2019年7月，阿里巴巴旗下半導(dǎo)體公司“平頭哥”正式發(fā)布玄鐵910，并宣稱(chēng)是“業(yè)內(nèi)最強(qiáng)RISC-V處理器之一”，號(hào)稱(chēng)性能可比肩Arm v8架構(gòu)Cortex A7X系列，并且在今年3月， David Patterson在阿里平頭哥玄鐵RISC-V生態(tài)大會(huì)上也大膽預(yù)言：“3到5年后，RISC-V將無(wú)處不在！。但在過(guò)去，RISC-V的普及度較低，在中國(guó)的知名度就更低了，更多流行的是x86架構(gòu)和ARM架構(gòu)，所以人們不禁發(fā)出疑問(wèn)，什么是RISC-V？它與x86和ARM的區(qū)別是什么？

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CPU需要調(diào)用對(duì)應(yīng)的指令來(lái)使用不同功能電路。而用來(lái)規(guī)定指令格式的東西就叫做指令集架構(gòu)，不同的架構(gòu)對(duì)同一功能的實(shí)現(xiàn)思路不同，按照指令集架構(gòu)的分類(lèi)，可分為復(fù)雜指令集（CISC）及精簡(jiǎn)指令集（RISC）。

復(fù)雜指令集計(jì)算機(jī)（Complex Instruction Set Computer，CISC）：每個(gè)指令可執(zhí)行若干低端操作，例如存儲(chǔ)器讀取、存儲(chǔ)、計(jì)算操作等，指令數(shù)目多且復(fù)雜，每條指令字長(zhǎng)不相等。這些特性使得代碼編寫(xiě)較為簡(jiǎn)單，但是復(fù)雜的指令需要若干指令周期才可以實(shí)現(xiàn)。

精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)（Reduced Instruction Set Computer，RISC）：對(duì)指令數(shù)目與尋址方式都做了精簡(jiǎn)，只保留經(jīng)常使用的指令，因此實(shí)現(xiàn)更加容易，指令并行程度較好，編譯器效率較高。但是對(duì)于一些特殊操作，需要通過(guò)處理器額外的執(zhí)行時(shí)間來(lái)彌補(bǔ)。其特征包括統(tǒng)一指令編碼、泛用的寄存器，單純的尋址模式等，每條指令的執(zhí)行時(shí)間較短。

CISC盡可能將任務(wù)一次性做完，高效但費(fèi)腦（性能高、功耗大），RISC則是將任務(wù)拆解，分次做完，雖然對(duì)個(gè)人能力要求不高（性能低、功耗?。?，所以效率更低。

全球前三大指令集架構(gòu)

全球前三大指令集架構(gòu)，一個(gè)是由英特爾為首的x86架構(gòu)，其應(yīng)用于絕大部分PC和服務(wù)器；而英國(guó)公司Arm的Arm架構(gòu)則用于全球99%以上的智能手機(jī)。對(duì)比前兩位“大哥”，RISC-V可以說(shuō)是妥妥的“小弟”，雖說(shuō)三者并成為“全球前三“指令集，但RISC-V與x86和ARM的市場(chǎng)份額差距實(shí)在太大了，甚至可以說(shuō)難以望其項(xiàng)背。

這三種架構(gòu)，分別代表了三種經(jīng)營(yíng)模式：

x86架構(gòu)由英特爾和AMD死死把控，其它公司想用？沒(méi)門(mén)！；

x86 CPU市場(chǎng)最新份額：Intel＝五個(gè)半AMD

X86指令集發(fā)展簡(jiǎn)史和不足

Arm架構(gòu)雖然由Arm公司所有，但授權(quán)開(kāi)放，需要花錢(qián)購(gòu)買(mǎi)其IP；

英偉達(dá)正在開(kāi)發(fā)基于Arm的PC芯片，挑戰(zhàn)英特爾

Arm再上市——被偷走的也許不只是7年

外媒：英偉達(dá)正設(shè)計(jì)基于Arm架構(gòu)的PC芯片最早于2025年開(kāi)售

RISC-V的優(yōu)勢(shì)就在于具有指令精簡(jiǎn)、模塊化、可擴(kuò)展、開(kāi)源、免費(fèi)等優(yōu)點(diǎn)，其不屬于任何機(jī)構(gòu)或國(guó)家，開(kāi)源免費(fèi)，運(yùn)營(yíng)成本由基金會(huì)的會(huì)員出資，可創(chuàng)造出具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的IP核或芯片，相對(duì)于目前主流的英特爾X86架構(gòu)及Arm等架構(gòu)，RISC-V的基礎(chǔ)指令集只有40多條，加上其他基本的模塊化擴(kuò)展指令總共幾十條指令，非常簡(jiǎn)單。

RISC-V基金會(huì)當(dāng)時(shí)將總部從美國(guó)遷至瑞士，瑞士是中立國(guó)，遷址原因是“擔(dān)心可能出現(xiàn)的地緣政治破壞”，其免費(fèi)開(kāi)源的特點(diǎn)，意味著沒(méi)有人可以以“國(guó)家安全”為托詞，限制他人使用RISC-V。

RISC-V國(guó)際基金會(huì)CEO：RISC-V不受任何單一企業(yè)或國(guó)家的控制

在RISC-V成立之初，基金會(huì)的中方成員只有阿里巴巴、華為和中科院計(jì)算所，到了2022年中，基金會(huì)19個(gè)高級(jí)會(huì)員里，中國(guó)大陸芯片企業(yè)占據(jù)12個(gè)席位。到了如今，隨著美國(guó)持續(xù)將芯片技術(shù)作為限制他國(guó)發(fā)展的“武器”的大背景之下，越來(lái)越多國(guó)家和廠商開(kāi)始越來(lái)越重視芯片的自主權(quán)，這也推動(dòng)了RISC-V生態(tài)加速發(fā)展，目前已經(jīng)呈現(xiàn)出與X86和Arm三足鼎立之勢(shì)，RISC-V技術(shù)成為中美技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)新戰(zhàn)場(chǎng)，中美科技戰(zhàn)新戰(zhàn)場(chǎng)！RISC-V開(kāi)源芯片技術(shù)成焦點(diǎn)。

X86指令集及ARM架構(gòu)

X86架構(gòu) (The X86 architecture) 是微處理器執(zhí)行的計(jì)算機(jī)語(yǔ)言指令集，指一個(gè)Intel通用計(jì)算機(jī)系列的標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)縮寫(xiě)，也標(biāo)識(shí)一套通用的計(jì)算機(jī)指令集合。

1978年Intel推出了8086處理器（16位微處理器），1985年Intel推出了80386（32位處理器）。由于Intel早期處理器名稱(chēng)是以數(shù)字來(lái)表示80x86，因此這些架構(gòu)稱(chēng)之為x86。

X86架構(gòu)圖

一些公司一直采用X86架構(gòu)研發(fā)產(chǎn)品，例如巨頭英特爾，超微 (AMD)、威盛等企業(yè)。其中x86架構(gòu)中英特爾和AMD是霸主地位。

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國(guó)產(chǎn) CPU 廠商得到了相應(yīng)指令集的架構(gòu)授權(quán)，發(fā)展成為6大主流廠商: 龍芯、飛騰、鰓鵬、海光、電威、兆芯

目前國(guó)內(nèi)做的比較好的企業(yè)兆芯，早期，購(gòu)買(mǎi)了大量原屬于VIA的中央處理器等，花費(fèi)了大量的知識(shí)費(fèi)用，并獲得了X86指令集授權(quán)，可以生產(chǎn)X86芯片后續(xù)自主研發(fā)X86處理器，并于后期開(kāi)發(fā)出兆芯開(kāi)先KX-6640MA處理器。

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x86架構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)是提供強(qiáng)大的計(jì)算能力和廣泛的指令集，以應(yīng)對(duì)各種復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景，在PC及服務(wù)器端擁有天然的性能優(yōu)勢(shì)。

ARM架構(gòu)由ARM公司設(shè)計(jì)并廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)和其他低功耗設(shè)備。曾稱(chēng)進(jìn)階精簡(jiǎn)指令集機(jī)器 (AdvancedRISC Machine) 更早稱(chēng)作Acorn RISC Machine，是一個(gè)32位精簡(jiǎn)指令集 (RISC) 處理器架構(gòu)。還有基于ARM設(shè)計(jì)的派生產(chǎn)品，重要產(chǎn)品包括Marvell的XScale架構(gòu)和德州儀器（TI）的OMAP系列。ARM家族占比所有32位嵌入式處理器的75%，成為占全世界最多數(shù)的32位架構(gòu)。ARM架構(gòu)的主要優(yōu)勢(shì)是低功耗、高效率和易于實(shí)現(xiàn)，使其成為許多移動(dòng)端設(shè)備的理想選擇。近年來(lái)大舉進(jìn)入桌面和服務(wù)器領(lǐng)域。

ARM作為簡(jiǎn)單指令集，具有低功耗的優(yōu)勢(shì)，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域。在當(dāng)前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)中，許多廠商只擁有ARMv8指令集，并沒(méi)有ARM的新架構(gòu)和IP核，這導(dǎo)致它們?cè)谛阅苌吓c使用新架構(gòu)和IP核的國(guó)外廠商存在差距。

RISC-V架構(gòu)

當(dāng)需要同時(shí)兼顧數(shù)據(jù)傳輸速度與傳輸量時(shí)，x86與ARM的處理能力有限。RISC-V則表現(xiàn)出了較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，它幾乎適應(yīng)所有實(shí)現(xiàn)技術(shù)，包括FPGA、 專(zhuān)用集成電路（ASIC）、 全定制芯片，甚至未來(lái)的設(shè)備技術(shù)。

2010年，加州大學(xué)伯克利分校的研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)并推出了一套基于BSD協(xié)議許可的免費(fèi)開(kāi)放的指令集架構(gòu)RISC-V，其原型芯片也于2013年1月成功流片。RISC-V的最大特點(diǎn)就是簡(jiǎn)單，雖然與ARM都是精簡(jiǎn)指令集架構(gòu)，但RISC-V的架構(gòu)更加短小精悍，它要能適應(yīng)包括從最袖珍的嵌入式控制器，到最快的高性能計(jì)算機(jī)等各種規(guī)模的處理器。

RISC-V的優(yōu)勢(shì)在于模塊化與指令的數(shù)目少，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)方法是增量ISA，新處理器不僅必須實(shí)現(xiàn)新的ISA擴(kuò)展，還必須實(shí)現(xiàn)過(guò)去的所有擴(kuò)展。RISC-V使用模塊化的ISA，其將不同的部分以模塊化的方式組織在一起，并通過(guò)一套統(tǒng)一的架構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景，這種模塊化是x86與ARM架構(gòu)不具備的。且RISC-V架構(gòu)基本的指令數(shù)目?jī)H有40多條，加上其他的模塊化擴(kuò)展指令也總共只有幾十條指令。

所謂模塊化ISA，RISC-V的核心是一個(gè)名為RV32I的基礎(chǔ)ISA，運(yùn)行一個(gè)完整的軟件棧。RV32I是固定的，永遠(yuǎn)不會(huì)改變。這為編譯器編寫(xiě)者，操作系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員和匯編語(yǔ)言程序員提供了穩(wěn)定的目標(biāo)。RISC-V還提供一些其他的標(biāo)準(zhǔn)擴(kuò)展指令集，根據(jù)應(yīng)用程序的需要，硬件可以可選的包含這些擴(kuò)展。RISC-V編譯器得知當(dāng)前硬件包含哪些擴(kuò)展后，便可以生成當(dāng)前硬件條件下的最佳代碼。

很多情況下，處理器的性能都成為架構(gòu)師關(guān)注的指標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)及推算，程序的執(zhí)行時(shí)間取決于程序在該指令集編譯出的指令數(shù)量、平均每條指令的時(shí)鐘周期數(shù)及處理器的時(shí)鐘周期時(shí)長(zhǎng)，RISC-V架構(gòu)處理器在這三個(gè)因素中的每一個(gè)都獲得了近10%的優(yōu)勢(shì)，它們加起來(lái)導(dǎo)致了近30%的性能優(yōu)勢(shì)。在傳統(tǒng)PC與服務(wù)器領(lǐng)域，x86適合處理大量數(shù)據(jù)，因此處于霸主地位。而在手機(jī)帶來(lái)的科技革命趨勢(shì)下，需要快速處理數(shù)據(jù)，ARM架構(gòu)在手機(jī)處理器IP領(lǐng)域一統(tǒng)江湖。但隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的來(lái)臨，RISC-V作為新興架構(gòu)，以其精簡(jiǎn)的體量，或許在未來(lái)的IoT領(lǐng)域中能取得絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。但RISC-V的應(yīng)用范圍目前主要局限在嵌入式領(lǐng)域，不太適合高性能場(chǎng)景。要替代ARM和x86，還需要面對(duì)許多挑戰(zhàn)。并且RISC-V生態(tài)系統(tǒng)相對(duì)割裂。要形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)生態(tài)系統(tǒng)，依然面臨許多困難。

盡管如此，目前國(guó)內(nèi)外已有多家芯片企業(yè)投入大量資金研發(fā)RISC-V領(lǐng)域的應(yīng)用。目前應(yīng)用最廣泛的當(dāng)屬I(mǎi)oT的安全問(wèn)題、手機(jī)市場(chǎng)、服務(wù)器市場(chǎng)及存儲(chǔ)市場(chǎng)。未來(lái)的物聯(lián)網(wǎng)大概會(huì)有300億個(gè)設(shè)備互聯(lián)互通，所以物聯(lián)網(wǎng)安全就成為了必須關(guān)注的問(wèn)題。而RISC-V的開(kāi)源特性允許廣泛的受眾檢查其體系結(jié)構(gòu)，并在它們成為大范圍的安全事件之前糾正它們。RISC-V可以通過(guò)提供“修復(fù)”核心而無(wú)需實(shí)際更改核心的機(jī)會(huì)來(lái)影響我們現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)犯罪流行。并根據(jù)預(yù)測(cè)，大約兩年之后RISC-V就會(huì)進(jìn)軍手機(jī)市場(chǎng)，與高通、蘋(píng)果、三星、聯(lián)發(fā)科等ARM公司搶智能手機(jī)處理器市場(chǎng)，同時(shí)有可能威脅低功耗筆記本處理器。雖然目前RISC-V的高性能市場(chǎng)一片空白，但RISC-V本身用來(lái)設(shè)計(jì)高性能芯片是沒(méi)有問(wèn)題的，學(xué)術(shù)界已經(jīng)有基于RISC-V架構(gòu)的511核處理器（Celerity）。只是基于RISC-V的低門(mén)檻特點(diǎn)，進(jìn)入的企業(yè)體量較為小巧，沒(méi)有足夠的資金做長(zhǎng)期布局與研發(fā)。但根據(jù)預(yù)測(cè)，5年后RISC-V指令的處理器就有可能進(jìn)軍服務(wù)器市場(chǎng)，與AMD、英特爾這樣的x86處理器公司抗衡。

文章：

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根據(jù)RISC-V國(guó)際基金會(huì)數(shù)據(jù)，2022年會(huì)員數(shù)量同比增長(zhǎng)超過(guò) 26%，累計(jì)在 70 個(gè)國(guó)家/地區(qū)擁有超過(guò) 3180 名會(huì)員單位，包括高通、英特爾、谷歌、阿里平頭哥、華為、紫光展銳等眾多頭部芯片企業(yè)。截至2022年底，全球有數(shù)萬(wàn)名工程師致力于 RISC-V 計(jì)劃，基于RISC-V架構(gòu)的處理器出貨量已超過(guò)了100億顆，RISC-V用12年時(shí)間走完了傳統(tǒng)指令集30年的發(fā)展歷程。

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在中國(guó)，目前的形勢(shì)是多種國(guó)產(chǎn)CPU架構(gòu)并存，在未來(lái)可能會(huì)造成資源分散、低水平重復(fù)，這種狀況不加以改進(jìn)，我國(guó)將缺乏在全球市場(chǎng)上與X86和ARM兩家競(jìng)爭(zhēng)的自主CPU架構(gòu)，從而在主流CPU方面仍然可能受制于人。因此有專(zhuān)家指出：“新型的開(kāi)源精簡(jiǎn)指令的架構(gòu)“RISC-V”架構(gòu)，為我國(guó)掌握芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展主動(dòng)權(quán)提供了機(jī)遇”。可以說(shuō)也是一種彎道超車(chē)的機(jī)會(huì)。

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當(dāng)前國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有非常多的RISC-V核心RTL代碼，很多是開(kāi)源的。比如，Rocket Core、Boom Core、LowRISC SoC等均提供源代碼。如果用于商用，國(guó)內(nèi)外也有許多商業(yè)公司提供穩(wěn)定的RISC-V IP核心。例如國(guó)外的SiFive公司、Microsemi公司、國(guó)內(nèi)的阿里平頭哥、芯來(lái)科技及兆易創(chuàng)新等。2019年8月22日，兆易創(chuàng)新正式發(fā)布了全球首個(gè)基于RISC-V開(kāi)源架構(gòu)內(nèi)核的32位通用MCU產(chǎn)品---GD32VF103系列。兆易創(chuàng)新是首次將RISC-V引入通用微控制器領(lǐng)域，并提供了從芯片到程序代碼庫(kù)、開(kāi)發(fā)套件、設(shè)計(jì)方案等完整工具鏈支持并持續(xù)打造RISC-V開(kāi)發(fā)生態(tài)。

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在今年9月1-3日召開(kāi)的泰達(dá)論壇上，中國(guó)工程院院士倪光南也對(duì)自己觀點(diǎn)進(jìn)行了闡述：我國(guó)抓住新一代信息技術(shù)發(fā)展機(jī)遇，面向未來(lái)主流CPU市場(chǎng)，聚焦開(kāi)源RISC-V架構(gòu)發(fā)展中國(guó)芯片產(chǎn)業(yè)，通過(guò)充分發(fā)揮我國(guó)舉國(guó)體制和超大規(guī)模市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)和人才優(yōu)勢(shì)，大力發(fā)展壯大RISC-V產(chǎn)業(yè)生態(tài)，增強(qiáng)RISC-V產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈的自主可控能力，加大對(duì)RISC-V開(kāi)源社區(qū)的貢獻(xiàn)，最終使世界主流CPU市場(chǎng)形成X86、ARM和RISC-V三分天下的格局。

反觀目前形勢(shì)，我國(guó)發(fā)展RISC-V具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。首先是符合國(guó)家科技自立自強(qiáng)發(fā)展戰(zhàn)略，又推動(dòng)全球科技創(chuàng)新。歷史上一直是X86和ARM兩種架構(gòu)壟斷CPU市場(chǎng)的紅利，整個(gè)芯片產(chǎn)業(yè)一直處于高壟斷態(tài)勢(shì)，開(kāi)源RISC-V的出現(xiàn)打破了壟斷，為全球芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供強(qiáng)大的推動(dòng)力，相關(guān)生態(tài)環(huán)境也正在迅速發(fā)展完善。第二，中國(guó)超大規(guī)模市場(chǎng)是培育未來(lái)新一代信息技術(shù)的沃土。此外，中國(guó)是世界最大工程師培育搖籃，人才優(yōu)勢(shì)為技術(shù)發(fā)展創(chuàng)新提供了必要條件。

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今天我們面臨百年未有之大變局。中國(guó)在發(fā)展CPU產(chǎn)業(yè)時(shí)，要注重未來(lái)主流CPU的發(fā)展趨勢(shì)。我們期待能有更多企業(yè)聚焦開(kāi)源RISC-V架構(gòu)，大力推進(jìn)RISC-V生態(tài)建設(shè)，最終使RISC-V架構(gòu)能夠在世界CPU市場(chǎng)與X86和ARM三足鼎立。