使用RISC-V实现的灵活处理器设计

开源RISC-V如何解锁处理器设计灵活性

作者：Adam Kimmel，贸泽电子专稿

十多年来，RISC-V提供免费、开放的指令集架构 (ISA)，通过开放的标准协作促进处理器创新。将如此众多的行业关联在一起，处理能力已成为工业4.0发展的少数制约瓶颈之一。ISA连接软硬件，创建开放源代码扫除了新进者和创新者为行业带来伟大创意的商业障碍。

“由于RISC-V是针对下一个50年而从头设计，所以架构师们借鉴了业内的最佳做法并吸取了以往的经验教训，建立了一种可以促进模块化并允许实现者针对其应用和工作负载选择合适指令组（扩展）的范式。”RISC-V International的首席技术官Mark Himelstein说， “RISC-V还支持特定于供应商的自定义扩展，以实现差异化创新。因此，实现者拥有更多自由，而最终用户则有了更好的产品。”

拥有750多个成员的RISC-V联盟负责“栽树”，每个成员都可以“乘凉”。例如，减少代码助力社区打造更高效、简化的数据传输体验。

技术社区

社区内关系紧密，营造出协作竞争的环境，因为所有成员都共同面临着产品开发周期长的挑战， 一个完整的端到端过程通常包括4到6个月的设计阶段，然后是为期18个月的商业化阶段。漫长的商业化周期迫使工程师们考虑时间对技术各方面的影响。

工程师们可以通过在由构建模块和相邻空间组成的应用中运用其专业知识、提高处理灵活性和缩短用时较长的前期步骤来加速开发。与合作者和客户沟通，优化应用，可以缩短开发时间，利用过去的开发成果来加快进度。

透明的开源模式降低了准入门槛，无需许可、准入或专利费用。这种氛围吸引了诸多人员规模数十工程师的公司（例如初创企业和创业者）以及成百上千的其他工程师加入这个社区。说到这一点，团体中的100多个成员（超过13%）从事RISC-V方面业务的员工不到500名。小型公司相对较高的参与率表明，RISC-V非常适合小型、中型和大型公司。

开源ISA消除了公开应用成功的担忧，让成员同心协力，能够全身心地投入，尽快解决技术问题。社区成员越成功，社区也就越成功。团体伴随着每项新应用向前发展，吸取并分享经验教训。此外，因为公司规模各不相同，小型成员公司将从大型成员公司的已有架构中受益。

差异化和灵活性

多样性和灵活选择是快速发展行业的重要支柱。为了实现这些支柱，各公司必须制定灵活、稳健且能够适时兼容创新的产品策略。RISC-V通过开源的方式提供了近乎无限的灵活性，没有任何限制和付费模式障碍。创造者通过扩展的方法实现了这一点。

工程师们将ISA的最小构建模块集成到或小或大的实现中。它独立于技术，十分适合高性能计算 (HPC)、PC、可穿戴设备、嵌入式、汽车和太空应用。设计团队使用所有平台，他们让问题决定解决方案（可以是多个，也可以是一个）。

这些特性所提供的灵活性增强了安全性。幽灵 (Specter) 和熔毁 (meltdown) 攻击推动了对安全性的需求。为了确保系统安全，程序员们可以使用加密技术，将1,000条指令缩减为一条。加密进一步缩短了架构之间的数据传输时间，优化了系统性能。

依然存在的挑战

一个仍然存在的重要挑战就是速度。一些非开源公司正在使用特定于云的独立服务器。这些公司可以针对某个（些）小众应用优化系统，但是他们虽然获得了一些特定优势，但却牺牲了兼容新技术的灵活性。

社区成员面临的另一个挑战是等待新软件版本还是使用现有版本。向量扩展就是一个这样的例子。一家公司实现的软件版本仅仅是其技术换代长河上某个时间点的快照。用户需要权衡是等待新版本，还是使用现有版本快速进入市场。一项应用需要实现什么，何时实现，社区对此提供了有用的意见。

结论

RISC-V的ISA开源方式吸引了新的应用，加强了社区。市场上存在着激烈的竞争，但是技术被用于和谐地增强现有解决方案。RISC-V可以扩展系统架构或充当独立框架。这项不断发展的技术拥有超过750个用户成员的社区，有着很高的天花板，并且正推动市场向开源ISA模式转变。