RISC-V 雷德蒙德:RISC-V正引领第三次计算革命

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20世界80年代前后是一个令所有IT迷都为之痴迷的黄金时代,1978年,英特尔在摩尔定律的指引下,发布了基于X86架构设计的16位微处理器“8086”,宣告了个人计算机新纪元的来临。

RISC-V基金会首席执行官卡利斯塔·雷德蒙德(Calista Redmond)是上世纪80年代芯片竞争的狂热时代迷,在接受媒体采访时掩不住内心的激动,表示:80年代是计算机芯片架构百花齐放的年代,除英特尔的 x86 处理器外,还包括 IBM 的 POWER 架构、NEC 和东芝等公司制造的基于 MIPS 的处理器、摩托罗拉的PowerPC系列和惠普的PA-RISC系列,不过随着Linux开始产生技术突破,目前仅留下两个主要的处理器阵营,一是英特尔的x86,二是正欲出售给Nvidia的ARM处理器。”

但雷德蒙德正见证自80年代以来计算和硬件轨迹的最大机会——RISC-V指令集。“如果说X86是计算机带入了千家万户,ARM带来了移动互联网的话,那么RISC-V则会打开万物互联的物联网时代,赫拉德-莫雷诺这是改变自 80 年代以来历史所见到的计算和硬件轨迹的最大机会,正引领第三次计算革命,雷德蒙德说道。

RISC-V架构并不是第一个做到免费或开放的处理器架构,在2010年由大卫·帕特森教授和克尔斯特·阿萨诺维奇教授推出之前,市面上已有OpenCores组织提供的基于GPL协议的开放源代码RISC处理器架构、经典RISC微处理器架构之一的SPARC架构,但目前具备”芯片界的Linux”的有且仅有RISC-V。

其实RISC-V的诞生十分具有偶然性,2010伯克利的研究团队在为新项目选择指令集的时候,发现当前的许多指令集都存在知识产权限制,X86(复杂指令集)被英特尔封闭使用、ARM则收取高(需要授权费),索性就从零开始设计一套全新的指令集(精简指令集)。

3个月后,研究团队(4人)便完成了RISC-V的开发工作,鉴于ARM与Linux的前车之鉴,团队决定以BSD(Berkeley Software Distribution)开源协议将其开放。BSD开源协议自由度非常大,使用者几乎不受任何限制,一套指令可以供所有芯片制造商使用,并且由任何芯片制造商拥有,谁都可以自由修改开发硬件的核心。

2015年,加州大学伯克利分校成立非盈利组织RISC-V基金会,用以打造RISC-V生态系统。随着RISC-V在技术与生态上的突破,越来越多企业成为RISC-V基金会的会员,其中包括谷歌、高通、IBM、英伟达、华为、特斯拉、三星、阿里巴巴、联发科等半导体设计公司、系统集成商、设备制造商、科研机构。雷德蒙德说:我们有很多签约的人,从学生到企业家,从创业者到跨国公司,在过去一年中,完美的会员翻了一番,达到2 000多个。这就是我们在社区中继续培养的牵引力。

朋友圈的扩大也会反哺RISC-V生态的壮大。中科院院士倪光南先生就表示:“RISC-V很可能发展成世界主流CPU之一,从而在CPU领域形成Intel、Arm和RISC-V三分天下的格局。”目前,越来越多企业开始推出RISC-V芯片,据悉知识产权初创公司SiFive已在英特尔新的代工业务中制造基于RISC-V的芯片,国内华米的黄山一号、阿里巴巴的玄铁910也都基于RISC-V。此外,在传出英伟达收购ARM之后,一些芯片高管也表示:“英伟达收购ARM的交易可能会促使公司考虑RISC-V。

对于RISC-V来说,这是一件伟大的事情。雷德蒙德说:“有很多处理器在争夺成为计算的核心和灵魂,如今他们的选择又变得多样性了。”

自RISC-V成立基金会变得与Linux愈发相似后,无论是创业公司、科研人员都认为RISC-V与ARM必有一战,不过谁都没想到交替发生竟是因为一场收购案。

“英伟达对ARM的所有权可能会把客户带到RISC-V。”雷德蒙德继续说道。不过仍需注意的是,无论是早期的个人电脑还是之后的手机,他们都采用了专有的方法(PC采用X86架构、手机采用ARM架构),对于刚刚起步的RISC-V来说,开放性努力并不是成功的所有正确要素,联盟生态也是重要因素。

雷德蒙德说:随着我们从这里向前迈进,这是计算机史上一个巨大的转变和变化,我们看到了巨大的、巨额的投资。”

近三年前,在IBM工作了近十三年的Redmond来到了RISC-V 基金会,正以丰富的硬件经验和在各方之间架桥方面的经验来管理OpenPOWER 基金会。她为大蓝的Z系列大型机业务经营生态系统,并成为OpenPOWER 基金会的主席,该基金会成立于 2013 年,旨在开发 POWER 芯片的生态系统。Redmond 还在开放大型机项目的董事会工作了两年多,该项目成立于 2015 年,旨在将 Linux 引入大型机。

雷德蒙德说:我经营着一艘大船,其中一部分是会员,其中一部分是新增的会员。我们有很多签约者,从学生到企业家,从创业公司一直到跨国公司。会员人数在过去一年中翻了一番,达到2000多个成员。这就是我们在社区中继续培养的牵引力。

雷德蒙德对改变计算的热情得到了RISC-V的首席技术官马克·希梅尔斯坦的认同。希梅尔斯坦在接受媒体采访时说:我们正处于一个转折点,赫拉德-莫雷诺由于物联网和 SoC 等集成设计的复兴,今年将有数亿个产品采用。”

希梅尔斯坦说:虽然一些产品中可能只用一个通用芯片,但他们也可能还会用到10个用于特殊目的RISC-V芯片,从不断扩大的生态系统中获取知识产权,使得RISC-V芯片不仅仅是一种无许可证的灵活性。为所有RISC-V用户提供一套创新、不重复的常见功能是我们所得青睐的秘诀。”

希梅尔斯坦说:我们正在跟踪和研究社区认为重要的问题,例如与开源相关的软件工作,为此我们将工作组扩大到了15个。”

而Redmond 表示:“这包括一组扩展的软件贡献,超出 RISC-V 指令集规范本身。这也是成功的一个标志,因为我们超越基础硬件元素和工具,将设计资源扩展到软件和生态系统的其他方面,包括跨行业的操作系统、特定应用和工作负载。

她指出:我们已经拥有了精通在多个架构上运行概念的操作系统,包括基于Linux的Ubuntu(乌班图)。

Redmond 不仅将不断增加的开发量作为进步,而且还将零件的日益复杂化视为进步。“这是核心的尺寸,”她观察到。“RISC-V 始于学术界,但随后迅速转向嵌入式和其他小型、简单、低功耗设计。”

“现在有趣的事件是,我们看到 RISC-V 在所有类型的计算中激增,不仅限于低功耗这个小角落,实际上目前正在向复杂系统、高性能芯片等方面横向扩展其多样性,从嵌入式到企业的一切,包括即使是专有架构也难以超越的工作负载。”

“我们(RISC-V基金会)本身没有任何商业野心,我们的职责是建立一个保护和培育物联网时代指令集的生态,它(RISC-V)的应用从边缘设备到超级计算机已无处不在,”希梅尔斯坦补充道。

“一个有趣的现象是,在某些情况下,同一芯片上既有RISC-V也有其他架构,有很多人是多教派的。”

这也造成一个问题——使用情况不透明。前面提到RISC-V 基金会采用的是BSD开源协议,自由度非常大,虽然也需要像 ARM 和其他商业技术提供商让他们的被许可人签署文件,并且也有要求供应商自愿披露使用情况,但并不强制要求披露,因此无论 RISC-V 证明多么成功,外界都很难知道它的全部使用范围,也无法看到他们使用指令集计划的芯片设计的路线图。

目前仅能从一些公开的渠道窥见RISC-V的应用路径,例如欧洲处理器计划RISC-V参与度就非常高,而在亚太地区还能看到很多类似的事情发生,尤其是在日本的汽车供应链表现更为明显。除此之外,在巴基斯坦RISC-V 已经是他们国家的芯片架构,而印度也有一个基于 RISC-V 的 Shakti 芯片项目,在北美,“许多跨国公司正在将 RISC-V 作为其整体芯片战略的一部分,其中包括 Nvidia 和谷歌。

显然,开放指令集可以极大地使谷歌和亚马逊等云计算公司受益。RISC-V 的共同发明者帕特森 (Patterson) 曾在谷歌内部担任顾问多年,负责开发用于机器学习的 TPU 处理器。在雷德蒙德看来,RISC-V 的稳步发展是源于她正在帮助建立的联盟,这也意味着生态系统的发展速度可以比英特尔或 ARM 快得多。

“这种调整主要是针对英特尔和后来的 ARM,他们都花了几十年的时间来培育这个生态系统,这也是 RISC-V 面临的问题。但我可以向你保证,这不会花费几十年的时间来启用该生态系统或解决兼容性和可移植性问题,这些都是我们可以看到的。”

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