在聊RISC-V之前，先明确一个概念，什么是指令集？ 要想了解CPU，那不可避免的要了解指令集。上文中提到的X86、Arm，都是指的芯片的指令集架构。指令集构成了CPU的核心功能，它是一组用于进行计算和操控计算机系统的指令集合。每当新型CPU被设计出来，都会确立一套与其硬件电路协同工作的指令体系。 指令集的先进程度直接影响到CPU的性能表现，它是评估CPU性能的关键指标之一。简单来说，指令集是软件和硬件之间的接口，打个比方的话，指令集就是软件与硬件之间沟通的"翻译官"，是芯片产业中不可或缺的基础部分。 从CPU被发明出来至今，有非常多种架构，从我们熟悉的X86、ARM，到不太熟悉的RISC-V，MIPS、IA64，它们之间的差距都非常大。但是，如果我们粗略将它们分一下类，它们大致可以被分为两种：即所谓的“复杂指令集”与“精简指令集”系统，也就是经常看到的“CISC”与“RISC”。 这些玲琅满目，多如繁星的指令集有什么不同呢？不同的指令集决定着CPU的处理方式。在指令集的视角下，提升CPU性能主要有两种策略： 一是：减少执行程序所需的指令总数，以此提高处理效率； 二是：缩短执行每条指令所需的时间周期，从而加快处理速度。 CISC指令集着重于减少程序所需的指令数量，而RISC指令集则专注于缩短每条指令的执行周期。目前，CISC指令集因其复杂性而提供了广泛的指令，这有助于减轻程序员的编程负担。但是，随着计算机技术的进步，这种复杂性被发现可能会影响处理器的性能和效率。 鉴于此，RISC指令集随之诞生，它采用了更简洁且高效的设计哲学，通过精简指令集来增强处理器的性能和能源效率，在21世纪以来的众多新兴技术领域中占据了主导地位。 如果各位读者看得云里雾里，那么通俗来讲，精简指令集需要定义每一个精细的动作，就比如开车，如果用精简指令集就需要定义从走路、走到车旁、开车门、上车、启动车辆等等一系列的分解动作；而到了复杂指令集这边，只需要下达一个“开车”的指令即可。 那么这时候有读者也会问，复杂指令集这么方便，为什么不直接用复杂指令集完全替代精简指令集呢？ 因为有时，人们仅仅需要执行“走路”这一单一操作。如果使用复杂指令集，可能并不存在直接对应的指令，这就意味着需要执行一系列的动作来完成这个任务。这种情况导致在特定应用领域，复杂指令集的CPU在性能和能效方面可能不如预期。 而且更进一步来说，不同指令集的指令并不是通用的，即便是属于同一类别的指令集，不同厂商的指令实现也可能有所差异。比如，英特尔可能用“111”编码来代表“跑步”的指令，而AMD则可能用同样的“111”编码来代表“走路”的指令。这种差异导致CPU和指令集的不同，进而影响了相关产业生态的发展。 不仅如此，X86被英特尔和AMD封闭使用、ARM要收取高昂的授权费用。就在这个大背景下，RISC-V应运而生。 20世纪80年代初期，加州大学伯克利分校的David Patterson和斯坦福大学的John L. Hennessy等学者开始着手简化传统的CISC架构，这一努力催生了RISC（精简指令集计算机）的诞生，从而开启了信息技术史上CISC与RISC之间的激烈竞争。 1980年，在David Patterson教授的领导下，伯克利RISC项目设计出了第一代RISC处理器——RISC-I，这成为了现代RISC架构的基石。 接着，Patterson教授在1983年推出了RISC-II原型架构，1984年发布了RISC-III架构，并在1988年推出了RISC-IV架构。 在这一过程中，RISC的设计理念激发了一系列新架构的诞生，包括MIPS、IBM的PowerPC以及如今主导嵌入式市场的ARM架构。 初步了解了RISC-V那么，现在让我们尝试回答一下文章标题的问题“RISC-V”能否突破“卡脖子”？这就要提到RISC-V自身的一些独特特点了。 首先，RISC-V是完全开源的，开源代表着自由、无成本和可控制性。在使用RISC-V指令集的情况下，RISC-V基金会并不要求支付高昂的授权费用。开源项目通常采用宽松的BSD许可证，允许企业自由且免费地使用这些技术，同时也支持企业在不公开分享的情况下添加自己的指令集，从而实现产品的差异化。此外，使用开源指令集的我国企业在很大程度上就不必担心会面临像X86或ARM芯片架构那样的制裁风险。 其次，RISC-V架构在芯片设计领域展现了其独特的优势。它得益于计算机架构长期的发展与沉淀，能够避免早期架构设计中遇到的诸多挑战，也就是说RISC-V架构没有任何的“历史包袱”。RISC-V的设计哲学追求简洁性和高效性，这与传统的X86和ARM架构形成了鲜明对比。在指令数量上，RISC-V采取了极简主义，其基础指令集仅包含百余条指令，相较于X86和ARM的数千条指令，大大简化了设计复杂性。这种简洁的设计不仅有助于提高CPU的执行效率，而且在芯片制造过程中，减少了潜在的设计错误，这对于降低高昂的流片成本具有重要意义。另外，RISC-V架构不受历史兼容性的限制，使得它能够更加灵活地适应新技术的发展，为创新提供了更大的空间。这种设计理念和技术路线的选择，使得RISC-V在竞争激烈的芯片市场中占有一席之地。 最后，RISC-V还拥有模块化的设计，它试图通过一套统一的架构满足各种不同的应用场景。用户可以根据自己的特定需求，自由搭配多种模块，以打造个性化的设备配置。例如，在处理小面积且对功耗有严格要求的嵌入式环境时，可以选择采用RV32IC指令集的配置，并且只启用Machine Mode（机器模式）。而对于需要高性能支持的应用操作系统环境，则可以选用包含RV32IMFDC指令集的配置，同时运用Machine Mode（机器模式）和User Mode（用户模式）这两种操作模式。 以上这是RISC-V的优点，同时也是目前业内看好RISC-V的原因。 无论是x86也好、Arm也好、RISC-V也好，如果各位读者注意阅读，就会发现，这些指令集，更像是一种“说明书”，而非“图纸”。RISC-V只提供了一种规则之下的“定义”，美国确实可以通过政治或法律的手段限制“图纸”（对应的是IP核）向中国流通，但是如果想要禁用“说明书”（RISC-V）那可以绕开的方式就太多了。 那么退一步来说，假如RISC-V基金会在瑞士受到美国的强制管制和站边，真的直接对华限制，那么迎来的将是RISC-V本身的瓦解，因为就目前而言国内企业几乎占掉一半基金会的会员份额，这是一种“杀敌800，自损1000”赔本买卖。 这就是RISC-V对于我国来说最大的好处，不受任何企业的控制，因此不需要授权，“人人”都能使用，而这种开放标准的方式，能够更快推动芯片行业的发展，并且“人人”受益。但说到底，RISC-V只是一个“说明书”能用这个说明书造出怎样的芯片，就完全依赖我国芯片从业者的努力了。 盲目认为只靠RISC-V就能让我国突破美国的“卡脖子”完全是不现实的，但是RISC-V确实可以撬动“卡脖子”的几只手指。 如今，国内阿里巴巴、华为、紫光展锐、中兴通讯、赛昉科技、中科院等企业纷纷入局RISC-V，发展迅猛，逐渐呈后来居上的态势。但笔者同时也注意到，这带来了碎片化的问题。为了避免这种情况，行业内急需需要建立一定的标准和规范，以确保不同模块和配置之间的兼容性，这种各自为战的现状严重影响了RISC-V的普及。未来通过制定统一的标准，可以促进技术生态的健康发展，避免出现多个互不兼容的分支，从而保持生态系统的整体性和稳定性。因此，对于开源项目，不仅需要开放，还需要有效的管理和协调，以确保技术的持续进步和广泛应用。