中國目前有大約300家以上的公司都在關注或以RISC-V指令集進行開發,2018年還先後成立了「中國RISC-V產業聯盟」和「中國開放指令生態系統(RISC-V)聯盟」,因此很多人會自然而然的認為RISC-V架構與產品的推動力量更可能來自中國。但與此同時,也有批評者認為整個中國RISC-V陣營看似繁榮的背後,其實是當前產業盲目追求政績的「短平快」風氣之體現——聯盟數量多,社群貢獻少;行銷造勢多,前沿研究少。

RISC-V產業現狀與前景怎樣?還有哪些不足?中國會不會因為RISC-V迎來新機遇?RISC-V基金會中國顧問委員會主席方之熙博士針對上述一系列關鍵問題接受了《電子工程專輯》的獨家專訪。

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RISC-V基金會中國顧問委員會主席方之熙博士。

EE Times:為什麼中國市場對採用RISC-V架構有如此高的熱情?RISC-V對中國半導體產業來說又有哪些方面的意義?

方:「中國芯」一直是一個很熱的話題,政府、產業、基金、市場都非常有興趣想去瞭解RISC-V指令集會給他們的產品和商業模式帶來哪些影響。然而從國內的實際情況來看,我們在CPU方面投資巨大,但投資效率不高,甚至事倍功半,所以當開源免費的RISC-V指令集出來之後,產業界自然對其抱有極大的期望。

我在晶片產業工作了幾十年,深知生態系統建設的重要性。與PC時代的WinTel聯盟,智慧手機時代的Arm+Android不同,RISC-V是具備開放屬性的,是封閉、獨家指令集的最好替代品。對中國企業來說,使用RISC-V指令集既能和國際接軌,不閉門造車,又沒有「Me Too」的限制,所以無論從技術還是商業角度來看,RISC-V在中國是有可能成功的,這對中國相關產業的意義十分巨大。

EE Times:對於任何新技術,特別是一項開放標準,人們總是會問「時機已經成熟了嗎?」這樣的問題。那麼,RISC-V目前處於什麼階段呢?RISC-V最具前景的應用場景有哪些?

方:RISC-V指令集從技術層面來講已經比較成熟了,相比x86和Arm,它沒有歷史包袱,是一個非常精簡漂亮的系統架構。簡單來說,RISC-V指令集基本分為四類:以開源指令集體系結構(ISA)為代表的核心指令集、ISA中的可選擇指令集、使用者指令(Customer Instruction)和系統指令(也被稱作「特權指令」),支援包括繪圖引擎、機器學習和人工智慧、網路、儲存、安全性、嵌入式和通用型處理器在內的多種應用程式。

但RISC-V指令集目前對於手機、PC和刀鋒式伺服器市場來說還是遠遠不夠成熟的,它更適合碎片化市場,例如物聯網、RISC-V控制器、資料中心和強調「邊緣運算」能力的增量市場。接下來,隨著RISC-V生態系統的不斷擴大,其開發工具、FGPA軟核心、IP和設計服務也會不斷增多,還將支援更多作業系統。

EE Times:RISC-V指令集的生態系統、晶片/系統開發人員的平台選擇、安全性、軟體、投資等問題是否得到了很好的解決?

方:RISC-V基金會目前擁有超過210名企業、學術和個人會員,在中國的業務已經擴展至超過25家企業和大學,使命是保護「RISC-V指令集是全行業的單一指令集」的神聖性,並鼓勵全球應用RISC-V指令集標準。

但RISC-V的系統指令、特權指令裡沒有安全指令,相比ARM TrustZone、英特爾SGX、AMD SME/SEV來說是有欠缺的。所以RISC-V基金會最近成立了RISC-V安全常務委員會,主要圍繞基於RISC-V指令集的物聯網設備、嵌入式系統和機器學習等應用討論潛在的安全改進方案。

另一方面,RISC-V缺少系統級軟體支援這個問題需要解決。雖然我們最近重點增加了對嵌入式和運算發行版本的Linux作業系統支援,比如與Linux基金會合作,透過改善對所有計算平台新應用程式和架構開發的支援,發展壯大RISC-V的生態系統,但要支援更多的系統軟體,離不開各國政府和企業的資金支持。

EE Times:開源指令集並不是什麼新鮮事物,但為什麼只有RISC-V在短短幾年時間內得到了迅速發展?會不會像其它開源架構一樣在熱鬧之後趨於沉寂?

方:坦率的說,開源硬體以前一直沒有成過氣候,留給人們的印象總是:「這家公司一定要到快不行的時候,沒辦法,不得不開源。」再加上它們往往背著沉重的歷史包袱,所以對CPU設計者來說缺乏吸引力。但RISC-V顯然不是這樣,它就是為開源而生的。

從我個人的觀點來看,RISC-V指令集如果不犯很大錯誤的話,這個架構應該就是硬體和CPU的未來,RISC-V生態系統將為未來50年的計算設計和創新發展鋪平道路。特別是伴隨著人工智慧和深度學習的普及,物聯網系統的設計已經遠不是「無線連接+通訊晶片+Arm處理器」這麼簡單,它將更加智慧、靈活,這很符合RISC-V的設計初衷。

EE Times:您有沒有擔心過RISC-V指令集會出現嚴重的碎片化問題?

方:RISC-V的策略是建立一個簡易的小型指令集基礎和模組標準擴展,適用於大多數程式碼,同時為不干擾標準指令集核心的應用特定擴展留出足夠的空間。它的一個關鍵好處是──這是行業中的單一RISC-V標準,因此我們預計不會有人對指令集碎片化有興趣。

目前為止,很嚴重的碎片化問題還沒有發生,但隨著產業和技術的進一步發展,這種可能性是不能被排除的。因此這給RISC-V基金會帶來了挑戰,既要盡可能的讓RISC-V順利、靈活的發展,同時還要防止碎片化,這個「度」的掌握很不容易。我同意「開源容易產生碎片化」的觀點,但不同意「一定會產生碎片化」;如果處理的好,這一現象是可以避免的。

EE Times:Intel和Arm的成功絕不是僅僅只因為技術,RISC-V想成為下一個在這個領域獲得成功的巨擘,一定不能照搬他們的商業模式。那RISC-V的商業模式是什麼?

方:我完全同意。但將來RISC-V的商業模式是什麼?這個問題其實目前還沒有答案。但其實也不必為此感到過於悲觀,就好像PC誕生之初,誰也無法想像後來英特爾會和微軟結合產生巨大效應;智慧手機誕生之初,各式各樣的作業系統會被Android和iOS統一。所以只要它是市場真正需要的,「領頭羊」企業就會誕生,新的商業模式就會誕生。

**EE Times:對商業公司來說,從得到指令集到推出得到大量使用者認可的產品並非易事,這是否意味著只有具備出色設計能力的公司才有可能從開源的RISC-V架構收益? **

方:的確如此,得到指令集只是第一步,接下來還要完成從指令集定義到CPU微架構設計,到整個晶片的設計和相應軟體、工具鏈的開發和維護,以及在上面執行的作業系統,豐富的函式程式庫以及應用程式等一系列複雜的流程。對一家晶片公司來說,做的好壞,取決於公司的研發實力。而且開源硬體不是開源軟體,不是拿來就能用的,指令集架構授權和CPU核心授權也不是同一回事。沒有設計能力,就要逼自己去不斷學習和提升。

但反過來看,物聯網市場上使用Arm架構已經導致同質化設計十分嚴重,紅海一片。RISC-V的優勢在於通過簡單且可擴展的指令集提供更高效的硬體,讓企業減少實施和驗證的工作量。RISC-V的免費、開源模式免除了昂貴的指令集許可費,未具備自主設計SoC能力的企業可以使用協力廠商IP或設計服務公司來開發RISC-V設備,這對中小型公司而言尤為重要,也給那些不想使用x86和Arm架構的CPU設計公司提供了新的選擇。

本文同步刊登於電子工程專輯雜誌2019年5月刊