新思撰文科普RISC-V

近日，EDA大厂新思科技发布一个文章，科普RISC-V。以下为文章正文：

在半导体行业不断推动持续创新的过程中，选择正在成为硅成功秘诀的重要组成部分。操作系统、编译器、调试器和其他工具的选择正在推动开源 RISC-V 指令集架构 (ISA) 的广泛采用。开放 ISA 使设计人员可以自由地使用开源或商业资源作为起点来开发自己的定制处理器。

与专有处理器架构不同，RISC-V 架构允许设计团队根据目标最终应用的需求定制处理器。通过选择想要用于设计的可用功能，设计人员可以针对关键应用的功耗、性能和/或面积 (PPA) 进行优化。

凭借其开放性和技术优势，RISC-V 近年来越来越受欢迎。Semico Research 的数据显示，到 2028 年，RISC-V CPU 半导体 IP 专利使用费预计将达到 2.3 亿美元，复合年增长率为 26.7% 。管理该标准的全球非营利组织RISC-V International报告称，各行业的采用率、活动和势头不断增加。

RISC-V 有多种以免版税、开源内核形式实现的方式，任何实体都可以在这些内核上开发自己的解决方案和服务。市场上还有一系列商业 IP 产品。

RISC-V 最初于 2010 年 5 月在加州大学伯克利分校开发，用于学术用途，它基于至少源于 40 年前的计算机架构概念。第一个 RISC-V 芯片流片发生在 2011 年。ISA 技术报告发布后，该规范基本上就进入了公共领域。所有设计的软件都在 RISC-V ISA 中的一小部分核心指令上运行。通过可选的扩展，设计人员可以针对不同的终端市场定制架构。设计人员还可以从可用功能中选择他们想要使用的功能，而不必使用架构的完整功能集。

当前的 RISC-V 迭代被认为是基于精简指令集计算机 (RISC) 概念构建的第五代处理器。RISC-V International 的成员公司合作定义开放标准规范，帮助推动处理器创新的新途径，同时倡导新的设计自由度。该组织目前在 70 个国家拥有 3,800 多名成员，据报告，到 2022 年底，带有 RISC-V 内核的芯片出货量超过 100 亿颗。

现在，开发支持 RISC-V 解决方案的公司生态系统不断壮大。这种行业合作将进一步发展该架构。Synopsys 已是 RISC-V International 的成员，将由Synopsys 解决方案事业部的工程副总裁Yankin Tanurhan, sr 代表。，是该组织董事会的最新成员之一。管理委员会的成员由选举产生，代表所有类别的会员，有助于确保标准监督的平衡。RISC-V International 首席执行官 Calista Redmond 表示：“随着 RISC-V 在广泛市场的采用不断增长，RISC-V International 董事会在提供方向和领导力以推动标准向前发展方面发挥着不可或缺的作用。

凭借 Synopsys 在为支持该架构的 SoC 设计提供解决方案方面的专业知识，Synopsys Rob Aitken 的加入进一步增强了我们规划 RISC-V 标准未来的能力。”

由于 RISC-V 架构为处理器提供了执行各种任务的简化指令，因此很容易理解为什么该标准变得如此受欢迎。复杂指令集计算 (CISC) 使用更大的一组更复杂的指令来执行每条指令的多个操作，与此相比，RISC 架构每个时钟周期执行一条指令。可以执行复杂的操作，但需要最少的指令集。因此，设计变得精简且节能，同时可以高效地完成解码。

凭借其模块化性、灵活性和可扩展性，设计人员可以使用 RISC-V 创建数千种潜在的定制处理器，这些处理器仅具有适合其目标应用的功能，而且速度相对较快。无论设计是简单的嵌入式计算机还是大型超级计算机，设计人员都会从相同的基础 ISA 开始。更轻松的软件开发也有助于加快整体设计周期。

安全仍然是许多行业关注的问题。为了解决这些问题，RISC-V 架构配备了各种安全功能，通常通过开源参考设计、软件组合分析工具和安全扩展来提供。

RISC-V 最初的采用主要是在嵌入式应用和微控制器领域。多年来，开源标准在汽车、数据中心和高性能计算等广泛的应用领域持续受到关注，对人工智能工作负载的前景也越来越大。以下是我们看到 RISC-V 架构得到广泛采用的关键应用领域：

汽车：对于汽车 SoC，RISC-V 处理器可以帮助满足信息娱乐、高级驾驶辅助和通信等系统的性能、功耗、成本和安全性要求。

高性能计算 (HPC) 和数据中心：RISC-V 内核非常适合使用定制 ISA 处理复杂的计算任务，RISC-V 扩展可以支持开发简单、安全且灵活的内核，从而提高能源效率这些应用程序需要。

AI：AI 芯片往往是异构的，设计人员尽可能选择现成的处理器（RISC-V 是选择之一），并将其专业知识集中在开发用于任务的高性能、节能的 AI 加速器上例如神经网络处理和自然语言处理。

可穿戴设备、工业、物联网和家用电器：该细分市场的特点是电池供电设计和空间限制，使得 RISC-V 处理器成为满足其功耗要求的理想选择。

5G 移动：RISC-V 内核可以根据智能手机等移动设计的性能需求进行定制，也可以用作更大 SoC 中的组件来处理这些设备中的特定任务。

航空航天和政府：凭借其高可靠性和安全性，RISC-V 为这些必须满足严格要求的系统提供了良好的选择。

随着采用率不断增长，支持 RISC-V 架构的生态系统和行业协作也在不断增长。一些值得注意的合作已经出现。例如，RISC-V 软件生态系统 (RISE) 项目是一个由著名行业领导者组成的全球联盟，其使命是加速 RISC-V 架构的开源软件开发。德国正在组建的另一家企业也拥有值得注意的名册，旨在促进基于该标准的参考架构的开发，最初的重点是汽车应用。Semico 最近的一份报告表明，近年来阻碍汽车生产的半导体供应链短缺正在引发汽车行业对该标准的兴趣。

考虑到开源架构为想要定制基于 RISC-V 处理器的 SoC 以实现差异化的设计人员提供的选择，RISC-V 的日益普及并不令人意外。我们不能低估选择在推动半导体设计创新方面的作用。

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