关于RISC-V技术发展调研报告(1)

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一、RISC-V简介1.1 RISC-V的起源

2010 年，加州大学伯克利分校的 David Patterson教授与Krste Asanovic教授研究团队正在准备启动一个新项目，需要选择一种处理器指令集。他们分析了 ARM、MIPS、SPARC、X86 等多个指令集，发现它们不仅设计越来越复杂，而且还存在知识产权问题。于是伯克利的研究团队临时组建一个四人小组，开展一个 3 个月的暑期小项目——从零开始设计一套全新的指令集。这个小项目的目标是新指令集能满足从微控制器到超级计算机等各种尺寸的处理器，能支持从 FPGA 到 ASIC 到未来器件等各种实现，能高效地实现各种微结构，能支持大量的定制与加速功能，能和现有软件栈与编程语言很好的适配。最重要的一点是要稳定——不会改变，不会消失。

2011 年 5 月，第一版指令集正式发布。该指令集设计非常简单，采用了基础指令集与扩展指令集的方式。基础指令集只包含了不到 50 条指令，但已经可以用于实现一个具备定点运算和特权模式等基本功能的处理器。扩展指令集提供了一些常用的原子操作指令、浮点运算指令等，用户也可以需要自身需求进行自定义。这样，这套指令集既保留了“简单”这个大优点，又赋予了用户足够的灵活性。伯克利的研究团队在发布时还做了两个重大的决定：

一是将新的指令集命名为 RISC-V（读作 RISC-Five），表示为第五代RISC（精简指令集计算机）。图 2 展示了此前的四代 RISC 处理器原型芯片。

每一代 RISC 处理器都由 David Patterson 教授领导与参与。也正是他与学生David Ditzel 在 1980 年发表的那篇经典论文“The case for the reduced instruction set computer”中创造了 RISC 一词。

二是将 RISC-V 指令集彻底开放，使用 BSD License 开源协议设计了开源处理器核 Rocket。伯克利研究团队认为，指令集 ISA 作为软硬件接口的一种说明和描述规范，不应该像 ARM、PowerPC、X86 等指令集那样需要付费授权才能使用，而应该开放（Open）和免费（Free）。他们选择的 BSD 开源协议给予使用者很大自由，允许使用者修改和重新发布开源代码，也允许基于开源代码开发商业软件发布和销售。因此 BSD 开源协议对商业集成很友好，很多的企业在选用开源产品时都会首选 BSD 开源协议。

于是，一套全新的开放指令集 RISC-V 诞生了——全世界任何公司、大学、研究机构与个人都可以开发兼容 RISC-V 指令集的处理器，都可以融入到基于RISC-V 构建的软硬件生态系统，而不需要为指令集付一分钱。伯克利研究团队对 RISC-V 寄予厚望，希望它能被应用到各种场合，从微控制器到超级计算机；也希望它能像 Linux 通过开源成为全世界操作系统的事实标准之一，最终成为全世界处理器指令集的事实标准，为下一个 50 年计算机系统设计与创新做出奠基性贡献。

1.2 RISC-V的“统称”

RISC-V泛指RISC-V指令集及其衍生出来的一系列生态。而RISC-V指令集，类似于INTEL公司的X86 ,ARM指令集，是一个被CPU读取到内存后，指导计算机运行的指令集合。实现了该指令集的CPU，能执行指令集中规定的所有基本指令，使按该套指令集编译的程序能够无障碍运行，且具有同系列CPU可移植和兼容性。