中国开放指令生态联盟：开放指令集与开源芯片发展报告（63页）.pdf

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1、芯片技术是信息技术产业链中的重要基石，也是我国大幅落后于国际水平的技术领域之一。发展自主可控的芯片技术，并打破 Intel、高通、ARM 等芯片巨头的技术垄断，已成为当下亟待解决的问题。处理器指令集是软硬件的接口，是构建芯片生态和发展芯片技术的核心部分，其重要性不言而喻。2011 年，加州大学伯克利分校发布了开放指令集 RISC-V，并很快建立起一个开源软硬件生态系统。由于 RISC-V 的指令标准清晰，并且开源免授权等特性，在芯片领域受到广泛关注。截止 2019 年 1 月，已有包括 Google、 NVidia 等在内的 200 多个公司和高校在资助和参与 RISC-V 项目。其中，部分企

2、业已经开始将 RISC-V 集成到产品中。例如全球第一大硬盘厂商西部数据(Western Digital)最近宣布将把每年各类存储产品中嵌入的 10 亿个处理器核换成 RISC-V;Google 利用 RISC-V 来实现主板控制模块;NVidia 也将在 GPU 上引入 RISC-V 等。此外，国内阿里巴巴、华为、联想等公司都在逐步研究各自的 RISC-V 实现;上海市将 RISC-V 列为重点扶持项目;印度政府也正在大力资助基于 RISC-V 的处理器项目，使 RISC-V 成为了印度的事实国家指令集。这表明 RISCV 已经逐渐成为芯片设计领域的主流指令集之一，且广受各大厂商青睐。下面从

3、 RISC-V 指令集、生态系统和已有 RISC-V 实现等几方面介绍 RISC-V 的发展现状。 RISC-V 指令集清晰且开源，与现有商用指令集相比，RISC-V 更加精简。此外，RISC-V 支持在标准指令集之外，自定义扩展指令集，兼顾了灵活性。目前，基于 RISC-V 的指令扩展已经发展得颇为丰富，如 SiFive、LowRISC、ORCA 等已经发展出了面向矢量化、虚拟化、硬件安全和特定领域加速等的多种扩展指令集，极大提升了 RISC-V 应对真实场景下应用需求的能力。 RISC-V 的生态系统日趋完善。良好的生态系统对发展芯片技术，以及形成良性可持续的芯片产业循环是至关重要的。与其

4、它开源指令集(如 OpenSPARC 和 OpenPOWER)相比，RISC-V 在社区支持方面更完善，支持包括 Linux、SeL4、BSD 等通用操作系统，支持 FreeRTOS 和 RT-thread 等实时操作系统，支持 GCC、LLVM等通用编译和调试工具链，支持 C/C+、Java、Python、OpenCL 和 Go 等主流编程语言。近年来国内外兴起的 RISC-V 的研究热潮也将持续完善其生态系统，借助该生态系统，可以使得优秀的 RISC-V 实现迅速落地并形成产业影响力。目前已经出现了面向各种目标设计的开源 RISC-V 实现(如表 2 所示)。其中大部分 RISC-V 实现，如 Rocket Core 和 LowRISC 等，面向嵌入式和低功耗的场景应用，采用单发射顺序执行技术，获得良好的性能功耗比。而面向工业级处理器的 BOOM 采用超标量乱序执行技术，性能提升巨大。鉴于 RISC-V 指令集开源、规范清晰、扩展灵活并已经具备完整的生态系统支持，已成为当下芯片技术研究的热点。虽然面向嵌入式场景的 RISC-V 实现已经百花齐放，但目前还没有一个开源且实用的高性能 RISC-V 实现来应对复杂场景下的应用需求。为填补此空白，占领未来芯片技术发展的先机，研究可靠实用的高性能 RISC-V 核心已经迫在眉睫。