 件事”为主题，从成本、生态系统、版本分裂风险、安全性和设计保证方面攻击 RISC-V 时，Loic Lietar 表示，他也不清楚，这答案 ARM 或许更清楚。但对 RISC-V 是否更适合物联网和 AI，他表示：“我们从一开始就看准物联网市场，2016 年就在考虑如何让物联网更丰富，而不仅限一些简单功能。‘丰富’代表更丰富的资讯来源，如影像，声音，震动等。 如何能在电池驱动的情况下，维持数年对丰富资讯的区域处理（即超低功耗边缘计算）便成了定下的研究与发展方向。为对应此需求，我们需要更有针对性的架构满足需求。RISC-V 不仅为我们提供庞大且快速发展的社群，且还给予我们创新架构以达极致能效的机会，无需购买昂贵的架构许可证。RISC-V 出现之前，这是不可实现的。”
▲ GreenWaves 基于 RISC- V 处理器的开发板。
因此，GreenWaves 推出针对物联网市场的超低功耗应用处理器，旨在边缘端（感测器端）依赖电池做长期复杂运算，如行人监测、脸部侦测、语音关键字辨识、震动辨识等。 具体地说，GAP8 可用 3.44mW 完成一次行人侦测，0.5mW 完成一次人脸侦测。也就是说，依靠一节普通电池，用间隔唤醒方式工作，我们可维持数年的边缘 AI 工作。效能方面，基于 CNN 影像辨识的影像辨识算法 Cifar10 中，GAP8 比 STM32H7 有最小 16 倍最高 75 倍（使用硬件加速器）能效优势。且 GAP8 为通用处理器，不仅能执行 CNN 演算法，还有更大的弹性在端侧进行其他类别的复杂运算。
Loic Lietar 还认为，物联网在边缘计算潜力巨大，但这样需求主要受限于市场缺少能依赖电池做长时间边缘计算的处理器。随着像 GAP8 的产品诞生，我们可找到不同的应用场景，进一步延伸物联网市场。
竞争中都能找到立足点
在 ARM 针对 RISC-V 提出的 5 个问题中，生态系统、版本分裂以及设计保证的问题上文中都已经有了明确的答案，还未提及的成本和安全性问题其实答案也非常明确。基于开源套件的设计使 GreenWaves 能够将资源集中在其自我加值上，而不是开发或购买核心 IP，这使他们在开发产品的时候成本可以大幅度降低，同时提升资本效率。
安全性方面，Loic Lietar 表示，GAP8 有支援安全启动和安全执行的所有硬件功能。开源软件世界中，我们已经看到，设计的公开性对安全性有非常积极的影响，因为程式码可供大量开发人员和研究人员检视、测试。市场已多次证明，藏起来的安全设计其实不真正安全。
最后谈到竞争，Loic Lietar 表示：“我们真切感受到 RISC-V 市场的发展趋势，也从中受益良多。在人工智能物联网领域，我们能效与众不同，从事边缘人工智能研究超过 3 年，竞争才刚刚开始。我相信在物联网的大市场中每家公司都可找到立足点。我们的产品已于 2 月上线，许多用户都开始使用我们的开发板，第一批生产订单将很可能来自中国。当然，为了保持领先地位，下一代产品已在开发，也代表我们在能源效率和计算能力方面迈出又一大步。”
RISC-V 指令集开源给全世界厂商发展物联网市场的好机会，在政策、企业、研究所的共同推动下，RISC-V 正在迅速壮大，所以 ARM 感到压力并不让人意外，但物联网市场够大，无论 ARM 还是 RISC-V 都能发挥重要价值。
（本文由 雷锋网 授权转载；首图来源：shutterstock）
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