RISC-V生态全景解析1——RISC-V处理器架构的技术演变

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$ \- b7 L7 Y* }# ~! _, W3 vRISC-V架构近几年的迅猛发展，使其在学术界和产业界的热度不断提升。凭借极简、模块化、可拓展等属性，RISC-V有望成为新时代的主导架构。故从本期开始，我们将为大家推荐RISC-V知识图谱系列内容，带大家从“应用开发”、“商业”、“技术创新”等不同角度视角认识RISC-V。
本文为RISC-V知识图谱系列的开篇之作，共分为上下两篇。本篇文章主要从技术与商业视角介绍RISC-V架构的起源，分析RISC-V发展如此迅速的原因，并剖析X86架构与ARM架构成功的原因。
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1、RISC-V架构起源
RISC-V架构是一种开源的指令集架构。最早是由美国伯克利大学的Krest教授及其研究团队提出的，当时提出的初衷是为了计算机/电子类方向的学生做课程实践服务的。
4 e% X; \3 V8 C1 d. U6 I+ V7 s由于这是伯克利大学研究并流片的第五代RISC架构处理器，因此就命名为RISC-V，其中“V”是罗马字母的数字5的意思。2015年，RISC-V架构开始以基金会的形式运营，Google、Nvidia、Western Digital等国际知名的互联网和半导体企业都是其创始会员。
0 w* z8 U5 [" O* t* g2020年，RISC-V基金会考虑到整个组织和技术的中立性，将总部由美国迁移到了欧洲的瑞士（瑞士一直是国际上有名的中立国，在第一次世界大战和第二次世界大战期间都保持了中立国的角色），并将名字由RISC-V Foundation改名为RISC-V International，RISC-V国际希望坚持架构的中立、开放与普惠，并服务于全球技术生态。
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2、RISC-V架构的迅猛发展
  }, `, Q- A7 Y2 ?5 b- T" e从RISC-V架构诞生到现在已经有11年的时间，尤其在基金会运营的这几年里，RISC-V开始快速发展，不仅知名度迅速提升，而且在应用上也从之前的大学教学和研究大踏步进入了产业界，包括Western Digital、阿里巴巴平头哥半导体等均开始了RISC-V架构的CPU核以及芯片的量产应用。
软件生态方面，RISC-V生态也是迅猛发展，从各种主流的编程语言（如C、C++、Golang），到主流的GCC、LLVM等编译系统，到linux与各种RTOS操作系统内核，到Ubuntu、Debian等常见的操作系统发行版，以及容器Docker等应用软件等等。
目前，除了各种算法库优化支持、Android生态以及服务器生态RISC-V还相对较弱外，其余的软件生态基本可以满足开发应用的需要。RISC-V花了差不多5年的时间完成了ARM过去花了二十年积累的软件生态（1990 - 2010），就连近期曾经著名的CPU厂商MIPS公司也宣布放弃MIPS架构转而支持蓬勃发展的RISC-V架构。
3 E$ s0 u; U4 [  A3 d在处理器发展的几十年历史中，各种处理器架构曾经层出不穷，从开始的Intel X86架构，到后来的IBM power架构、MIPS架构、DEC Alpha架构、Sun Sparc架构以及后来的ARM架构，此外还有Motorola、TI、Hitachi、RENESAS等各种小众处理器架构等，各种处理器架构曾百花齐放过。
0 m  C; i6 L) y* o/ C但是经过近30年产业的大浪淘沙，其他的处理器架构逐步的留在了历史的博物馆中，目前只留下了X86和ARM两大强势的处理器架构。
未来，从全球开发者的角度看，一定是希望基于有限的处理器架构做上层软件的开发，因此可以基本确定的是未来只有2-3家处理器架构可以存活下来，而RISC-V有很大概率成为继X86和ARM架构之外，处理器架构的第三级（甚至是第二级）。
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3、从商业角度看X86与ARM成功的原因
9 h* \4 g, y. m3 G- `( H& q（1）X86架构
  n" D- z' `2 Z/ @+ S+ B纵观处理器架构的演进，处理器架构正在从以往的技术驱动型转变为商业模式驱动型，处理器架构的开放、开源是大势所趋。
4 U* b) O* ~& t+ l在处理器芯片时代，Intel凭借其强大的制造工艺技术结合其架构与微架构的创新，打败了IBM Power、Sun Sparc等一众明星，成为处理器芯片时代的霸主。但是X86架构是一种闭源的架构，全世界的方案商、应用商想获得X86架构只有通过购买他家的芯片获得，而无法基于其架构开发芯片（AMD、威盛等公司是由于IBM/美国政府为了防止Intel出现垄断而强行要求X86架构必须有另外一家公司也开展研发与生产业务）。在X86架构之后，ARM架构出现了。

（2）ARM架构
ARM架构的成功，与其说是技术的成功（那个时候ARM架构才刚起步，相比于迭代完善了几十年的X86架构来说肯定是有缺陷的），不如说是商业模式的成功带来的。ARM架构的出现，将之前高贵的闭源的处理器架构带到了“开放的”位置(注意，此处笔者用了“开放”一词)，处理器架构不再是一两家高贵的芯片厂商的杀手锏，它变成了广大芯片公司触手可及的东西。
; t  d3 _( z4 ~# OARM成功的主要原因，就是把处理器架构作为一种基础技术被其他的芯片厂商所集成，从而将一堆的芯片公司围绕在自己身边并形成了自己的小伙伴阵营，其中不乏高通、苹果等一批技术能力优于ARM的公司，这是一个典型的群狼斗猛虎的故事（群狼指的是ARM的小伙伴阵营，猛虎指的是Intel，当然这里还少不了TSMC等制造厂的强势相助。笔者认为，芯片的核心技术基础设施化是大势所趋，也是推动芯片开放、普惠的核心力量，其中ARM的IP授权模式与TSMC的制造能力开放是半导体领域两个最有革命性的商业模式创新，如果读者们感兴趣以后另开文章来讲，这里就不展开了）。

) L" q4 w. U7 V; Y8 u7 R' O' o, [. i当然，ARM的成功也得益于历史的大趋势，那就是功能手机的出现，以及功能手机之后智能手机的兴起和普及，商业模式的革命遇上历史的浪潮使得ARM从传统的农村地带逐步进入了城市地带并最终进入了舞台的中央（ARM目前已经杀入了X86的传统强势地盘，包括苹果的M1 PC机芯片以及Ampere/亚马逊等的服务器芯片）。

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