Python、Java、C++、R...... 在計算機發明以來的大約 70 年裡，人類設計了許多主要由英文單詞和數學符号組成的程式設計語言，來指令半導體執行人類發出的指令。
但是，你的電腦 CPU 上的矽開關，本質上并不能了解單詞“for”或符号“=”。為了讓晶片執行程式設計代碼，軟體必須将這些單詞和符号，轉換為晶片可以讀懂的指令。
（來源：Pixabay）
工程師會用特定的二進制序列來告訴硬體執行某些操作。例如，代碼“100000”可以指令晶片把兩個數字加在一起，而代碼“100100”可以要求它複制一段資料。這些二進制序列構成了晶片的“基本詞彙表”，也被稱為計算機的指令集。
多年來，晶片行業一直依賴于各種企業開發的專有指令集。目前的主流指令集有兩種類型：由英特爾和 AMD 使用的 x86，以及由 Arm 研發的 Arm。要使用這些指令集，公司必須拿到授權——一個設計可能就要花費數百萬美元。
而且，x86 和 Arm 晶片使用不同的“詞彙（指令集）”，這讓軟體開發者必須為同一應用程式制作多個版本，以适應每套指令集。
不過，許多科技公司已經開始大力發展一個名為 RISC-V 的“開放式”指令集。這一轉變可能會從根本上改變晶片行業。RISC-V 的支援者說，這種指令集可以讓小公司和初創企業更容易獲得計算機晶片設計，把他們從昂貴的授權費中解放出來。
支援這項技術的非營利組織 RISC-V International 的首席技術官馬克·希默斯坦（Mark Himelstein）說：“目前已經有數十億顆基于 RISC-V 的核心，産品包括耳機和雲伺服器。”
2022 年 2 月，英特爾承諾投入 10 億美元的一部分來發展 RISC-V 生态系統。盡管希默斯坦預測，距離在個人電腦中廣泛應用 RISC-V 晶片仍需要幾年時間，但由 Xcalibyte 和 DeepComputing 開發的第一款帶有 RISC-V 晶片的筆記本電腦 ROMA，已于 2022 年 6 月開啟預訂。
什麼是 RISC-V？
你可以把 RISC-V 看作是一套計算機晶片的設計規範，就像藍牙一樣它被稱為“開放标準”。理論上，這意味着任何人——你、我、英特爾——都可以參與這些标準的開發。此外，任何人都可以設計一個基于 RISC-V 指令集的計算機晶片。
這些晶片将能夠執行任何為 RISC-V 設計的軟體。值得注意的是，基于“開放标準”的技術不同于“開源”技術。“開放标準”通常會指定技術規範，而“開源”通常指其軟體源代碼可免費擷取、參考和使用的。
2010 年，加州大學伯克利分校的計算機科學家開發了 RISC-V 的基底，以作為晶片設計的教學工具。之是以這樣做，是因為市面上企業專有的 CPU 過于複雜和不透明，無法用于校園教育。
後來，RISC-V 的創造者公開了這個指令集，很快就引起了許多人的興趣。到 2015 年，包括谷歌和 IBM 在内的機構成立了 RISC-V International 非盈利組織，以規範指令集。
RISC-V 最基本的版本隻有 47 條指令，比如從記憶體中加載一個數字和将兩個數字相加。然而，RISC-V 後續也提供了更多的指令，後被稱為“擴充”。這讓添加諸如運作人工智能算法所需的向量數學等特性成為可能。
比利時微電子研究中心的埃裡克·梅德裡奇（Eric Mejdrich）說，有了 RISC-V 你可以根據需要來設計晶片的指令集，它允許你開發定制的、由應用驅動的硬體。
此前，需要 CPU 的公司通常要購買現成的晶片，因為從頭開始設計晶片太昂貴和耗時。特别是對于更簡單的裝置，比如警報器或廚房裝置。不過，現成的晶片通常有許多額外功能，這可能會讓裝置的處理速度變慢或者耗電更高。
中國耳機公司 Bluetrum 是使用 RISC-V 的典型案例。耳機不需要太強的計算能力，而該公司發現它可以設計出使用 RISC-V 指令的簡單晶片。希默斯坦說：“如果他們沒有使用 RISC-V，要麼就得采購功能超出所需的商業晶片，要麼就得設計自己的晶片或指令集。（看起來）哪個都不是最好的選擇。”
梅傑德裡奇說，RISC-V 有助于降低晶片設計的“入場門檻”。RISC-V 的支援者會召開關于如何建構基于 RISC-V 的 CPU 的公開研讨會。設計 RISC-V 晶片的人現在可以與谷歌、半導體制造商 SkyWater 和晶片設計平台 Efabless 合作，将自己的設計免費制造出來。
RISC-V 的下一步
巴拉吉·巴克塔（Balaji Baktha）是初創公司文塔納微系統公司（Ventana Micro Systems）的 CEO，他為資料中心設計基于 RISC-V 的晶片。他指出，他們在設計上的改進主要基于開放标準所提供的靈活性，使得這些晶片能夠以更少的能耗更快地執行計算。
根據國際能源機構的資料，2021 年資料中心約占全球總電力消耗量的 1%，而這一數字在過去幾年中一直在上升。巴克塔表示，RISC-V 晶片可能會幫助顯著降低這個數字（碳足迹）。
不過，英特爾和 Arm 的晶片仍然很受歡迎，目前還不清楚 RISC-V 是否會取代他們。許多公司需要将現有的軟體轉換為與 RISC-V 相容的軟體。前面提到的 ROMA 筆記本電腦将支援大多數版本的 Linux 系統。
梅傑裡奇說，RISC-V 使用者需要注意那些可能會“分裂生态系統”的開發方式。例如，有人可能會開發出一個流行的 RISC-V 版本，但卻不相容原始 RISC-V 設計的軟體。
RISC-V International 還必須應對與該非營利組織的開放理念不一緻的地緣政治緊張局勢。為了避免出現更多的緊張局勢，這家非營利組織于 2020 年将總部遷往瑞士。
希默斯坦表示，展望未來這個項目将從 Linux 中獲得靈感，希望 RISC-V 将允許更多的人實作他們對新技術的想法。“最終，你将會看到更多的創新産品，”他說道。
支援：Ren
原文：
https://www.technologyreview.com/2023/01/24/1064974/riscv-chip-design-10-breakthough-technologies-2023/