RISC-V：开放硬件领域的重大进展

软件，以及数字世界，已被证明比硬件更适合开源的采用。

也有例外：开放计算项目（Open Compute Project）、Arduino 和 3D 打印机设计。但是，尽管过去有 OpenSPARC 等尝试，但很难证明存在一个成功的、与服务器硬件相关的开放处理器。

然而，情况可能正在改变。在最近的 2023 年峰会上，Linux 基金会旗下的成员组织 RISC-V International 分享了一些令人印象深刻的增长数据。该组织的会员在 2023 年增长了 23%。已经生产了近 20 亿个采用 RISC-V 架构的片上系统（SoC）。SHD 集团的预测表明，在未来十年内，这个数字将以超过 40% 的复合年增长率（CAGR）增长。大多数主要的硅供应商和云提供商都在探索和采用 RISC-V。（您可以在他们的 YouTube 频道上观看主题演讲和峰会演讲。）

什么是 RISC-V？它有什么不同之处？

RISC-V 是在加州大学伯克利分校的并行计算实验室（Par Lab）开发的，由 David Patterson 教授指导。2010 年 5 月，Krste Asanović 教授和研究生 Yunsup Lee 以及 Andrew Waterman 发起了 RISC-V 指令集的开发。它是一个免许可且开放的处理器指令集架构（ISA），但不是用户必须（或不必）采用的特定设计。

正如 RISC-V International 的首席技术官 Mark Himelstein 在 2021 年的播客中告诉我的那样：“当你将某物完全以开源形式交付时，问题之一是人们很难真正感受到所有权。Linux 做的一件事是让每个人都感到自豪。这真的很难做到。”

RISC-V 从一开始就是开源的，并且不与任何单一供应商绑定。它也被设计为可扩展且与实现无关。RISC-V 的一个挑战是如何平衡 RISC-V 众多扩展的灵活性与其可能带来的碎片化。这在嵌入式领域问题较小，因为 RISC-V 在那里拥有第一个主要滩头阵地，因为那里的设计通常很大程度上是定制的。它允许开发基于现场可编程门阵列（FPGA）的新型嵌入式技术，以及制造微控制器、微处理器和专用数据处理单元（DPU）。

RISC-V 软件生态系统

然而，随着 RISC-V 开始进入服务器设计领域，更高程度的标准化变得重要。（还记得 Unix 战争吗？当时每个供应商的处理器和系统都需要独特的操作系统和应用程序。）虽然 RISC-V 在服务器领域仍处于起步阶段，但它正在引起关注。例如，EuroHPC 是一项欧洲倡议，正在高性能计算领域与 RISC-V 合作。ISOLDE 是另一个欧洲项目，正在研究用于汽车、航天和物联网（IoT）应用的高性能 RISC-V 处理器。

解决碎片化的主要方法是 RISC-V 配置文件，它是完整 RISC-V ISA 的一组标准化子集。它们旨在确保硬件实现者和软件开发人员可以与围绕一组扩展构建的接口相交，这些扩展具有有限的灵活性，旨在支持明确定义的系统和应用程序类别。

Linux 基金会欧洲分部于 2023 年 5 月启动了一个相关的软件项目：RISC-V 软件生态系统（RISE）项目。重点是加速为高性能和高能效 RISC-V 内核提供软件，这些内核为各种市场领域的更高级别操作系统运行。该生态系统包括软件开发工具（如 LLVM 和 GCC）、虚拟化支持、语言运行时、Linux 发行版集成（包括 Ubuntu、Debian、Fedora、Red Hat Enterprise Linux 和 Alpine）以及系统软件（包括 UEFI 和 ACPI）。作为 RISC-V 软件协同开发的一部分，RISE 将首先与现有的开源社区进行上游合作，以符合开源最佳实践。另一个最近的标准化工作是启动和运行时服务（BRS）。它计划建立一个规范，目标是操作系统和内核环境，用于在应用级 RISC-V 机器上启动和运行这些操作系统。该规范将用作 OS-A 平台规范的依赖项。

展望未来

RISC-V 被广泛认为将继续快速扩大其在小型设备中的占有率。然而，RISC-V 在更大的系统（甚至服务器）中也具有巨大的潜力，并且将继续努力将 RISC-V 与 FPGA 等其他硬件集成。它的成功，尤其是在一些较新的领域，将取决于软件生态系统，这就是为什么围绕开源软件中 RISC-V 的协作将是其成功的关键因素。

图片来源：Albert Stoynov，来自 Unsplash