RISC-V尚未成功，仍需努力

最大的问题是，在业界重新学习如何开发处理器期间，这种安排是否只是一个占位符，或者这种处理器架构是否完全不同。无论哪种情况，对更灵活的处理器架构的需求都是显而易见且迫切的，至少目前，RISC-V填补了这一空白。

Bluespec 产品和业务开发副总裁 Loren Hobbs 表示：“RISC-V 诞生于学术界，从第一天起就与大学建立了密切的合作关系。这种合作一直持续到今天，许多最受欢迎的开源 RISC-V 处理器都来自大学。OpenHW Group 和 CHIPS Alliance 等组织在推动学术界和业界之间的双向合作方面发挥着核心和关键作用。”

过去，工业界从未有过这种类型的合作。“我们正在相互学习，”OpenHW 首席执行官 Florian Wohlrab 表示。“我们正在学习验证的最佳实践。与此同时，我们正在学习应该避免哪些事情。当人们说‘是的，分享想法确实让我受益匪浅’时，这种合作正在不断发展。”

无论是工业界还是学术界，都需要处理器的灵活性。西门子 EDA营销总监 Neil Hand 表示：“工业界需要在处理器方面实现多样化。过去，这导致各家公司四分五裂，无法合作。他们看不到合作的价值。但 RISC-V 拥有一个有凝聚力的中央组织，任何想进入处理器领域的人都可以合作。他们不必暴露自己的秘密，但可以互相受益。水涨船高，这正是 RISC-V 所处的境况。”

该行业能否在此基础上再接再厉，还是随着时间的推移逐渐消亡，还有待观察。但至少目前，RISC-V 的势头正在增长。“我们正处于硬件设计革命的开始阶段，”OpenHW 的 Wohlrab 说。“20 年前 Linux 问世时，我们在软件方面也看到了同样的事情。没有人真正考虑共享软件或协作开发软件。有一些小型开源企业，但合作开发一个大项目需要很长时间。现在我们都在共享软件，都在共同努力。但对于硬件而言，我们才刚刚开始这个新概念，很多人需要明白，我们可以像对待软件一样对待硬件。”

RISC-V 成功的基础是广泛的合作。SmartDV 应用工程副总裁 Sergio Marchese 表示：“RISC-V 成功的支柱之一是与生态系统合作并利用明确定义的流程的定制。”“RISC-V 供应商面临的挑战是展示他们的处理器定制功能如何服务于应用程序并在真实硬件上演示整个过程。如果没有战略合作伙伴关系，RISC-V 供应商必须走一条更具挑战性、耗时且资源密集的道路。”

这个框架就是它的独特之处。西门子的 Hand 说：“RISC-V 已经形成了这个协作框架，它解决了所有问题。现在，当一所大学对处理器设计中的内存标记有一个非常酷的想法时，他们不必构建编译器，也不必构建参考平台。它们已经存在。也许编译器优化初创公司有这个处理代码优化的好主意。他们不必构建生态系统的其余部分。当一家处理器 IP 公司有这个好主意时，他们可以专注于这个更大的图景。这就是它的独特之处。它不仅仅是一个处理器规范。”

从历史上看，开源硬件的一个问题是质量，因为在硅片中发现缺陷的成本很高。OpenHW 是这一难题的一个重要部分。“为什么每个人都要自己重新发明轮子？”Wohlrab 问道。“为什么我们不能获得基本的构建模块、一些基本的芯片，从学术界获取一些质量相当好的设计，然后在此基础上进行构建，共同验证。我们正在使用不同的工具进行验证，确保获得高覆盖率，然后每个人都可以将它们用于自己的芯片进行大规模生产和批量出货。”

这对大公司和小公司都有好处。“有几家处理器供应商已经转向 RISC-V，”Hand 说。“Synopsys 已经转向 RISC-V。Andes 已经转向 RISC-V。MIPS 已经转向 RISC-V。为什么？因为他们可以利用整个生态系统。它的缺点是商品化，这对客户来说非常有益，因为您可以将选择处理器的时间推迟到设计流程的后期。您的早期决定是使用 Arm 生态系统或 RISC-V，然后您就可以完成它。这创造了一组有趣的动态。您可以开始为开发和交付 IP 的公司创造新的机会，因为您可以对它们进行基准测试，将它们交换进来和出去，并查看哪一个有效。另一方面，一旦您进入那个插槽，从锁定的角度来看，它就会变得很糟糕。”

当然，系统中会存在一些摩擦。西门子 EDA 产品管理总监 Geir Eide 表示：“在 RISC-V 的早期，该技术的贡献者和消费者之间几乎保持 1:1 的平衡。如今，RISC-V 消费者有数千人，但其中只有一小部分人会成为贡献者。他们之间可能会出现脱节。例如，如果某个特定市场或区域的增长速度高于其他市场或区域，或者其他市场和区域更为保守，他们往往会更长时间地坚持既定的解决方案。这增加了导致碎片化的风险。”

这是否会对长期发展产生影响？“我们不认为 RISC-V 会成为区域集中，尽管在 RISC-V 提供的广泛实施选择中可能会出现区域集中的情况，”Bluespec 的 Hobbs 说。“巴塞罗那超级计算机中心就是一个很好的例子，它为使用 RISC-V 的高性能计算创建了一个区域重点领域。然而，虽然可能存在区域重点领域，但这并不意味着 RISC-V 标准是或将变得支离破碎。事实上，RISC-V 创建和建立的关键原则之一就是防止 ISA 分裂，而这仍然是 RISC-V 国际的一个关键功能。”

中国的情况可能有所不同。Arteris 客户服务副总裁 John Min 表示：“中国很多公司都在开发 RISC-V 内核供内部使用——主要是出于政治原因。我认为中国将 100% 推广 RISC-V 嵌入式产品，但这是一条单行道。他们将继续利用西方公司的做法并加以改进。中国将继续吸收所有进步，例如矢量化或特定领域的特殊加速增强。他们将创造自己的产品并在内部将其变成自己的产品，但他们不会给予任何回报。”

过去也曾出现过这种分歧。“设计语言就是最近的例子，”Hand 说。“存在地区分歧，欧洲专注于 VHDL，而美国则使用 Verilog。有了 RISC-V，就会出现地区分歧，人们会分地区开展工作。欧洲有重点项目，印度也有自己的项目，但他们仍然在这个框架内开展工作。他们意识到每个人都会受益。他们这样做不是为了造福其他人。他们这样做最终是为了节省自己的精力，节省自己的成本，但他们意识到，在那个框架内这样做对每个人都有净收益。”

一个重要因素是每个人都能受益，而且这必须跨越学术/商业界限。“RISC-V 推动了学术界和商业组织之间新程度的合作，”Breker 首席执行官 Dave Kelf 表示。“值得注意的是，加州克莱蒙特的哈维穆德学院和瑞士苏黎世联邦理工学院等机构已经制作了先进的处理器设计作为教学辅助工具，并与多家公司合作进行验证和设计。OpenHW 集团进一步推进了这一进程，使这些设计可供业界使用。这种双向合作有利于工具提供商进一步增强他们在先进开放设备上的产品，同时也使学术界能够将他们的设计改进到商业质量水平。如果我们要看到 RISC-V 成为一种主流的、全行业的技术，那么建立良性循环至关重要。”

学术界在硬件发展方面大有可为。SiFive 企业传播主管 Dave Miller 表示：“大学的研究人员正在开发创新的新软件和硬件，以突破 RISC-V 创新的极限。学术界的许多 RISC-V 项目都专注于优化 AI 工作负载的性能和能源效率，并且都是开源的，因此整个生态系统都可以受益。研究人员还积极为 RISC-V 工作组做出贡献，分享他们的知识并与行业参与者合作。这些工作组由来自亚太地区、欧洲和北美的代表组成，他们齐心协力，共同实现共同目标。”

在许多情况下，行业愿意资助此类项目。“这使得研究课题更容易获得，而不必费尽心机，”汉德说。“如果你是一名博士生，并且有一个好主意，你可以去做。行业合作伙伴很容易说，‘我会赞助它。这是一件有趣的事情，我不需要为一个开放式项目分配大量资金。就好像我可以看到这项研究以后如何转化为商业产品的联系。’”

这回馈给了学术界。“学术界已经加入 OpenHW，”Wohlrab 说。“通过利用核心并将其产品化，他们得到了可以大批量出货的芯片。然后他们可以对真正的商业产品进行研究，看看他们的想法是否能在现实生活中实现。他们得到了真实的数字，可以看到新分支预测器带来的好处。”

它还可以为工具带来长期利益。“他们希望在某些领域与我们合作，特别是在安全领域，”Synopsys 联盟营销管理执行董事 Kiran Vittal 表示。“他们正在使用开源 RISC-V 处理器构建基于 RISC-V 的子系统，然后学术界不仅希望研究 AI 部分，还希望研究安全部分。有博士后或博士生正在研究使用我们的工具来验证或实施他们在安全方面所做的工作。”

这激励 EDA 为大学提供更好的工具。西门子的 Eide 说：“尽管大学和行业之间一直存在合作，行业为大学提供 EDA 工具、IP 核心等，但往往存在一些滞后。”“在许多情况下（特别是在特定项目的核心领域之外），大学可以使用旧版本的商业解决方案。例如，如果你看看新毕业生的简历，过去你会看到对旧技术的引用，但现在你会看到很多对 RISC-V 相对复杂使用的引用。”

这项合作需要继续推进。“我们曾计划为加速器创建一个标准化接口，”Wohlrab 说。“RISC-V International 标准化了如何在 ISA 中添加自定义指令，但没有硬件接口的标准。所以我们构建了这个。这是一次很酷的讨论。有来自 Silicon Labs 的人、来自 NXP 的人、来自 Thales 的人，还有几家初创公司的人。他们聚在一起问，‘我们如何才能让它面向未来并将加速器放在里面？’”

RISC-V 的应用空间正在发生变化。“最大的转折点是 Linux 和 Android，”Arteris 的 Min 说。“Android 已经获得了一些支持，但当 Android 和 Linux 都真正得到支持时，它将改变移动应用处理器游戏。设计的数量将激增。高端设计的数量将激增。这需要整个行业来实现，因为 RISC-V 公司还不足以独自创造这一点。所有 RISC-V 公司都是合作伙伴，因为我们在处理器级别实现了这种高端设计。”

这将加深软件社区的参与度。“如果嵌入式软件开发人员想在使用自定义指令/加速器的 RISC-V 处理器上运行 Linux，他们需要了解底层硬件，”Bluespec 的 Hobbs 说。“要开发复杂的嵌入式硬件/软件系统，嵌入式软件开发人员和嵌入式硬件开发人员都必须具备对硬件和软件互操作性的背景理解。开发人员必须了解定制处理器如何利用 Linux 硬件中的自定义指令来有效管理和执行加速工作负载。”

此次合作也可以重振 EDA 研究。“借助人工智能，你可以建立预测模型，”Hand 说。“这可以用来识别扩展带来的变化效果吗？这意味着什么？存在着一团影响——不是直接以门为单位，因为它会立即爆发——但可能基于测试套件。‘我知道触及该逻辑的东西会触及下游，进而触及设计的其余部分。’这就是人工智能发挥重要作用的地方，也是最有趣的领域之一，因为在验证中存在太多未知数。当人工智能出现时，你所能提供的任何指导或可见性都非常有用。即使它不是 100% 正确，也没关系，只要它产生的是假阴性而不是假阳性。”

EDA 公司面临着巨大的机遇。“我们与许多开源提供商、OpenHW 集团和苏黎世联邦理工学院合作，”Synopsys 的 Vittal 表示。“我们希望在任何处理器设计方面推广我们的解决方案，您需要标准工具，如综合、布局布线、模拟。但也有其他类型的独特解决方案，因为 RISC-V 非常可定制，您可以构建自己的自定义指令。您需要一些特定的东西来验证这些自定义指令，这就是 Imperas 黄金模型如此重要的原因。我们还与 Bluespec 合作开发了一种验证方法，带您完成功能验证和调试。”

定制化方面仍有一些问题需要解决。“RISC-V 为我们提供了可预测性，”Hand 说。“我们可以创建一个合规性测试套件，如果您在实施方面，我们可以为您提供处理器优化包。我们可以创建分析和测试解决方案，因为我们知道它会是什么样子。但对于非标准处理器，它实际上是一种服务，因为每个人的处理器都有点不同。从平台架构探索到整个过程，您会看到大量关注验证的原因是因为如果您更改一件小事，例如寻址模式，它几乎会影响 100% 的处理器验证。您必须重新测试整个处理器。大多数人没有像 Arm 或 Intel 那样拥有庞大的处理器验证团队和基础设施，因此他们需要自动化来为他们完成这项工作。”

RISC-V 使业界能够创建一个协作框架，使每个人都能出于个人利益而共同合作。这是一种持续建立的共生关系，并且随着时间的推移，它正在创造更广泛的影响范围。

Hand 表示：“这在现代半导体时代是独一无二的。你们的合作范围非常广泛，处理器制造商、软件行业领导者、EDA 公司都在一个共同的基础设施上工作。”

今天是《半导体行业观察》为您分享的第3782期内容，欢迎关注。

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