本文来自“浙江图灵算力研究院：RISC-V芯片产业发展报告（2024）”，RISC-V 是他在伯克利基于 RISC长期合作研究项目的第五代，Patterson 在 1981 年发表了RISC-I 和 RISC-II，1984 年参考 SOAR 架构发布了第三代“RISC-III”，1988 年参考 SPUR 架构产生“RISC-IV”。在这一阶段，参与项目的学生提供了初始软件、模拟和 CPU设计。
RISC-V 基于精简指令集计算原则，旨在创建一种通用而高效的计算框架，提供一种开源、高效且灵活的指令集架构。它继承了前几代 RISC 架构的优点，如简洁的指令集和高效的执行路径，同时通过引入开源的概念，打破了由少数几家公司控制的架构发展模式。
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起源于学术界的 RISC-V 与 x86 和 Arm 形成了鲜明对比。x86，由英特尔和 AMD 主导，长期以来一直是个人电脑和服务器市场的主导架构；Arm 架构，因其高能效比而在移动设备和嵌入式系统中占据主导地位。相比之下，RISC-V 作为一个后起之秀，凭借其开放性和灵活性，在各个市场领域迅速崭露头角。
RISC-V 主要特点
1.指令集简介
RISC-V 是一个典型三操作数、加载-存储形式的 RISC架构，包括三个基本指令集和 6 个扩展指令集，其中RV32E 是 RV32I 的子集，不单独计算。
RV32I 指令集有 47 条指令，能够满足现代操作系统运行的基本要求，47 条指令按照功能可以分为如下几类。
（1）整数运算指令：实现算术、逻辑、比较等运算。
（2）分支转移指令：实现条件转移、无条件转移等运算，并且没有延迟槽。
（3）加载存储指令：实现字节、半字、字的加载、存储操作，采用的都是寄存器相对寻址方式。
（4）控制与状态寄存器访问指令：实现对系统控制与状态寄存器的原子读-写、原子读-修改、原子读-清零等操作。
（5）系统调用指令：实现系统调用、调试等功能。
2.指令集优势
（1）精简
RISC-V 技术的核心优势之一在于其精简的指令集，它减少了处理器执行指令的数量，从而提高了执行效率。这种精简化意味着每个指令能够以更低的硬件成本实现更高的执行速度，特别是在处理器的流水线设计中。此外，简化的指令集还意味着更低的功耗，这在移动设备和嵌入式系统中尤为重要，因为这些系统通常对能源效率有更高的要求。
RISC-V 的规范文档仅长 145 页，而其“特权架构文档”（Volume 2, Privileged Specification version 20211203）篇幅更是精简至 91 页。基础的 RISC-V 指令集数量限制在 40 余条之内，包含模块化扩展的整体指令数也仅为几十条。这种精简性意味着工程师在进行软硬件开发时能够更快地熟悉和掌握 RISC-V，从而加快开发验证的过程。所以采用RISC-V 技术的芯片和软件研发周期得以缩短，同时降低了研发成本，这对于提高设计效率和促进技术创新具有重要意义。
（2）高度可扩展
RISC-V 架构的另一关键特性是其高度的可扩展性。这一特性意味着可以根据特定应用需求添加或删除指令子集，从而优化处理器的性能。例如，对于需要高度数学运算能力的应用，可以添加专门的浮点运算指令；而对于简单的控制应用，则可以仅使用基础的指令集。这种可扩展性使得 RISC-V 能够灵活适应从低功耗微控制器到高性能计算机的广泛应用场景。
（3）开源开放
RISC-V 的开源开放特性为其广泛的应用提供了基础，这种开源模式使得任何个人或组织都可以自由使用和修改RISC-V，无需担心专利费用或版权问题。这不仅降低了进入门槛，还促进了技术的创新和共享。如今，RISC-V 不仅在嵌入式系统和移动设备中得到应用，还开始进入云计算、数据中心、AI 等高性能计算等更广阔的领域。
3.不同指令集架构比较
（1）与开源指令集架构比较
在 RISC-V 发布之前，实际上已经有几种开源指令级架构，包括 SPARC V8、OpenRISC，其中 SUN 发布的开源多核多线程处理器 OpenSparcT1、OpenSparcT2，以及欧空局的 LEON3 采用的就是 SPARC V8，OpenRISC 也有同名的开源处理器。
与同样开源的 SPARC V8 和 OpenRISC 相比，RISC-V在软件工具链和软件生态环境上并没有优势，但也没有明显缺失。其 ISA 上的主要优势是兼顾了嵌入式、多核和异构并行的需求。这是 RISC-V 面向学术研究的实际需求，也得益于其从 2010 年开始设计，没有兼容性需求的后发优势。
此外，OpenRISC 的许可证为 GPL，这意味着所有的指令集改动都必须开源。而 RISC-V 的许可证是较为宽松的 BSDLicense 授权。
（2）与商业指令集架构比较
为了比较 RISC-V 和 X86、ARM 等商业指令集的执行效率，UCB 的研究团队选择了 ARMv7、ARMv8、IA-32、x86-64 四类指令集架构与 RISC-V RV64G 和 RV64GC 在SPEC CINT2006 benchmark 平台进行测评，比较动态指令数获取和动态指令字节获取的情况。
动态指令数获取测评结果显示，RV64G 指令集比 x86-64 指令集执行指令数高 16%，比 IA-32 高 3%，比 ARMv8高 9%，比 ARMv7 低 4%。
4.软硬件支持
目前 2023 年 RISC-V 软件生态系统得到了比较快速的发展，主要体现在编译器和工具链，系统库，内核和虚拟化，语言运行时环境，Linux 发行版集成，调试和分析工具，模拟器和仿真器，系统软件等方面。
软件生态环境方面，2023 年 6 月，欧洲 Linux 基金会、RISC-V 国际协会和许多科技界的大厂联合起来，推动了一个支持 RISC-V 的软件生态系统项目，该项目被称为 RISC-V Software Ecosystem，简称 RISE，其使命是加速开源软件在 RISC-V 架构上的发展，旨在加速 RISC-V 架构的软件生态建设及应用商业化进程，成员将联合推动 RISC-V 芯片在移动通信、消费电子、数据中心及汽车等领域的市场化落地。
硬件生态环境方面，高性能成为 RISC-V 芯片主旋律。当前，已经有众多头部科技企业开始为自家应用场景自研专用 RISC-V 芯片。为应对人工智能的发展对算力的巨大需求，RISC-V 芯片提供商推出多款面向数据中心场景的芯片。
5.知识产权分析
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