2．君正

國内的MIPS系還有另外(wài)一家公司——北京君正。君正和(hé)龍芯同屬于MIPS陣營，與龍芯着力于桌面PC處理(lǐ)器不同，北京君正是國内較早專注于可穿戴、物聯網領域的本土IC設計(jì)公司之一。由于嵌入式芯片的軟件一般按需求定制。這(zhè)導緻在智能(néng)可穿戴市場，相當一部分可穿戴産品和(hé)應用(yòng)軟件具有專用(yòng)性，軟件生态鏈相對(duì)較短，加上(shàng)應用(yòng)需求的多樣化，因此不能(néng)用(yòng)一套通用(yòng)方案來(lái)滿足所有人的要求，所以在這(zhè)個領域沒有某個廠(chǎng)商可以實現(xiàn)壟斷。因此，在智能(néng)穿戴市場不容易出現(xiàn)PC和(hé)移動手機市場那樣被x86與ARM架構壟斷的情況。

智能(néng)穿戴芯片和(hé)物聯網芯片對(duì)性能(néng)要求不高(gāo)，大(dà)部分應用(yòng)場景更關注低(dī)功耗、廉價和(hé)尺寸等因素，君正的産品完全滿足性能(néng)要求，x86處理(lǐ)器不可能(néng)應用(yòng)于該領域，ARM陣營IC設計(jì)公司受制于相對(duì)較高(gāo)的授權費，在芯片産量較小(xiǎo)的情況下(xià)，并不具備價格上(shàng)的競争力。君正擁有十多年的芯片設計(jì)經驗和(hé)技術積累，其最大(dà)的特點就是具有較高(gāo)的性能(néng)功耗比。國内第一批上(shàng)市的智能(néng)手表包括果殼的第一代智能(néng)手表、土曼一代、土曼二代智能(néng)手表等都采用(yòng)了(le)君正的方案。

x86系——北大(dà)衆志、兆芯和(hé)海光

1．北大(dà)衆志

北京北大(dà)衆志微系統科技有限責任公司成立于2002年11月，是國家集成電路設計(jì)行業的重要骨幹企業。2005年，AMD與中國政府達成了(le)協議(yì)，科技部指定北大(dà)微電子中心接收AMD Geode-2處理(lǐ)器的技術授權，AMD的處理(lǐ)器無疑是x86架構，中國因此獲得了(le)x86技術。不過Geode處理(lǐ)器屬于AMD嵌入式處理(lǐ)器，因此AMD授權給北大(dà)的x86技術屬于嵌入式架構。

2．兆芯

另外(wài)一家使用(yòng)x86架構的國内企業——兆芯，也(yě)許被更多的人所熟知(zhī)。衆所周知(zhī)，核心的x86架構是 Intel和(hé)AMD公司的核心技術，美(měi)國政府也(yě)會(huì)嚴格控制其技術的授權。不過，除了(le)Intel和(hé)AMD，另外(wài)一家中國台灣公司威盛（VIA）也(yě)曾經擁有x86架構授權。據稱，如圖1-8所示，兆芯自(zì)主研發的ZX-C處理(lǐ)器于2015年4月量産，28nm工(gōng)藝，4核處理(lǐ)器，主頻可達2.0GHz，并且支持國密算(suàn)法加密。2017年兆芯宣布其最新一代ZX-D系列4核和(hé)8核通用(yòng)處理(lǐ)器已經成功流片，并透露将在2018年推出16nm的ZX-E 8核CPU。

3．海光

除了(le)上(shàng)海兆芯，還有一家誕生不久的新銳公司——天津海光。2016年，AMD宣布與中國天津海光投資公司達成了(le)協議(yì)，将x86技術授權給海光公司，獲得授權費，并且雙方還會(huì)成立合資公司，授權其生産服務器處理(lǐ)器。據稱，爲了(le)打開(kāi)中國高(gāo)性能(néng)服務器市場，AMD這(zhè)次授權給中國公司的x86很(hěn)可能(néng)是最尖端的x86技術。對(duì)于海光的表現(xiàn)，也(yě)值得我們拭目以待。

Power系——中晟宏芯

藍色巨人IBM的Power架構一直是高(gāo)性能(néng)的代言。IBM于2013年聯合NVIDIA等公司成立OpenPower開(kāi)放(fàng)聯盟，其他(tā)公司也(yě)可以獲得Power架構授權。此後還推動成立了(le)中國POWER技術産業生态聯盟，與多家中國公司簽署了(le)授權協議(yì)，中晟宏芯就是其中的一家。中晟宏芯成立于2013年，相信宏芯能(néng)用(yòng)若幹年的時(shí)間實現(xiàn)技術的消化吸收和(hé)推陳出新。

Alpha系——申威

申威處理(lǐ)器或申威CPU，簡稱“SW處理(lǐ)器”。

申威對(duì)自(zì)主的Alpha架構在不斷深化升級，在雙核Alpha基礎上(shàng)拓展了(le)多核架構和(hé)SIMD等特色擴展指令集，主要面向高(gāo)性能(néng)計(jì)算(suàn)、服務器領域，在2016年國際超算(suàn)大(dà)會(huì)評比中，基于申威26010處理(lǐ)器的“神威太湖之光”超級計(jì)算(suàn)機系統（如圖1-9所示）首次亮(liàng)相并奪冠，其峰值性能(néng)達每秒12.5×108億次浮點運算(suàn)，成爲世界首台運行速度超109億次的超級計(jì)算(suàn)機。

ARM系——飛(fēi)騰、華爲海思、展訊和(hé)華芯通

爲了(le)更好(hǎo)地理(lǐ)解本節的内容，有必要先對(duì)ARM的授權模式進行介紹。簡而言之，ARM公司的主要授權模式可以分爲兩種。

1．飛(fēi)騰

飛(fēi)騰公司是中國國防科技大(dà)學高(gāo)性能(néng)處理(lǐ)器研究團隊建立的企業，國防科大(dà)多年來(lái)在CPU領域的耕耘積累了(le)雄厚的技術實力。2016年天津飛(fēi)騰公布了(le)最新産品FT2000，它最早亮(liàng)相于2015年的HotChips大(dà)會(huì)，代号“火星”，定位于高(gāo)性能(néng)服務器、行業業務主機等。FT2000采用(yòng)ARMv8指令集，但(dàn)是使用(yòng)自(zì)研内核，不同于市面上(shàng)ARMv8的Cortex-A53\A57\A72（直接購買于ARM公司的内核）。

FT2000之所以引人注目還因爲它在性能(néng)方面，包括高(gāo)達64個FTC661處理(lǐ)器核，其公布的Spec 2006測試中，成績爲整數672、浮點585，足以和(hé)Xeon E5－2699v3相媲美(měi)。這(zhè)也(yě)是國産服務器芯片第一次在性能(néng)上(shàng)追平Intel，存儲器控制芯片總聚合帶寬爲204.8GB/s，超過目前的E5V3和(hé)E7V3，接近IBM POWER8（230GB/s）。跑分與Intel的Xeon E5－2699v3相媲美(měi)意味着飛(fēi)騰2000對(duì)于很(hěn)多商業應用(yòng)來(lái)說已經完全夠用(yòng)了(le)，隻要軟件生态跟得上(shàng)，完全可以在商業市場上(shàng)取代Intel的某些(xiē)産品。

2．華爲海思

華爲海思目前是我國技術最強大(dà)的芯片開(kāi)發商之一。華爲的麒麟芯片在性能(néng)上(shàng)與高(gāo)通、三星這(zhè)些(xiē)領先的芯片企業處于一個水(shuǐ)平。同時(shí)華爲目前也(yě)是國内四大(dà)服務器提供商之一，華爲、聯想、浪潮等國産服務器企業占有中國服務器市場的份額已經超過65%。華爲在幾年前便已經購買了(le)ARM指令集架構授權，開(kāi)始研發自(zì)有的處理(lǐ)器核，主攻服務器市場。

在“十二五”科技創新成就展上(shàng)，華爲展出了(le)其第一台ARM平台服務器“泰山”，配備自(zì)主研發ARM架構64位處理(lǐ)器“Hi1612”，采用(yòng)台積電16nm工(gōng)藝，擁有多達16個核心，兼容ARMv8-A指令集。憑借華爲強大(dà)的研發實力與市場運作(zuò)能(néng)力，相信一定會(huì)有不俗的表現(xiàn)。

3．展訊

除華爲之外(wài)，展訊是另一家國内手機芯片的翹楚。2016年展訊的芯片出貨達到(dào)67000萬套，2017年6月宣布成功研發其自(zì)主的ARM架構處理(lǐ)器，展訊宣稱在SC9850 4核（Cortex-A7）芯片同樣大(dà)的面積上(shàng)實現(xiàn)了(le)6核的設計(jì)，功耗和(hé)性能(néng)都可以按照自(zì)己的需求調配，标志着展訊成爲了(le)除蘋果、三星兩家智能(néng)手機廠(chǎng)商之外(wài)（三星和(hé)蘋果的自(zì)主芯片主要都是自(zì)用(yòng)），繼高(gāo)通之後，第二家擁有自(zì)主ARM CPU關鍵技術的手機芯片廠(chǎng)商。

4．華芯通

2016年，高(gāo)通與中國貴州政府合資在華成立了(le)一家芯片公司——華芯通半導體，旨在專門(mén)爲中國市場設計(jì)與開(kāi)發服務器專用(yòng)芯片的公司。華芯通已獲ARM v8-A架構授權，并表示中國成爲全球第二大(dà)數據中心市場，該授權将幫助華芯通半導體在快(kuài)速擴張的中國服務器市場推出先進服務器芯片組技術，幫助中國企業在本土市場提供基于ARM的服務器技術，從(cóng)而推動高(gāo)效服務器解決方案的大(dà)規模部署。

背鍋俠ISA

從(cóng)上(shàng)述幾個章節中，我們已經了(le)解了(le)國内CPU設計(jì)的英雄榜。但(dàn)是如前文(wén)所述，目前在民用(yòng)商業領域内，仍然沒有看(kàn)到(dào)太多國産CPU的身影。可以說，國産處理(lǐ)器在民用(yòng)商業領域至今尚未足夠成功的主要原因在于ISA，這(zhè)口鍋ISA必背無疑。

論述了(le)指令集架構（ISA）對(duì)于CPU的重要性，那麽對(duì)于一款CPU而言，絕對(duì)的硬件技術水(shuǐ)平不是最重要的。

目前商業主流的指令集架構在不同的領域已經各自(zì)出現(xiàn)了(le)明(míng)顯的霸主格局。

因此作(zuò)者之前一直認爲，隻有依附于x86與ARM陣營的商業公司，才能(néng)夠真正地實現(xiàn)全面的商用(yòng)化。相信這(zhè)也(yě)是爲什(shén)麽在近幾年來(lái)國内CPU設計(jì)的英雄榜上(shàng)湧現(xiàn)出來(lái)的大(dà)多爲x86或者ARM系的原因。

但(dàn)是，國産自(zì)主對(duì)我國的國計(jì)民生又至關重要，追求國産自(zì)主安全可控是我國在戰略上(shàng)必須堅持的方向。從(cóng)這(zhè)個角度上(shàng)來(lái)看(kàn)，選擇x86或者ARM架構終究也(yě)有其局限性，分别論述如下(xià)。

1．x86架構

· 由于Intel與AMD本身是芯片公司而不是知(zhī)識産權（IP）公司，因此x86架構是其生命線，假設其他(tā)得到(dào)授權的芯片公司使用(yòng)x86架構生産的芯片對(duì)Intel和(hé)AMD造成了(le)實質威脅時(shí)，Intel與AMD完全可以拿起專利的大(dà)棒停止授權。

· x86架構的授權費用(yòng)極爲高(gāo)昂，遠非普通公司或者組織能(néng)夠染指。

2．ARM架構

· ARM架構的局面會(huì)樂觀很(hěn)多，因爲ARM架構雖然也(yě)是屬于ARM公司且受專利保護的架構，但(dàn)是ARM公司的商業模式是以開(kāi)放(fàng)共赢爲基本原則。ARM公司是ARM生态的主導者和(hé)核心規則的制定者，通過基礎架構授權、IP核授權等方式獲得經濟收益。而生态系統中大(dà)量的上(shàng)下(xià)遊軟硬件企業則遵循ARM統一制定的标準規範，對(duì)接衆多客戶需求而實現(xiàn)經濟利益的獲取。

· 國内基于ARM生态的CPU産業已有較好(hǎo)基礎，華爲海思、展訊、聯芯和(hé)飛(fēi)騰等衆多企業均已累積多年的ARM芯片研發經驗，在移動終端領域我國芯片設計(jì)技術已與國際主流水(shuǐ)平同步，國外(wài)的巨頭高(gāo)通、三星和(hé)谷歌等也(yě)屬于ARM生态系統陣營的成員。因此，從(cóng)全球範圍來(lái)看(kàn)，國内外(wài)的芯片公司能(néng)夠在開(kāi)放(fàng)共赢的生态下(xià)進行公平的競争。基于上(shàng)述原因，國内CPU英雄榜上(shàng)使用(yòng)ARM架構的CPU公司，其成就更加令人可期。

· 盡管如此，ARM架構畢竟屬于ARM公司，一方面需要爲ARM公司支付極其高(gāo)昂的授權費（一次數千萬美(měi)金(jīn)），另一方面被軟銀收購後ARM現(xiàn)在屬于一家日本公司。因此，從(cóng)絕對(duì)的自(zì)主可控的角度來(lái)看(kàn)，受制于人那是在所難免的。

所謂“成也(yě)蕭何，敗也(yě)蕭何”，讀到(dào)此處，讀者可能(néng)要問，難道(dào)就沒有一種ISA具備如下(xià)幾個特點嗎？

（1）它開(kāi)源共享，不屬于某一家商業公司私有，因此也(yě)就不會(huì)有受制于人與自(zì)主可控的隐憂，更加不需要向商業公司支付高(gāo)昂的授權費。

（2）它以開(kāi)放(fàng)共赢爲基本原則，有一個統一的非盈利組織作(zuò)爲主導者和(hé)核心規則的制定者，任何公司和(hé)個人都可以永久免費地使用(yòng)其架構。

相信很(hěn)多人都與作(zuò)者一樣，在很(hěn)長的一段時(shí)間内，非常期待有這(zhè)樣一種ISA的出現(xiàn)，業界甚至出現(xiàn)過希望由國家主導指定一種國家标準ISA，從(cóng)而統一國内CPU各ISA派系的聲音(yīn)。然而，國家标準ISA這(zhè)種被局限在一國範圍内的技術在當今全球化的趨勢下(xià)，必然是格格不入且不可能(néng)成功的。于是所有人都認爲不可能(néng)出現(xiàn)這(zhè)樣一種ISA了(le)，作(zuò)者作(zuò)爲一名CPU設計(jì)的老(lǎo)兵，也(yě)不得不用(yòng)一首詩來(lái)表達一下(xià)彼時(shí)的心情：“死去元知(zhī)萬事(shì)空(kōng)，但(dàn)悲不見九州同。王師北定中原日，家祭無忘告乃翁”。

然而在2016年，有一位叫做RISC-V的新生突然自(zì)帶光環登場。它完全符合上(shàng)述提到(dào)的兩個條件，屬于全人類的免費開(kāi)放(fàng)架構，無任何專利的桎梏，衆多國際知(zhī)名大(dà)公司均加入其中，将以開(kāi)放(fàng)共赢的生态下(xià)進行公平的競争。作(zuò)者隐隐感到(dào)，如果這(zhè)個ISA真能(néng)夠發展起來(lái)，這(zhè)似乎可能(néng)是國産CPU崛起的真正機會(huì)。剛才我們提到(dào)曾有人建議(yì)制定一種國家标準的指令集架構，而當RISC-V誕生不久，我們的鄰國印度迅速地采用(yòng)了(le)RISC-V作(zuò)爲其國家标準的指令集，推薦其國内的大(dà)學和(hé)研究機構均采用(yòng)RISC-V架構，并且已經制定規劃且投入專項資金(jīn)用(yòng)于開(kāi)發幾個不同系列的RISC-V處理(lǐ)器。

有道(dào)是“山窮水(shuǐ)盡疑無路，柳暗花(huā)明(míng)又一村”，有關新生的RISC-V架構。

人生已是如此艱難，你(nǐ)又何必拆穿——CPU從(cóng)業者的無奈

對(duì)于每一個行業的普通從(cóng)業者而言，都希望所在行業能(néng)夠蓬勃發展、欣欣向榮，能(néng)夠有大(dà)量的商業公司參與并産生大(dà)量工(gōng)作(zuò)崗位的需求。倘使所在的行業或是日暮西山，或是走向寡頭化成爲一潭死水(shuǐ)，自(zì)然也(yě)就無法誕生大(dà)量的工(gōng)作(zuò)需求，那普通的從(cóng)業者們可能(néng)就隻有“尋尋覓覓，冷冷清清，凄凄慘慘戚戚”，或者“門(mén)前冷落鞍馬稀，老(lǎo)大(dà)嫁作(zuò)商人婦”了(le)。

處理(lǐ)器設計(jì)便是一個典型的例子。雖然處理(lǐ)器設計(jì)是一門(mén)開(kāi)放(fàng)的學科，其所需的技術均已成熟，很(hěn)多的工(gōng)程師與從(cóng)業人員都已經掌握，也(yě)具備開(kāi)發的處理(lǐ)器的能(néng)力。但(dàn)是：

· 由于處理(lǐ)器架構長期以來(lái)主要由以Intel（x86架構）與ARM（ARM架構）爲代表的商業巨頭公司所掌控，及其軟件生态環境衍生出的寡頭排他(tā)效應，成爲了(le)普通公司與個人無法逾越的天塹。

· 由于寡頭的排他(tā)效應，衆多的處理(lǐ)器體系結構走向消亡，國産的商用(yòng)CPU也(yě)無法足夠成功，從(cóng)而造成了(le)CPU設計(jì)這(zhè)項工(gōng)作(zuò)變成了(le)極少數商業公司的“堂前燕”，普通平民“隻可遠觀，而不可亵玩(wán)焉”，國内長期沒有形成有足夠影響力的相關産業與商業公司。

綜上(shàng)，作(zuò)者作(zuò)爲曾經在國際一流公司任職的CPU高(gāo)級設計(jì)工(gōng)程師，竟一度在換工(gōng)作(zuò)時(shí)面臨擇業無門(mén)的窘境，更扼腕歎息衆多同仁被迫轉行的情形。正可謂“曲高(gāo)者和(hé)寡，大(dà)音(yīn)者稀聲”，CPU設計(jì)從(cóng)業者，頗無奈也(yě)。讀至此，被迫轉行的同仁們可能(néng)已經老(lǎo)淚縱橫：“人生已是如此的艱難，你(nǐ)又何必拆穿啊”。

好(hǎo)消息是最近幾年來(lái)國内CPU産業的情形終于發生了(le)的改觀，由于中國的巨大(dà)市場與産業支持，國内湧現(xiàn)出了(le)如上(shàng)節中我們提到(dào)的兆芯、飛(fēi)騰、華爲、展訊、海光和(hé)華芯通等從(cóng)事(shì)CPU設計(jì)的公司，且随着《手把手教你(nǐ)設計(jì)CPU》介紹的RISC-V架構之誕生，都将催生更多的市場需求。

東邊日出西邊雨，道(dào)是無晴卻有晴——RISC-V登場

RISC-V架構主要由伯克利大(dà)學的Krste Asanovic教授、Andrew Waterman和(hé)Yunsup Lee等開(kāi)發人員于2010年發明(míng)，并且得到(dào)了(le)計(jì)算(suàn)機體系結構領域的泰鬥David Patterson的大(dà)力支持。伯克利大(dà)學的開(kāi)發人員之所以發明(míng)一套新的指令集架構，而不是使用(yòng)成熟的x86或者ARM架構，是因爲這(zhè)些(xiē)架構經過多年的發展變得極爲複雜(zá)和(hé)冗繁，并且存在着高(gāo)昂的專利和(hé)架構授權問題。并且修改ARM處理(lǐ)器的RTL代碼是不被支持的，而x86處理(lǐ)器的源代碼根本不可能(néng)獲得到(dào)。其他(tā)的開(kāi)源架構（譬如SPARC、OpenRISC）均有着或多或少的問題（第2章将詳細論述）。有感于計(jì)算(suàn)機體系結構和(hé)指令集架構已經過數十年的發展非常成熟，但(dàn)是像伯克利大(dà)學這(zhè)樣的研究機構竟然“無米下(xià)鍋”（選擇不出合适的指令集架構供其使用(yòng)）。伯克利大(dà)學的教授與研發人員決定發明(míng)一種全新的、簡單且開(kāi)放(fàng)免費的指令集架構，于是RISC-V架構誕生了(le)。

有關RISC-V的誕生，有興趣的讀者可以自(zì)行到(dào)網絡中查閱文(wén)章《伯克利希望将RISC-V開(kāi)源架構推向主流》。

RISC-V（英文(wén)讀作(zuò)“risk-five”），是一種全新的指令集架構。“V”包含兩層意思，一是這(zhè)是Berkeley從(cóng)RISC I開(kāi)始設計(jì)的第五代指令集架構；二是它代表了(le)變化（Variation）和(hé)向量（Vectors）。

經過幾年的開(kāi)發，伯克利大(dà)學爲RISC-V架構開(kāi)發除了(le)完整的軟件工(gōng)具鏈以及若幹開(kāi)源的處理(lǐ)器實例，得到(dào)越來(lái)越多的人的關注。2016年，RISC-V基金(jīn)會(huì)（Foundation）正式成立開(kāi)始運作(zuò)。RISC-V基金(jīn)會(huì)是一個非盈利性的組織，負責維護标準的RISC-V指令集手冊與架構文(wén)檔，并推動RISC-V架構的發展。

RISC-V架構的目标如下(xià)。

RISC-V基金(jīn)會(huì)負責維護标準的RISC-V架構文(wén)檔和(hé)編譯器等CPU所需的軟件工(gōng)具鏈，任何組織和(hé)個人可以随時(shí)在RISC-V基金(jīn)會(huì)網站(zhàn)上(shàng)免費下(xià)載（無需注冊）。

RISC-V的推出以及基金(jīn)會(huì)的成立，受到(dào)了(le)學術界與工(gōng)業界的巨大(dà)歡迎。著名的科技行業分析公司Linley Group 将RISC-V評爲“2016年最佳技術”，如圖1-12所示。

開(kāi)放(fàng)而免費的RISC-V架構誕生，不僅對(duì)于高(gāo)校與研究機構是個好(hǎo)消息；爲前期資金(jīn)缺乏的創業公司、或成本極其敏感的産品、或對(duì)現(xiàn)有軟件生态依賴不大(dà)的領域，都提供了(le)另外(wài)一種選擇，而且得到(dào)了(le)業界主要科技公司的擁戴，包括谷歌、惠普、Oracle和(hé)西部數據等矽谷巨頭都是RISC-V基金(jīn)會(huì)的創始會(huì)員，如圖1-13所示。衆多的芯片公司已經開(kāi)始使用(yòng)（譬如，三星、英偉達等）或者計(jì)劃使用(yòng)RISC-V開(kāi)發其自(zì)有的處理(lǐ)器用(yòng)于其産品。

RISC-V基金(jīn)會(huì)組織每年舉行兩次公開(kāi)的專題讨論會(huì)（Workshop），以促進RISC-V陣營的交流與發展，任何組織和(hé)個人均可以從(cóng)RISC-V基金(jīn)會(huì)的網站(zhàn)上(shàng)下(xià)載到(dào)每次Workshop上(shàng)演示的PPT與文(wén)檔。RISC-V第六次Workshop于2017年5月在中國的上(shàng)海交大(dà)舉辦，如圖1-14所示，吸引了(le)大(dà)批的中國公司和(hé)愛好(hǎo)者參與。

簡單就是美(měi)——RISC架構的設計(jì)哲學

RISC-V架構作(zuò)爲一種指令集架構，在介紹細節之前，讓我們先了(le)解設計(jì)的哲學。所謂設計(jì)的“哲學”便是其推崇的一種策略，譬如我們熟知(zhī)的日本車的設計(jì)哲學是經濟省油，美(měi)國車的設計(jì)哲學是霸氣等。RISC-V架構的設計(jì)哲學是什(shén)麽呢(ne)？是“大(dà)道(dào)至簡”。

作(zuò)者最爲推崇的一種設計(jì)哲學便是：簡單就是美(měi)，簡單便意味着可靠。無數的實際案例已經佐證了(le)“簡單即意味着可靠”的真理(lǐ)，反之越複雜(zá)的機器則越容易出錯。一個最好(hǎo)的例子便是著名的AK47沖鋒槍，正是由于簡單可靠的設計(jì)哲學，使其性價比和(hé)可靠性極其出衆，成爲世界上(shàng)應用(yòng)最廣泛的單兵武器。

在格鬥界，初學者往往容易陷入追求花(huā)式繁複技巧的泥淖，迷信于花(huā)拳繡腿。然而頂級的格鬥高(gāo)手，最終使用(yòng)的都是簡單、直接的招式。所謂大(dà)道(dào)至簡，在IC設計(jì)的實際工(gōng)作(zuò)中，作(zuò)者曾見過簡潔的設計(jì)實現(xiàn)其安全可靠，也(yě)曾見過繁複的設計(jì)長時(shí)間無法穩定收斂。簡潔的設計(jì)往往是可靠的，在大(dà)多數的項目實踐中一次次得到(dào)檢驗。IC設計(jì)的工(gōng)作(zuò)性質非常特殊，其最終的産出是芯片，而一款芯片的設計(jì)和(hé)制造周期均很(hěn)長，無法像軟件代碼那樣輕易地進行升級和(hé)打補丁，每一次芯片的改版到(dào)交付都需要幾個月的周期。不僅如此，芯片的制造成本費用(yòng)高(gāo)昂，從(cóng)幾十萬美(měi)金(jīn)到(dào)成百上(shàng)千萬美(měi)金(jīn)不等。這(zhè)些(xiē)特性都決定了(le)IC設計(jì)的試錯成本極爲高(gāo)昂，因此能(néng)夠有效地降低(dī)錯誤的發生就顯得非常重要。現(xiàn)代的芯片設計(jì)規模越來(lái)越大(dà)，複雜(zá)度也(yě)越來(lái)越高(gāo)，并不是要求設計(jì)者一味地逃避使用(yòng)複雜(zá)的技術，而是應該将好(hǎo)鋼用(yòng)在刀(dāo)刃上(shàng)，将最複雜(zá)的設計(jì)用(yòng)在最爲關鍵的場景，在大(dà)多數有選擇的情況下(xià)，盡量選擇簡潔的實現(xiàn)方案。

作(zuò)者在第一次閱讀RISC-V架構文(wén)檔之時(shí)，不禁贊歎。因爲RISC-V架構在其文(wén)檔中不斷地明(míng)确強調其設計(jì)哲學是“大(dà)道(dào)至簡”，力圖通過架構的定義使硬件的實現(xiàn)足夠簡單。其簡單就是美(měi)的哲學，可以從(cóng)幾個方面看(kàn)出，後續小(xiǎo)節将一一加以論述。

無病一身輕——架構的篇幅

如果對(duì)ARM的架構文(wén)檔熟悉的讀者應該了(le)解其篇幅。經過幾十年的發展，現(xiàn)在的x86與ARM架構的架構文(wén)檔多達數千頁，打印出來(lái)能(néng)有半個桌子高(gāo)，可真是“著作(zuò)等身”。

想必x86與ARM架構在誕生之初，其篇幅也(yě)不至于像現(xiàn)在這(zhè)般長篇累牍。之所以架構文(wén)檔長達數千頁，且版本衆多，一個主要的原因是其架構發展的過程也(yě)伴随了(le)現(xiàn)代處理(lǐ)器架構技術的不斷發展成熟，并且作(zuò)爲商用(yòng)的架構，爲了(le)能(néng)夠保持架構的向後兼容性，不得不保留許多過時(shí)的定義，或者在定義新的架構部分時(shí)爲了(le)能(néng)夠兼容已經存在的技術部分而顯得非常的别扭。久而久之就變成了(le)老(lǎo)太婆的裹腳布——極爲冗長，可以說是積重難返。

那麽現(xiàn)代成熟的架構是否能(néng)夠選擇重新開(kāi)始，重新定義一個簡潔的架構呢(ne)？可以說是幾乎不可能(néng)。Intel也(yě)曾經在推出Itanium架構之時(shí)另起竈爐，放(fàng)棄了(le)向前兼容性，最終Intel的Itanium遭遇慘敗，其中一個重要的原因便是其無法向前兼容，從(cóng)而無法得到(dào)用(yòng)戶的接受。試想一下(xià)，如果我們買了(le)一款具有新的處理(lǐ)器的計(jì)算(suàn)機或者手機，之前所有的軟件都無法運行，那肯定是無法讓人接受的。

現(xiàn)在推出的RISC-V架構，則具備了(le)後發優勢。由于計(jì)算(suàn)機體系結構經過多年的發展已經是一個比較成熟的技術，多年來(lái)在不斷成熟的過程中暴露的問題都已經被研究透徹了(le)，因此新的RISC-V架構能(néng)夠加以規避，并且沒有背負向後兼容的曆史包袱，可以說是無病一身輕。

目前的“RISC-V架構文(wén)檔”分爲“指令集文(wén)檔”和(hé)“特權架構文(wén)檔”。“指令集文(wén)檔”的篇幅爲100多頁，而“特權架構文(wén)檔”的篇幅也(yě)僅爲100頁左右。熟悉體系結構的工(gōng)程師僅需一兩天便可将其通讀，雖然“RISC-V的架構文(wén)檔”還在不斷地豐富，但(dàn)是相比“x86的架構文(wén)檔”與“ARM的架構文(wén)檔”，RISC-V的篇幅可以說是極其短小(xiǎo)精悍。