【集微开讲】清华大学何虎:RISC-V开源比免费更重要 不要做旁观者而要做参与者

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集微网消息 继3月21日“集微直播间·开讲”栏目第一期“开门红”后,3月23日,第二期“开讲”如约而至。清华大学微电子学研究所副教授、博士生导师何虎做客集微开讲,与主持人集微网深度报道主编慕容素娟和直播间观众交流分享了《RISC-V生态系统》的精彩内容。

“集微直播间·开讲”是集微直播间上线以来,继“集微龙门阵”“芯力量·芯创路演”“连线”后推出的又一档重磅栏目。以“大咖私享”形式,每期邀请顶级大咖作为演讲嘉宾,就时下行业热点话题进行深入分享和探讨。

“集微直播间·开讲”第二期精彩回顾

RISC-V国际协会

RISC-V是通过开放合作实现的一个自由、开放的处理器指令集(ISA)。2015年,由成员控制的非营利性组织RISC-V基金会成立,致力于开发和推动RISC-V指令集发展。成立以来,基金会主要着力开发RISC-V指令集和相关的软硬件生态系统。基金会董事会由Bluespec、Google、Microsemi、NVIDIA、NXP、UC Berkeley、Western Digital等7家单位代表组成。现任董事会主席是伯克利教授Krste Asanović。

鉴于其开放特性,RISC-V日渐受到全世界越来越多政府、高校、企业等的关注。2018年以来,随着中美贸易摩擦不断,RISC-V日渐引起国内产业界重视,不少人将之视为中国“芯”变道超车的机会。与此同时,美国国防高级研究计划局(DARPA)已连续多年通过专项方式支持RISC-V指令集研究的消息也让部分人对RISC-V心存疑虑,不少人担心DARPA资助了RISC-V,RISC-V基金会很大程度上会受到美国法律的限制。

RISC-V做了很多工作以避免受到政治的影响。何虎表示,他就曾在RISC-V第一次国内会议期间,亲见RISC-V奠基者David Patternson教授紧急处理相关事项。为了不受地缘政治的影响,RISC-V基金会总部从美国迁往瑞士,并于2020年3月9日完成在瑞士的注册。同时,RISC-V基金会更名为RISC-V国际协会。RISC-V国际协会表示,希望通过总部的迁移降低RISC-V技术前进的不确定性。

在RISC-V国际协会官网上,详细说明了其与DARPA之间的关系。协会官方称,RISC-V国际协会没有任何DARPA的资金资助,也不会寻求或者接受任何政府的资助。关于与美国法律的关系,RISC-V国际协会表示,因为该协会是一个非营利性组织,不会有任何商业活动,因此没有受到美国出口限制,也遵守了美国的法律。

RISC-V国际协会成员

到目前为止,RISC-V基金会成员约325个,且会员的数量还在不断增加中。RISC-V基金会在成员管理上,分为白金会员、金牌会员、银牌会员及其他组织和个人。何虎介绍说,目前基金会拥有白金会员21家,金牌会员25家,银牌会员119家,不需要缴纳任何费用的组织25家。其中,金牌会员可以进入技术委员会、市场委员会和Task Group。而白金会员除了覆盖金牌会员所有权利之外,还可以参选董事会席位。

迁到瑞士以后,更名后的RISC-V国际协会在组织管理上有所变化,主要包括premier member、strategic member、community member三种会员。Community member对应此前不需要缴费的两类会员。Strategic member对应基金会金牌和银牌两类会员,所拥有的权利包括选举在董事会的代表、领导工作组和委员会。Premier member则对应白金会员,是可以有董事会席位及技术委员会席位的。何虎表示:“通常来说,如果要深度参与到RISC-V国际协会中,起码要拥有前两种会员资格。”

何虎说:“成为会员会有些福利,但实际上我觉得成为会员不是为了福利,而是为了融入到这一生态系统中。在这一生态系统里有发声的渠道,在技术方向上有发言权,在技术推动上有主动权,这些对于一个会员来说是最重要的。为了达到这个目的,需要有很强的技术能力。”

RISC-V国际协会在组织架构上有各种委员会还有Task Group。如安全标准委员会(Security Standing Committee),负责推动RISC-V成为安全社区的理想方案;软件标准委员会(Software Standing Committee),致力于构建RISC-V软件生态,标准化软件接口;17个技术任务组(Task Group)则囊括了基本指令集、扩展指令集、调试标准、快速中断、形式定义、存储器模型、Trace标准、特权等级等各个技术方向。此外,还有程序委员会、市场委员会、董事会(内设一个中国顾问委员会处理中国相关事务)、特别委员会等。

何虎表示,如果要参与到RISC-V的生态建设中,先要成为会员,而后要投入相当大的精力和研发投入,才能被接纳进入委员会和Task Group,为RISC-V国际协会贡献力量,推动RISC-V生态的建设。“只有通过深度参与,作出贡献,才能得到想要的。”何虎说道。

RISC-V指令集和生态系统

关于RISC-V生态系统的构建,何虎采用上述模型作了说明。RISC-V的指令集架构(ISA)是整个生态系统的基础,由RISC-V国际协会来构建。在此基础上,软件工具链、RISC-V CPU核、SoC系统、用户的应用共同构成了生态系统的支柱,最后形成的大厦就是RISC-V生态系统。

目前RISC-V指令集主要包括四个文件,这四个文件都可以在RISC-V官网上下载。指令集分为非特权指令集和特权架构,非特权指令集是指令包含最多的一个文件,囊括了几乎所有指令的定义。特权架构说明的是RISC-V特权架构的定义,特权架构有user mode、supervisor和machine三种特权级别,另有一个调试接口和一个Trace。Trace刚刚起步,而调试接口基本上处于可用的状态。

具体到非特权指令集,除了基本的指令集以外还有扩展指令集。RISC-V是在标准指令集之上做扩展的指令集架构,基本指令集包括定点指令、存储一致性RVWMO、乘法、原子、单精度/双精度/128位浮点等,而扩展指令集则包括32E、128位指令、计数器、LBJTPV扩展等。

RISC-V的“野心”

何虎展望说,RISC-V软件栈将经历从左往右的发展历程。第一阶段是最基本的只有Machine Mode的简单应用,到第二阶段能运行Linux等操作系统,到第三阶段则实现虚拟机等的应用。他说:“RISC-V的野心是朝着服务器、云计算方向发展,用一个指令集,能涵盖从MCU到超级计算机范畴。

从RISC-V国际协会目前的工作方向来看,其希望实现全领域的覆盖,从MCU到超级计算机。指令集希望能满足所有处理器的需求,而不仅仅局限于某个领域。也希望所有参与者能够积极贡献自己的智慧和力量,在各个领域尝试使用RISC-V指令集。

目前RISC-V指令集最为大家所熟悉的是其是一种开源的、免费的指令集。但何虎指出:“实际上如果指望基于这套指令集开发的所有处理器全都是开源或者免费的话,生态系统是维持不下去的。

据介绍,RISC-V官方公布的RISC-V IP核列表目前有56个,其中29个是开源协议授权(占比52%);RISC-V SoC (soft)官方列表有23个,9个是开源协议授权(占比40%)。何虎认为,开源协议授权的比重会越来越少。随着RISC-V生态越来越丰富,成员越来越多,必然会朝着商用方向前进,否则整个生态系统就会萎缩。

在何虎看来,RISC-V提供了计算机系统的基础设施。作为一个自由、开放、流行的指令集,RISC-V让众多参与者有了共同的基础。在这一生态系统中,沟通交流成本显著降低,而且软硬件成本降低。解决了基础架构之后,用户可以把重点放在创新架构上。

目前,RISC-V的生态系统已经初具规模。不过由于诞生时间短,到终端应用阶段必然存在一些问题。他认为这是一个必经的过程:“没有任何一个产品一开始就是完美的。如果你不去使用、推动,它永远是不好用的。随着RISC-V辅助工具链的成熟,随着业界一起努力,终端的用户会用得越来越舒服的。”

(校对/范蓉)

责编: 慕容素娟
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