2021 年 6 月，英特爾宣佈與 RISC-V 處理器核心（針對 CPU 和協處理器）提供商 SiFive 合作，打造片上系統 (SoC) 開發平臺 Horse Creek。英特爾將使用 SiFive 最高效能的 RISC-V 處理器核心 P550，並將 DDR 和 PCIe 等英特爾的其它半導體智慧財產權 (IP) 融入到設計中。Horse Creek 將使用英特爾即將推出的 7nm 工藝，這使其成為英特爾的首款 7nm 產品。這是對 RISC-V 架構潛力的極大認可，並將進一步推動 RISC-V 架構用於資料中心、高效能運算 (HPC)、客戶端計算和其它的無數行業。其它晶片供應商，如微芯、西部資料、華為和一些晶片界 “新貴” 已經在產品路線圖中採用了 RISC-V 架構。到 2020 年底，SiFive 已贏得 80 多家公司的 200 多個設計訂單。
隨著受歡迎程度和採用率的提升，RISC-V 會成為下一代 CPU 的首選架構嗎？未來 RISC-V 是否會像主導伺服器作業系統的 Linux 一樣，成為主導的 CPU 架構？
開放、現代的 RISC-V 架構
RISC-V 指令集架構 (ISA) 誕生於美國加州大學伯克利分校，其發展至今將近十年之久。該 ISA 規範於 2011 年作為開源規範釋出，支援 32、64 和 128 位 CPU。2015 年， 原作者放棄了自身權利，轉而由新成立的 RISC-V 基金會擁有、維護和釋出與 RISC-V 相關的智慧財產權。但在 2019 年， RISC-V 基金會因為擔憂美國的貿易法規而搬到了瑞士，並更名為 RISC-V International。RSIC-V International 的主要成員包括阿里巴巴、華為、中興通訊和西部資料，戰略成員包括谷歌、IBM、英偉達、高通、三星和恩智浦。
RISC-V ISA 的開發人員認為，一個開放的 ISA 將為處理器設計提供一個真實、自由、開放的市場，從而實現以下好處：
- 透過由更多設計者參與的自由市場競爭促進大量的創新產生，包括 ISA 的開放實現（相對專有實現而言）。
- 共享開放處理器核心設計，透過設計複用縮短上市時間和降低成本，並且因為有許多設計者參與，這減少了設計上的錯誤。此外，因為設計的透明性，政府機構設定秘密後門變得更加艱難。
- 處理器價格能夠被更多終端所接受，這有助於擴充物聯網 (IoT) 市場。
作為一款新的 ISA，RISC-V 的創作者們更加了解計算市場格局的演進，並且有機會避免現有架構的不足之處。為了維持穩定的軟體基礎併為設計者提供靈活性，RISC-V 採用了模組化的基礎 + 擴充套件模式。基礎指令集中只包含 47 條指令。針對特定應用的擴充套件作為外掛新增到基礎指令集中，這有助於減少導致 ISA“膨脹” 的舊指令。考慮到物聯網終端的成本敏感性和記憶體限制，RISC-V 還使用壓縮指令集編碼。提供 128 位記憶體定址目前看來似乎不大會成功，但它在十年內可能會取得成功，因為至少超大規模（hyperscale）雲服務提供商將會以艾位元組計算儲存容量。
RISC-V 正在興起
當前的市場整合、地緣政治優先事項和物聯網終端的激增表明 RISC-V 的作者們提出的目標越來越重要。事實上，這些目標正大力推動 RISC-V 得到更廣泛地採用。在資料中心，伺服器越來越以業務負載為中心，並且激增了大量的應用專用處理器來加速業務負載和提高效率。晶片更加多樣化也為各種處理器架構創造了更多機會。
鑑於英偉達即將收購 Arm，人們擔心美國會壟斷 CPU 技術公司。英特爾、AMD、IBM 和英偉達都是美國公司，國家之間的地緣政治或貿易緊張局勢可能會對國家的技術主權產生不利影響。因此，歐盟和中國正著眼於透過 RISC-V 推動計算技術主權。
在歐洲，RISC-V 在歐洲處理器計劃 (EPI) 的推動下獲得了巨大的發展勢頭。巴塞羅那超級計算中心正在主導 eProcessor 專案，旨在構建高效能亂序 RISC-V ISA 處理器來用於 HPC 用例。該專案更廣泛的目標是建立一個基於 RISC-V 架構的開源全棧生態（包括軟體和硬體）。該專案的合作者包括晶片設計公司 Cortus、Thales 集團和 Exascale Performance Systems。2020 年，EPI 構建出一個用於高效浮點計算的 4096 核 RISC-V 小晶片原型 Manticore。設計師表示，與其它商用 CPU 和 GPU 相比，該處理器執行浮點密集型業務負載的能效是前者的五倍。
在俄羅斯，伺服器製造商 Yadro、晶片設計公司 Syntacore 與技術投資公司 Rostec 達成合作，致力於為單板計算機、平板電腦和工作站等用例構建基於 RISC-V 的新 CPU。它們的產品路線圖包括具有四個 RISC-V 核心（時脈頻率為 1.5GHz）的 12nm SoC、時脈頻率在 1.5GHz 和 2GHz 之間的功率最佳化的八核處理器以及時脈頻率在 2.5GHz 和 3GHz 之間的 64 核處理器，最初採用 12nm 製造工藝，之後轉變為 7nm。
在亞太地區，中國正在引領 RISC-V 技術的發展，在處理器技術方面努力實現自力更生。去年年底，中國半導體供應商賽昉科技釋出了名為天樞的 64 位 RISC-V CPU，從而用於高效能運算和資料中心業務負載。天樞是一款時脈頻率為 3.5Ghz 的亂序處理器，採用臺積電 7nm 工藝打造。它支援亂序超標量 RVV 1.0 版本擴充套件指令，這是 HPC 急需的功能。天樞 CPU 還具有硬體虛擬化功能，並且支援 KVM 等虛擬化軟體。儘管天樞 CPU 還處於早期驗證階段，但賽昉科技已經與許多客戶簽約，其中包括伺服器供應商 H3C 的子公司 H3C Semiconductor Technology。賽昉科技還發布了一款基於 RISC-V 的 AI 協處理器，名為驚鴻 7100，針對影像處理業務負載。另一家中國 CPU 供應商龍芯中科技術公司也在開發基於 RISC-V 的高效能 CPU 來用於 HPC，該公司基於 MIPS 的 CPU 已在中國用於許多 HPC 系統。
還有許多中國供應商正在開發基於 RISC-V 的協處理器來用於機器學習等 AI 業務負載。
- 近日，北京微芯區塊鏈與邊緣計算研究院釋出了基於 RISC-V 的 96 核區塊鏈加速專用協處理器。這款協處理器將部署在長安鏈協作網路中，這是一個擁有超過 100 萬個節點、每秒處理交易峰值突破 100 萬筆的大規模區塊鏈網路。
- 阿里巴巴旗下半導體公司平頭哥推出了一款名為玄鐵 910 的 RISC-V SoC。玄鐵 910 有 16 個基於 RISC-V 的 64 位核心，時脈頻率在 2.0GHz 到 2.5GHz 之間。這款 CPU 採用了臺積電 12nm 鰭式場效應電晶體 (FinFET) 製造工藝。平頭哥還與另一家中國半導體公司全志科技合作來實現玄鐵 910 CPU 的商用。
- 去年，上海 RISC-V CPU 設計公司芯來科技獲得來自國有的中國電子科技集團和智慧手機制造商小米的 1550 萬美元投資，以期推動其 RISC-V CPU 的釋出。
中國也在大力投資構建 RISC-V 處理器的軟體生態。中科院軟體研究所宣佈正專注於針對 RISC-V 處理器移植和最佳化 Linux 發行版。隨著中國著眼於減少對 Arm 和 x86 CPU 的依賴，預計基於 RISC-V 的成熟 Linux 膝上型電腦將在明年年底上市。阿里雲正在使其專有作業系統飛天與基於 RISC-V 等架構的處理器相容。
中國臺灣和韓國等亞洲地區 / 國家也在大力支援 RISC-V 計劃。臺灣 RISC-V 聯盟得到聯發科、力晶、安第斯科技等公司的支援。該組織旨在透過產學研合作將 RISC-V 開放架構引入臺灣。在韓國，三星和 SK Hynix 投資了 SiFive，並且正在研發多款 RISC-V 處理器。三星已經在其 5G 無線電裝置中使用 RISC-V SoC，並計劃開發 RISC-V 協處理器來加速人工智慧 (AI) 計算。
北美也對 RISC-V 很感興趣。
- SiFive 由 RISC-V 的發明者創立，總部位於舊金山，並且獲得了 Intel Capital、Qualcomm ventures 和西部資料的投資。SiFive 的客戶包括谷歌、英偉達、特斯拉、高通、微芯、Marvell 和 Oculus。西部資料和希捷的儲存控制器中已經採用了 RISC-V 核心。谷歌正在其 OpenTitan 專案中利用 RISC-V，該專案旨在透過矽晶片信任根 (RoT) 提高計算的安全性，並防禦 Spectre 和 Meltdown 等安全威脅。
- 4 月，AI CPU 初創公司 Tenstorrent 宣佈，其新款 SoC 將使用 SiFive 的 64 位 RISC-V 核心 X280，該核心整合了 512 位寬的 RISC-V 向量擴充套件（RVV）。這是對 RISC-V 架構的極大認可，因為 Tenstorrent 的創始人 Jim Keller 和 Ljubisa Bajic 均為 CPU 行業資深人士。Jim 曾在多家公司領導研發，包括在 AMD 主導研發 EPYC CPU，在蘋果公司開發定製 CPU ，並在特斯拉負責研發自動駕駛汽車定製晶片。
- 當前，隨著英特爾的 Horse Creek 採用 RISC-V 架構，該 ISA 正獲得成為未來架構的又一個強大推動力。
使 CPU 開發普及化
RISC-V ISA 最大的優勢之一是開源。這使它立即吸引了世界各地大學和學術機構的注意。儘管還有其它開源 ISA，例如 SPARC V8 或 OpenRISC，但它們的設計更加複雜並且具有分支延遲。該行業與學術界在 RISC-V 方面的合作正在促進創新並構建強大的 RISC-V 軟體生態，其中包括模擬器、用於配置和驗證的電子設計自動化 (EDA) 工具、編譯器、引導載入程式、作業系統、管理程式、其它整合開發環境 (IDE) 和軟體開發工具包 (SDK)。這些工具的可用性和開源合作者正在加速推進 RISC-V CPU 專案並縮短產品開發週期。中科院的 “香山”RISC-V 開源處理器不到八個月就進入流片階段 ─ 該處理器旨在與 8 核 ARM Cortex-A76 處理器具有類似效能。
圍繞 RSIC-V 的半導體 IP 和 EDA 工具市場也在蓬勃發展。EDA 工具供應商 Micro Magic 宣佈，其使用 16nm FinFET 工藝製造的超低功耗 64 位 RISC-V 核心在 1Ghz 時脈頻率下僅消耗 10mW。該供應商表示其處理器核心可以以 5GHz 的時脈頻率執行，同時保持極低的功耗。此外， Andes、Bluespec、Cloudbear、Codasip、Cortus 和 Syntacore 等許多供應商都在提供定製的商用 IP 核心和整合工具，這形成了一個 RISC-V 硬體生態。這使處理器能夠輕鬆配置一般性引數（即核心數、快取大小）並透過自定義 RTL (暫存器傳輸級) Block 加以擴充套件。因此，現有的設計工具已經足以支援 RISC-V 架構，不需要新增任何專用元素。
結論：RISC 變得越來越受歡迎
對於新的 CPU 架構，可能需要花費一定的時間和大量精力來為各類業務負載建立一個強大的生態，其中包括晶片供應商、硬體供應商、韌體、作業系統和應用軟體。但我們看到的市場趨勢是，越來越多的計算能力被當作一種服務來消費。這使服務提供商有機會為特定業務負載部署高度最佳化的硬體，而軟體層則能夠掩蓋底層硬體的複雜性。為了使計算可持續和高效，服務提供商正對晶片層進行最佳化。這對 RISC-V 來說是一個巨大的機會。蘋果 M1 晶片實現的 CPU 架構遷移將是雲服務提供商效仿的一個很好的例子。
短期內，我們將看到針對高度應用特定型業務負載的 RISC-V 處理器，例如 HPC、AI 協處理器、儲存控制器和網路資料包處理器。但歐洲和中國將 RISC-V 引入伺服器和個人計算領域的一些舉措似乎很有發展前景。毫無疑問，RISC-V 要與 x86、Arm 甚至 Power 平起平坐還有很長的路要走。但我們看到，這個已有 6 年曆史的架構擁有強大的行業採用前景和發展勢頭，並且如果這一趨勢持續下去，那麼在未來六到七年，RISC-V 可能會成為伺服器 CPU 的主流架構。