《开源精简指令集处理器RISC-V 》[压缩包]

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直指移动芯片市场，开源的处理器指令集架构发布

IoT（Internet of things，物联网）做为下一代的产业应用，欲藉着在现有的设备中加入微型电脑，将所有东西连上网络来创造新的应用。然而，现行的微型电脑价格依然过高，拖慢 IoT 的发展。其中，在整个微型电脑架构中，最贵的非 CPU 莫属了。

　　现在的 IoT 市场，大多考虑采用 ARM 架构的 CPU。虽然相较于其他的处理器平台，ARM 的授权相对灵活，但对 IoT 厂商来说价格仍偏高，使得移动 CPU 的成本价格迟迟降不下来。因此，现行市场急需低成本且稳定的新架构。于是，RISC-V，做为开源的新架构， 跃上舞台。

　　在 CPU 中，指令集架构（Instruction Set Architecture，ISA），扮演着重要的角色，ISA 是电脑的基础，整个系统皆顺其而生。此外，ISA 会影响操作系统的种类以及软件的支持程度，因此，每个 ISA 皆有各自的生态。那么市场上常见的 ISA 有哪些呢？

　　现行市场主流的指令集架构，能见度最高的就属 X86 和 ARM，X86 由 Intel 主导，也是目前个人电脑的主流，ARM 则是采用授权的方式发布，在移动设备崛起后，在手机、平板等各式嵌入式系统中广为使用。其他 ISA 在这种状况下可说是愈来愈少见了。

　　然而，X86 和 ARM 的专利被少数几家把持住，厂商需要付出高额的授权费才能使用 ARM，X86 甚至不授权给予其他厂商使用。在物联网设备都需要内建微型电脑来运作下，为 ISA 授权金垫高的成本就造成了另一种阻碍。

　　避免授权金突围，RISC-V 登场

　　做为开源的 ISA，RISC-V 是由 UC Berkeley 所发展的，RISC-V 正试着挑战现行主流的指令集架构。藉由 RISC-V，UC Berkeley 正试着从头打造一个全新的生态系，并将其开放，让所有人都可以使用。但是，为何要重新建造一个全新的指令集架构？

　　以开源的角度来说，软件的生态系比芯片的生态系完善。在软件世界中，任何一套商业软件大多有和其功能类似的开源版本，且功能不逊于商业版本。但是，至今却没有高能见度的开源 ISA 在市场中出现，如果有一套稳定且好用的开源 ISA 出现，或将打破现行被垄断的情形，避免授权所带来的开发成本，也可能改善现在持有 ISA 专利的厂商对授权的态度。

　　简单易上手开发的优势

　　除了授权的问题外，X86 和 ARM 的手册皆有上千多页，对工程师而言是相当大的负担，因为要设计一颗 CPU，工程师就要熟悉 ISA 中的所有规定，越熟悉才能设计出越好的 CPU。至于 RISC-V 则只需要约 100 页左右，大幅缩小工程师的负担。

　　从官网上的文件可以知道，RISC-V 只有大约 100 个 Instructions，且不会再增加。如此便不需为了新增指令而增加新的电路，增加芯片的面积。此外，RISC-V 提供 16、32、64bits 等多种内存定址方式，让厂商有更多的选择。

　　在软件支持方面，因为 RISC-V 是全新的指令集架构，因此现行的软件都要做修整方能配合使用。为了做后续的发展，他们已经为 RISC-V 开发出 GCC / glibc / GDB、LLVM / Clang、Linux、Yocto、Verification Suite 等软件。

　　在硬件开发工具部分，他们设计出全新的硬件描述语言 Chisel，以 Scala 为语言核心，辅以硬件开发工具，可以将 Scala 所开发出的电路轻易地转换成 C++ 的电路模拟，或者 FPGA、ASIC 用的 Verilog Code，并进行合成和绕线，提升硬件设计的效率。

　　实做产品足以挑战 ARM

　　为了证明 RISC-V 的实际效能，UC Berkeley 甚至实际设计出一颗芯片，并将其制作出来。为了确保公平性，还特别选用和 ARM Cortex-A5 相同的台积电制程。从下图可以得知，采用 RISC-V 的 CPU 不但面积比较小，运算速度较快，而且还耗较少的电。足以证明 RISC-V 做为新进者，已经具有挑战 ARM 的潜力。