RISC-V 處理器架構的引入令人興奮是無可爭議的。然而，盡管許多人將其稱為更廣泛的開源硬件運動的預兆，但其成功背后的原因并不明顯，而且對更多開源內核擴展的影響還遠未確定。

RISC-V International 技術項目主管 Stephano Cetola 表示：“采用 RISC-V 作為許多芯片開發人員的首選架構已經在硬件開發社區掀起了一股創新浪潮。” “設計人員現在正在采用他們基于 RISC-V 的設計，并在各個行業中進行實際實施。”

這并不是第一次將處理器實現或指令集架構（ISA） 置于公共領域。業界到處都是它們，包括 OpenPOWER、OpenSPARC、OpenRISC 等等。雖然每個都獲得了一定程度的牽引力，但與 RISC-V 在很短的時間內取得的成功相比，它們都顯得蒼白無力。

在與RISC-V社區的人們交談時，有兩個詞經常重復——自由和自由。有些人想要免費的內核，而另一些人則想要自由地使用內核做任何他們想做的事情。對這些人來說，免費幾乎無關緊要，因為他們會花很多錢來獲得他們想要的東西。

不斷變化的市場

RISC-V 的興起恰逢業內其他一些事件。首先是摩爾定律的放緩，這意味著總處理能力的增加不再伴隨每個新的制造節點。第二個是機器學習的飛速發展，需要處理能力的大幅提升。那么這只是一個正確的地點，正確的時間問題嗎？

對處理器的看法發生了變化。“硬件設計過程社區對自由的要求推動了 RISC-V，” Imperas Software創始人兼首席執行官 Simon Davidmann 說。 “電子產品是由它們的功能定義的，其中很多是由運行在處理器上的軟件定義的。今天，一切都需要某種形式的機器學習。不管我們是在談論你的手機，拍出更好的照片，不管是什么，都需要大量的計算。人們意識到他們需要大量的處理器。他們需要自己的處理器結構。您需要以您想要的方式配置它們。現成的技術對您沒有幫助。因此，電子產品市場發生了變化，“我們需要設計芯片的自由，以及設計處理器和這些芯片中處理器結構的自由。”

其他人同意。Codasip高級營銷總監 Roddy Urquhart 表示：“隨著半導體縮放失敗，提高計算性能的唯一方法是專業化。 ” “開放式 RISC-V ISA 是模塊化的，支持自定義指令，使其成為創建各種專用處理器和加速器的理想 ISA”

所有這一切都需要在新一代系統公司進入市場的背景下進行審視，每家公司都有獨特的經濟理由。但這些系統公司確實有一個共同點，那就是他們不會試圖銷售他們開發的芯片。相反，他們銷售的服務在某種程度上是由這些產品推動的。他們無法從現有市場購買合適的產品，因此他們準備自己開發芯片，同時通過貢獻和合作推動一些必要的創新。在這種情況下，RISC-V 發揮著重要作用。

RISC-V 的不同

之處在于 RISC-V 創造的突破是多個領域，每個領域成功的原因都不同。要理解這一點，有必要將 RISC-V 成功的各個方面分開。首先是架構本身。其次是大量可用的架構開源實現。第三個領域是圍繞處理器內核的支持內核。最后，還有必要的工具來幫助實施和驗證 RISC-V 處理器。

它最初是為了滿足特定需求而創建的。“它現在擁有大量資源，” Imperas 的 Davidmann 說。“最初，它來自大學、學者、大學里的聰明人，創造了一件好事。從位于硅谷中部的伯克利出來，它從人和前伯克利畢業生那里獲得了一些動力。Momentum 比 OpenRISC 構建的要多得多。大學需要它，他們推動了它。”

RISC-V 現在是一個開放標準的 ISA，它被加州大學伯克利分校趕出，由一個行業非營利組織——RISC-V International 負責管理。許多大學都創建了開放核心，例如伯克利的 Rocket 核心、蘇黎世聯邦理工學院及其紙漿平臺等。今天，有許多行業協作組，將行業和學術界聚集在一起，構建開源核心，并將它們提供給整個社區。示例包括 CHIPS 聯盟和 OpenHW 集團。

許多國家制定了滿足當地需求的舉措。印度有其 Shakti 計劃，被 IIT 馬德拉斯趕出。在以色列，GenPro 聯盟將工業界和學術界聚集在一起。日本和中國也有其他類似的項目，他們正在將 RISC-V 核心構建為開源，以便將它們提供給他們的社區并滿足他們的特定利益。

RISC-V 是第一個開放和可定制的 ISA。“目前，與 RISC-V 相關的主要工業興趣不是開源實現，而是開源指令集，” Fraunhofer IIS高級系統集成組負責人和高效電子部門負責人 Andy Heinig 說‘自適應系統部工程。“有了這個，環境是標準化的，但實際的實施是公司特定的和公司所有的。我們在芯片到芯片接口領域看到了類似的活動，不同的標準正在準備和討論中。在這里，標準也允許來自不同供應商的芯片之間的互操作性。RISC-V 允許在軟件方面實現互操作性。”

進行修改的能力很重要。“支持自定義擴展的開源 ISA（如 RISC-V）的出現為處理器設計人員提供了難以置信的自由度，” Valtrix Systems的首席執行官兼聯合創始人 Shubhodeep Roy Choudhury 說。“與此同時，它提出了一個非常有趣的驗證挑戰。確保所有設計都合規且功能正確，需要改變測試生成器的設計方式。它們需要高度可配置，以允許驗證自定義功能以及遺留/基線功能。”

這是從開放 ISA 到開源處理器的一大飛躍。“開源 IP 的概念非常誘人，因為它讓人聯想到免費 IP 的概念，” Flex Logix的 IP 銷售和營銷副總裁 Andy Jaros 說。“然而，開源并不是免費的。大多數公司，除非他們想在 IP 開發上投入大量資源，否則會從 Open5、Andes 等眾多 IP 供應商處獲得預先實現的 RISC-V 內核的許可。這節省了開發時間、驗證、軟件開發等，以及保證和賠償。”

讓多家公司開發競爭核心可以促進實施中的創新。“RISC-V 的真正價值在于它為 Arm 提供了競爭，而不是因為它是開源的，”Jaros 補充道。“有多個 RISC-V 核心供應商提供市場選擇并促進競爭。使用 Arm，您只能從 Arm 獲得 Arm 內核。”

另一個驅動因素是核心數量的迅速增加，這使得根據實例支付版稅變得不那么可取。“人們在整個設計中都需要處理器，”Davidmann 說。“他們想要大量的小型處理器，而現有的許可條款相當困難。當然，它很昂貴，但更重要的是，它在更改它的自由方面受到限制。我不相信 RISC-V 的成功是因為它便宜或成本更低。如果您只想做與 Arm 核心相同的事情，那么您絕對應該購買 Arm 核心，因為它經過了很好的驗證。它設計得非常好。這正是你想要的。使用 RISC-V 的唯一原因是因為你想要自由地改變它并添加你自己的東西。”

即使有這一切，如果沒有圍繞它發展的生態系統，RISC-V 可能也會成功。“開源社區開發了關鍵工具，這些工具對于使基于 RISC-V 的處理器無處不在至關重要，例如芯片技術工藝設計套件、設計驗證套件、實施工具等，”RISC-V International 的 Cetola 說。“這也使 VLSI 設計的民主化成為可能，通過開發更高級別的設計描述語言和先進的開源自動化工具來加速設計的開發，使 RISC-V 的功能更進一步。借助設計工具和工具鏈，RISC-V 將很快變得無處不在。”

OpenHW Group 是使這成為可能的行業合作組織之一。它正在開發處理器內核和支持內核的周邊 IP。此外，它正在部署一整套用于設計和驗證這些內核的工具。“他們做事的方式不同，Davidmann 說。“一個是他們給你來源，這樣你就可以改變它。更重要的是，它們還為您提供了一個驗證環境，因此如果您進行更改，您知道它仍然有效。如果有人只是向你扔一個核心，而你更改了一些代碼，那么你就有可能破壞了某些東西。您需要一個復雜的驗證環境才能知道您沒有破壞它。這就是 OpenHW 在開源硬件領域與眾不同的地方，因為它們提供了完整的驗證環境。如果您添加一條新指令，您就知道您沒有破壞其余的指令。我認為人們不會只使用 OpenHW 核心并使用它。這沒有多大意義。如果你想省錢，你可以這樣做。但是它允許你做的是接受它并擴展它，這是一個非常好的起點。那是關鍵。你不是從頭開始的。”

擴大范圍

這種開源勢頭能否擴展到處理器內核之外？處理器是完整 SoC 的一小部分。它還需要內存控制器和內存接口、USB、PCI 等等。這些內核沒有為產品提供差異化??，許多人也希望這些內核是開源的。

問題是這些內核非常復雜，并且它們包含模擬部件，這些模擬部件往往是針對每種代工廠和工藝技術進行定制設計和實施的。雖然控制器可以以開源方式構建，但可以提出論點，即不將數字和模擬部分緊密集成會導致產品質量低劣。

LowRISC 是一個在英國成立的組織，它最初想構建一個與 Raspberry Pi 相當的開源系統。今天，它在一個完全協作的框架中開發硬件和軟件。這包括 RISC-V 內核，以及支持它的軟件編譯基礎設施。

最近，谷歌為硅信任根創建了規范和 IP。它開源了這項工作，并委托 lowRISC 進行管理。這里的部分重點是開放和透明最終會提高安全性和可信度，而不是修改規范的能力。

結論

RISC-V 啟用并促進了創新。雖然免費可能對行業的一部分很重要，但真正的關鍵是自由。這種自由將志同道合的人、公司和組織聚集在一起，開辟新天地。與深度擴展相比，它不太可能導致廣度擴展。雖然額外的硬件模塊可能是開源的，但也許最重要的收獲將是能夠快速采用處理器的開放規范并實施它。

當工程師停止開發他們自己的定制處理器時，針對處理器開發和驗證的工具就消失了，因為在 1980 年代它們幾乎沒有提供任何差異化。現在處理器再次變得高度差異化，業界正在合作開發必要的工具。一個尚未回答的問題是，他們是否能夠比 EDA 行業提供的更快地創建開源工具。