為什么中國(guó)市場(chǎng)對(duì)采用RISC-V架構(gòu)有如此高的熱情？RISC-V對(duì)中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)來說又有哪些方面的意義？

“中國(guó)芯”一直是一個(gè)很熱的話題，政府、產(chǎn)業(yè)、基金、市場(chǎng)都非常有興趣想去了解RISC-V指令集會(huì)給他們的產(chǎn)品和商業(yè)模式帶來哪些影響。另一方面，芯片產(chǎn)業(yè)涉及的領(lǐng)域極廣，從傳感器、圖像/音視頻處理，到5G通信、GPU、人工智能，再到最頂層的CPU。然而從國(guó)內(nèi)的實(shí)際情況來看，我們?cè)贑PU方面投資巨大，但投資效率不高，甚至事倍功半，所以當(dāng)開源免費(fèi)的RISC-V指令集出來之后，產(chǎn)業(yè)界自然對(duì)其抱有極大的期望。

我在芯片行業(yè)工作了幾十年，深知生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)的重要性。從PC時(shí)代的WinTel聯(lián)盟，到智能手機(jī)時(shí)代的Arm+安卓，都是如此。后來者并非產(chǎn)品本身不好，更多是難以撼動(dòng)已有生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)，只能亦步亦趨的跟隨，很難成功。但RISC-V正好是具備開放屬性的，是封閉、獨(dú)家指令集的最好替代品。對(duì)中國(guó)企業(yè)來說，使用RISC-V指令集既能和國(guó)際接軌，不閉門造車，又沒有“Me Too”的限制，所以無論從技術(shù)還是商業(yè)角度來看，RISC-V在中國(guó)是有可能成功的，這對(duì)中國(guó)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的意義十分巨大。

對(duì)于任何新技術(shù)，特別是一項(xiàng)開放標(biāo)準(zhǔn)，人們總是會(huì)問“時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟了嗎？”這樣的問題。那么，RISC-V目前處于什么階段呢？RISC-V最具前景的應(yīng)用場(chǎng)景有哪些？

RISC-V指令集從技術(shù)層面來講已經(jīng)比較成熟了，相比X86和Arm，它沒有歷史包袱，是一個(gè)非常精簡(jiǎn)漂亮的系統(tǒng)架構(gòu)。簡(jiǎn)單來說，RISC-V指令集基本分為四類：以開源指令集體系結(jié)構(gòu)(ISA)為代表的核心指令集、ISA中的可選擇指令集、用戶指令(Customer Instruction)和系統(tǒng)指令(也被稱作“特權(quán)指令”)，支持包括圖形引擎、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)、安全性、嵌入式和通用型處理器在內(nèi)的多種應(yīng)用程序。接下來，隨著RISC-V生態(tài)系統(tǒng)的不斷擴(kuò)大，其開發(fā)工具、FGPA軟核、IP和設(shè)計(jì)服務(wù)也會(huì)不斷增多，還將支持更多操作系統(tǒng)。

目前，有很多企業(yè)和初創(chuàng)企業(yè)把RISC-V指令集運(yùn)用在創(chuàng)新的行業(yè)應(yīng)用中，也有學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和政府資助項(xiàng)目把RISC-V指令集應(yīng)用到其它有趣的領(lǐng)域。在我看來，主要會(huì)集中在以下四大領(lǐng)域：

• 物聯(lián)網(wǎng)。

  物聯(lián)網(wǎng)屬于高度碎片化的市場(chǎng)，但它對(duì)軟硬件生態(tài)系統(tǒng)的要求不像手機(jī)、PC和服務(wù)器芯片那么高。而且不同于當(dāng)下最流行的Arm架構(gòu)，一些中小型公司完全可以從實(shí)際應(yīng)用出發(fā)向RISC-V指令集中添加新的指令，但這對(duì)Arm 來說就很難。

• RISC-V控制器。

  以西部數(shù)據(jù)、英偉達(dá)最具代表性，他們會(huì)在自己的產(chǎn)品中內(nèi)嵌一個(gè)RISC-V CPU來降低成本和功耗，提高安全性和靈活性。

• 數(shù)據(jù)中心

  。主要用于加速、深度學(xué)習(xí)，更強(qiáng)調(diào)對(duì)應(yīng)用場(chǎng)景的定制化設(shè)計(jì)。

• 增量市場(chǎng)。

  以智能音箱、智能家居產(chǎn)品最具代表性，這一類應(yīng)用更強(qiáng)調(diào)“邊緣計(jì)算”能力，對(duì)靈活性要求高，遇到市場(chǎng)和技術(shù)變化要求能夠及時(shí)做出調(diào)整。

RISC-V指令集目前對(duì)于手機(jī)、PC和刀片式服務(wù)器市場(chǎng)來說還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠成熟的，它更適合碎片化市場(chǎng)。從創(chuàng)始人Patterson和Hennessy最近發(fā)表的文章來看，他們認(rèn)為CPU已經(jīng)演進(jìn)到加速處理單元(Accelerated Processing Unit, APU)階段，用戶需要根據(jù)不同的應(yīng)用來設(shè)計(jì)不同的系統(tǒng)架構(gòu)，從這個(gè)角度來看，RISC-V無疑是非常優(yōu)秀的指令集架構(gòu)。

RISC-V指令集的生態(tài)系統(tǒng)、芯片/系統(tǒng)開發(fā)人員的平臺(tái)選擇、安全性、軟件、投資等問題是否得到了很好的解決？

RISC-V基金會(huì)目前擁有超過210名企業(yè)、學(xué)術(shù)和個(gè)人會(huì)員，使命是保護(hù)“RISC-V指令集是全行業(yè)的單一指令集”的神圣性，并鼓勵(lì)全球應(yīng)用RISC-V指令集標(biāo)準(zhǔn)。2018年11月，RISC-V基金會(huì)還宣布成立中國(guó)顧問委員會(huì)，指導(dǎo)RISC-V基金會(huì)在中國(guó)的教育和應(yīng)用戰(zhàn)略，并與中國(guó)企業(yè)、個(gè)人貢獻(xiàn)者以及其他利益相關(guān)者密切合作，以加快RISC-V指令集在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用。截至目前，RISC-V基金會(huì)在中國(guó)的業(yè)務(wù)已經(jīng)擴(kuò)展至超過25個(gè)企業(yè)和大學(xué)。

但RISC-V的系統(tǒng)指令、特權(quán)指令里沒有安全指令，相比ARM TrustZone、英特爾SGX、AMD SME/SEV來說是有欠缺的。所以RISC-V基金會(huì)最近成立了RISC-V安全常務(wù)委員會(huì)，主要圍繞基于RISC-V指令集的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)和機(jī)器學(xué)習(xí)等應(yīng)用討論潛在的安全改進(jìn)方案。考慮到安全問題比較敏感，基金會(huì)傾向于在保留基本架構(gòu)的前提下，將安全指令的具體定義權(quán)下放到各個(gè)國(guó)家。

資金和軟件方面的問題，RISC-V是一個(gè)開源架構(gòu)，RISC-V基金會(huì)是一個(gè)非盈利組織，目前在上面運(yùn)行的只是GCC、Linux等基本軟件，缺少系統(tǒng)級(jí)軟件的支持，這個(gè)問題需要解決，RISC-V基金會(huì)董事會(huì)成員和會(huì)員公司也都意識(shí)到了這一點(diǎn)。雖然我們最近重點(diǎn)增加了對(duì)嵌入式和計(jì)算發(fā)行版的Linux操作系統(tǒng)支持，比如與Linux基金會(huì)合作，通過改善對(duì)所有計(jì)算平臺(tái)新應(yīng)用程序和架構(gòu)開發(fā)的支持，發(fā)展壯大RISC-V的生態(tài)系統(tǒng)，但要支持更多的系統(tǒng)軟件，離不開各國(guó)政府和企業(yè)的資金支持。

開源指令集并不是什么新鮮事物，但為什么只有RISC-V在短短幾年時(shí)間內(nèi)得到了迅速發(fā)展？Sparc、Power、MIPS等開源架構(gòu)都是在熱鬧了一陣之后又趨于沉寂，有人認(rèn)為RISC-V可能也會(huì)走同樣的道路，會(huì)出現(xiàn)這種情況嗎？

坦率的說，開源硬件以前一直沒有成過氣候，留給人們的印象總是，“這家公司一定要到快不行的時(shí)候，沒辦法，不得不開源。”再加上它們往往背著沉重的歷史包袱，所以對(duì)CPU設(shè)計(jì)者來說缺乏吸引力。但RISC-V顯然不是這樣，它就是為開源而生的。

從我個(gè)人的觀點(diǎn)來看，RISC-V指令集如果不犯很大錯(cuò)誤的話，這個(gè)架構(gòu)應(yīng)該就是硬件和CPU的未來，RISC-V生態(tài)系統(tǒng)將為未來50年的計(jì)算設(shè)計(jì)和創(chuàng)新發(fā)展鋪平道路。特別是伴隨著人工智能和深度學(xué)習(xí)的普及，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)已經(jīng)遠(yuǎn)不是“無線連接+通信芯片+Arm處理器”這么簡(jiǎn)單，它將更加智能、靈活，這很符合RISC-V的設(shè)計(jì)初衷。而且對(duì)廣大中小型公司來說，RISC-V指令集已經(jīng)得到了Synopsys/Cadence等設(shè)計(jì)公司的支持，采用Verilog等高級(jí)語言而不是匯編語言編寫，大幅減少了設(shè)計(jì)的復(fù)雜度和工作量，提高了效率，加速了產(chǎn)品上市時(shí)間。

過去Arm為了防止碎片化，嚴(yán)格禁止用戶修改指令集，這在一定程度上成就了Arm。但在IoT時(shí)代，RISC-V的支持者認(rèn)為需求越差異化，開源工具越流行，指令集碎片化所帶來的影響就越??；而反對(duì)者則認(rèn)為指令集開源，大大降低了準(zhǔn)入門檻，很容易造成碎片化和分裂。您對(duì)此有怎樣的看法和評(píng)論？

這兩種觀點(diǎn)都有道理。反對(duì)者也是從英特爾或者Arm的經(jīng)驗(yàn)來看，碎片化的確會(huì)造成它們“發(fā)展不上去”。RISC-V的策略是建立一個(gè)簡(jiǎn)易的小型指令集基礎(chǔ)和模塊標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展，適用于大多數(shù)代碼，同時(shí)為不干擾標(biāo)準(zhǔn)指令集核心的應(yīng)用特定擴(kuò)展留出足夠的空間。RISC-V的其中一個(gè)關(guān)鍵好處是——這是行業(yè)中的單一RISC-V標(biāo)準(zhǔn)，因此我們預(yù)計(jì)不會(huì)有人對(duì)指令集碎片化有興趣。RISC-V基金會(huì)的技術(shù)委員會(huì)擁有一個(gè)活躍的合規(guī)工作組，負(fù)責(zé)開發(fā)開源RISC-V指令集合規(guī)套件，以供所有RISC-V應(yīng)用者使用，驗(yàn)證指令集的合規(guī)性。但這種分割形式能不能取得成功？可能要看RISC-V后續(xù)的運(yùn)作情況。

目前為止，很嚴(yán)重的碎片化問題還沒有發(fā)生，但隨著產(chǎn)業(yè)和技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這種可能性是不能被排除的。因此這給RISC-V基金會(huì)帶來了挑戰(zhàn)，既要盡可能的讓RISC-V順利、靈活的發(fā)展，同時(shí)還要防止碎片化，這個(gè)“度”的掌握很不容易。我同意反對(duì)者的意見，就是開源容易產(chǎn)生碎片化。但我不同意的，是“它一定會(huì)產(chǎn)生碎片化”。如果處理的好，這一現(xiàn)象是可以避免的。

不論是Intel還是Arm，他們的成功絕不是僅僅只因?yàn)榧夹g(shù)。所以，如果RISC-V想成為下一個(gè)在這個(gè)領(lǐng)域獲得成功的巨頭，那么它一定不能照搬Intel和Arm的商業(yè)模式。那么，RISC-V的商業(yè)模式是什么？

RISC-V一定不能照搬英特爾或是Arm的商業(yè)模式，我完全同意。但將來RISC-V的商業(yè)模式是什么？這個(gè)問題其實(shí)目前還沒有答案。但其實(shí)也不必為此感到過于悲觀，就好像PC誕生之初，誰也無法想象后來英特爾會(huì)和微軟結(jié)合產(chǎn)生巨大效應(yīng)；智能手機(jī)誕生之初，各式各樣的操作系統(tǒng)會(huì)被安卓和IOS統(tǒng)一。所以只要它是市場(chǎng)真正需要的，領(lǐng)頭羊式的企業(yè)就會(huì)誕生，新的商業(yè)模式就會(huì)誕生。

您在之前的采訪中也曾談到，市場(chǎng)上有廠商利用RISC-V架構(gòu)單獨(dú)設(shè)計(jì)或者生產(chǎn)了CPU/MCU芯片，也有像Nvidia、西部數(shù)據(jù)這樣的廠商在自己的產(chǎn)品或者解決方案中嵌入一個(gè)RISC-V CPU來降低成本、提高靈活性和競(jìng)爭(zhēng)力。所以，對(duì)于如何正確使用RISC-V架構(gòu)，您有哪些好的建議？

是的，開源項(xiàng)目參與人多，RISC-V的芯片形態(tài)也就會(huì)有很多，我們鼓勵(lì)RISC-V基金會(huì)的會(huì)員以合適的方式去使用RISC-V指令集。所以有的公司在大型SoC中使用RISC-V控制器，有的則使用RISC-V作為主處理器，RISC-V基金會(huì)致力于讓每家公司最大限度地應(yīng)用RISC-V指令集。但中國(guó)和美國(guó)市場(chǎng)還是存在差異的，我們更擅長(zhǎng)“集中力量辦大事”，所以如何將開源的RISC-V指令集與中國(guó)具體實(shí)踐相結(jié)合，揚(yáng)長(zhǎng)避短，是非常值得考慮的一件事。

對(duì)商業(yè)公司來說，從得到指令集到推出得到大量用戶認(rèn)可的產(chǎn)品并非易事。這是否意味著只有具備出色設(shè)計(jì)能力的公司才有可能從開源的RISC-V架構(gòu)收益？是否只有RISC-V才能實(shí)現(xiàn)中國(guó)國(guó)產(chǎn)自主的指令集架構(gòu)？

的確如此，得到指令集只是第一步，接下來還要完成從指令集定義到CPU微架構(gòu)設(shè)計(jì)，到整個(gè)芯片的設(shè)計(jì)和相應(yīng)軟件、工具鏈的開發(fā)和維護(hù)，以及在上面運(yùn)行的操作系統(tǒng)，豐富的函數(shù)庫以及應(yīng)用程序等一系列復(fù)雜的流程。對(duì)一家芯片公司來說，它的設(shè)計(jì)要求比Arm要高，做的好壞，取決于公司的研發(fā)實(shí)力。

但反過來看，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)上使用Arm架構(gòu)已經(jīng)導(dǎo)致同質(zhì)化設(shè)計(jì)十分嚴(yán)重，紅海一片。RISC-V的優(yōu)勢(shì)在于通過簡(jiǎn)單且可擴(kuò)展的指令集提供更高效的硬件，讓企業(yè)減少實(shí)施和驗(yàn)證的工作量。RISC-V的免費(fèi)、開源模式免除了昂貴的指令集許可費(fèi)，未具備自主設(shè)計(jì)SoC能力的企業(yè)可以使用第三方IP或設(shè)計(jì)服務(wù)公司來開發(fā)RISC-V設(shè)備，這對(duì)中小型公司而言尤為重要，也給那些不想使用X86和Arm架構(gòu)的CPU設(shè)計(jì)公司提供了新的選擇。

不過，開源硬件不是開源軟件，不是拿來就能用的，指令集架構(gòu)授權(quán)和CPU核授權(quán)也不是同一回事。沒有設(shè)計(jì)能力，就要倒逼自己去不斷學(xué)習(xí)和提升。一家真正優(yōu)秀的CPU公司，必須要有自己設(shè)計(jì)芯片的能力，所以不管是英特爾、Arm、高通、海思，它們這方面都做的很好。這不是憑借運(yùn)氣，而是因?yàn)樗麄兊拇_花了很多的努力，培訓(xùn)了一代又一代的人來做這些事情。