David Patterson：RISC-V将成为世界上最重要的指令集

来源：内容由半导体行业观察（ID：icbank）编译自「ZDnet」，谢谢。

十年前，一个想法诞生于加利福尼亚大学伯克利分校的一个实验室中，他们创造了一种通用的计算机芯片语言，按照他们的设想，这套指令将被能所有芯片制造商所使用，而不属于任何公司。

它本意不是想成为一种令人印象深刻的新技术，它只是希望可以使整个行业处于同一页面上，以简化芯片制造以推动发展。

但是，在迈向全球芯片标准的过程中发生了一件有趣的事情：正如伯克利所做的努力一样，RISC-V已经开始在芯片设计方面产生一些技术突破。

仅举一个例子，最近使用RISC-V的微处理器设计的时钟速度已经达到5 GHz，远高于最新的运行于3.2 GHz频率的英特尔顶级至强服务器芯片E7。然而，新型RISC-V芯片在1.1伏特时仅消耗1瓦功率，还不到英特尔至强所消耗功率的百分之一。

RISC-V的速度和功率效率也超过了Exynos 4的规格，Exynos 4是三星电子为其智能手机生产的顶级产品，它基于英特尔主要竞争对手ARM Holdings Plc提供的计算核心。

加州大学伯克利分校的教授David Patterson在接受ZDNet采访时说：“这真是太令人惊讶了。因为我认为IBM大型机具有5GHZ频率的产品应该需要液冷，且耗电100瓦”。

令Patterson感到惊讶的是，技术创新正在兴起。他说，“创新的潜力永远存在”，但是当他和伯克利大学的同伴KrsteAsanović于2011年首次为RISC-V撰写宣言时，这并不是他们主要的期望。

他说：“我认为将会发生的一件事是，因为它是开放的，我们将看到所有这些竞争。”

Patterson说：“也许是由于所有竞争，我们开始在设计领域看到一些真正有趣的观点。”

这个新型的5 GHz处理器原型并不是由初创公司的创建。它是由硅谷知识产权设计公司Micro Magic Inc.制造的，该公司已经与所有大型硅谷公司进行了25年的合作。少量但经验丰富的芯片设计人员完成这项任务的能力表明，设计复兴可能即将到来。

嵌入式基准微处理器联盟（Embedded Benchmark Microprocessor Consortium）记录，该芯片不仅在功耗更低的情况下速度更快，而且在原始CPU性能的基准得分（称为CoreMark）上的得分也高于英特尔和三星。RISC-V芯片的得分为13,000，是基于ARM的Exynos的每核性能得分的两倍以上。尽管Intel Xeon的每个内核名义上要高一些，为26,009，但Xeon部件需要更多的120个执行线程才能达到该性能。

长期担任芯片行业高管的Andy Huang博士担任Micro Magic的业务联络人。他在接受电话采访时向ZDNet解释说，突破在于CPU和内存交互的方式。Micro Magic的两位创始人Mark Santoro和Lee Tavrow在90年代初获得了SRAM计算机内存芯片的专利，这是有史以来最快的这种内存。

RISC-V原型消除了快速内存和慢速芯片可能存在的瓶颈。

“如果内存运行速度为5 GHz，逻辑运行速度为1 GHz，瓶颈在哪里呢？” 黄笑了笑，但没有透露细节。

Huang说，关键在于，由于RISC-V是开放的，与英特尔芯片的复杂指令集架构甚至ARM芯片中的RISC版本不同，RISCV可以通过芯片设计来解决这一瓶颈。如果芯片的指令被锁定，则不可能。

他使用的类比是Android与iOS。

“我问儿子为什么比苹果更喜欢三星（智能手机），他说这是因为如果他想要改变某些东西，他可以要求他的一位编程朋友为他做，因为Android是开放的，与iOS不同，”黄说。

Huang说：“这就是为什么我们将所有成功归功于Patterson博士的原因。” “到目前为止，他创建了最高效，最优雅的RISC体系结构。”

黄说：“我们应该叫他SaintPatterson。”

修补指令集的能力仅仅是Micro Magic展示的一部分。有经济因素在起作用。 Huang博士强调，与CISC或ARM的指令集各有1000多个指令不同，RISC-V的指令集少于一百个。

由于RISC-V指令集的简单性，Micro Magic能够使用标准硅晶圆生产芯片，而无需进行特殊调整。这样就可以使用所谓的shuttle run，在制造过程中，芯片与其他人的芯片在同一晶圆上分组在一起。这样可以便宜得多，因为晶圆的成本在许多方面分担。

Patterson指出：“人们谈论要花费1亿美元来定制ASIC。” “好吧，他们没有花一亿美元来做到这一点，”Patterson在评价 Micro Magic时说。

尽管没有得到帕特森和黄的强调，但还有第二个因素在起作用。如果您没有支付ARM许可证的开销，那么使用shuttle run 就容易得多，然后必须将其分摊到许多部分。

从某种意义上说，从某种意义上讲，RISC-V可以促进从啤酒厂到奶酪再到服装等许多现代产品线中所见的微批量生产方法。

考虑到全球最大的芯片制造商之一的英伟达（Nvidia）正在以400亿美元的价格收购ARM，因此经济学上的问题颇具争议。此次出售将使Nvidia能够从ARM的知识产权中获得专利使用费，并为世界上使用最广泛的芯片指令制定了发展路线图。

Nvidia首席执行官黄仁勋（Jensen Huang）描述了他对ARM的雄心勃勃的计划，并且他向华尔街保证，ARM的许可证持有者，他的竞争对手不会介意他购买最大的供应商。

但是此举显然为替代品提供了新的机会。被问到这笔交易的时候，帕特森的回应是谨慎的。因为英伟达是RISC-V生态系统的成员，并全心全意地支持该技术。

“我认为，人们往往认为RISC-V只是一个学术想法，”帕特森告诉ZDNet。“然后，当证明可以购买和出售专有指令集时，这将成为开放式体系结构的另一个理由。”

Micro Magic的Huang表示，自从Micro Magic发布其简短的芯片公告以来，他已经吸引了技术巨头的兴趣。

Huang说：“我已经收到了两家上市公司的电子邮件，”但黄未透露姓名。

Huang提供了一种假想的方案，在这种方案中，Apple或Google可以使用该芯片，在能耗方面取得突破。

Huang对ZDNet表示： “谷歌已经拥有移动开源软件Android，想想如果所有移动客户也拥有最省电，性能最高的开源RISC核心，将会为他们带来什么好处。”

Huang表示，“想象一下最新的Apple Watch不必隔夜充电。”

Huang说，不管有没有这样的大交易，Micro Magic都希望将其RISC-V知识产权纳入越来越多的设计中，以便对全球用电量产生实质性影响。 “我们使用此IP的意图是帮助世界，帮助PC，笔记本电脑世界，平板电脑世界，手机世界，可穿戴设备，游戏，电动汽车和IoT –您为它命名的一切，我们目标是将世界的碳排放量减少一半。”

一个原型CPU并不是革命性的。与英特尔和其他公司的实际发货产品进行比较，可以得出一个事实，即完成芯片设计还需要更多的零件。

这就是RISC-V周围公司的生态系统变得重要的地方。宣布将使用RISC-V的已发布公司的数量虽小，但仍在增长。

“您可以想到的所有产品，一直到数据中心，现在人们都在认真考虑RISC-V，” Patterson说。

他说：“从某种意义上说，我们已经走到了尽头，从几年前我为什么会使用RISC-V，到为什么我不使用RISC-V？”

在生态系统各方中突出的是SiFive，这是一家位于硅谷的初创公司，多年来一直专门基于RISC-V开发芯片知识产权。今年8月，该公司成立了一个业务部门，致力于为各种应用（包括AI和边缘计算）生产定制芯片，称为OpenFive。Patterson的合作者Asanović教授是SiFive的首席架构师。

另一个是嵌入式处理器制造商台湾晶心科技（Andes Technology of Taiwan），该公司多年来已向电子产品制造商出售了数十亿个CPU设计。

上个月，SiFive和Andes Technology都在著名的芯片技术会议Linley Fall Processor Conference上展示了使用RISC-V的AI新芯片设计。

SiFive告诉ZDNet，它现在已经赢得了80多家公司的200多个设计订单，其中包括前十大半导体制造商中的六个。SiFive对ZDNet表示： “随着FADU，Huami，Qualcomm，三星和Synaptics的Design Win，SiFive目前已发货了数千万个内核。”

晶心在本月的季度报告中告诉投资者，今年其收入的大约三分之一来自基于RISC-V的零件。

希捷科技公司和大型磁盘驱动器制造商西部数据公司都是下个月的RISC-V峰会的赞助商，该峰会是生态系统的第三届年度技术大会。该活动是由RISC-V国际协会赞助的，该协会是一家非营利性公司，目前代表750多个致力于推进该标准的各方，其中包括中国智能手机厂商华为，芯片制造商Xilinx和高通以及IBM。Asanović是该小组的主席，而Patterson是副主席。

但是，无论RISC-V多么成功，世界可能永远都不知道其用法的全部范围。这是因为，尽管ARM和其他商业技术提供商在其被许可人签署文件的同时，也没有人使用RISC-V披露使用情况。

RISC-V International要求供应商自愿披露使用情况，但不强迫此类披露。

因此，Patterson说，“很难看到具体的证据”表明RISC-V的使用范围。

尽管如此，诸如Micro Magic产品的技术进步证据向Patterson和其他人暗示，RISC-V的影响最终可能很大。

最近，Patterson通过视频与合作者进行了一系列的一对一访谈，以虚拟地庆祝RISC-V十周年。

帕特森告诉ZDNet，一位合作者提出了惊人的观点。 帕特森回忆说：“在五到十年内，RISC-V可能是世界上最重要的指令集”。 他说：“一方面，这听起来很疯狂，但这并非不可能。”