2．君正

國(guó)内的MIPS系還有(yǒu)另外一家公(gōng)司——北京君正。君正和龍芯同屬于MIPS陣營，與龍芯着力于桌面PC處理(lǐ)器不同，北京君正是國(guó)内較早專注于可(kě)穿戴、物(wù)聯網領域的本土IC設計公(gōng)司之一。由于嵌入式芯片的軟件一般按需求定制。這導緻在智能(néng)可(kě)穿戴市場，相當一部分(fēn)可(kě)穿戴産(chǎn)品和應用(yòng)軟件具(jù)有(yǒu)專用(yòng)性，軟件生态鏈相對較短，加上應用(yòng)需求的多(duō)樣化，因此不能(néng)用(yòng)一套通用(yòng)方案來滿足所有(yǒu)人的要求，所以在這個領域沒有(yǒu)某個廠商(shāng)可(kě)以實現壟斷。因此，在智能(néng)穿戴市場不容易出現PC和移動手機市場那樣被x86與ARM架構壟斷的情況。

智能(néng)穿戴芯片和物(wù)聯網芯片對性能(néng)要求不高，大部分(fēn)應用(yòng)場景更關注低功耗、廉價和尺寸等因素，君正的産(chǎn)品完全滿足性能(néng)要求，x86處理(lǐ)器不可(kě)能(néng)應用(yòng)于該領域，ARM陣營IC設計公(gōng)司受制于相對較高的授權費，在芯片産(chǎn)量較小(xiǎo)的情況下，并不具(jù)備價格上的競争力。君正擁有(yǒu)十多(duō)年的芯片設計經驗和技(jì )術積累，其最大的特點就是具(jù)有(yǒu)較高的性能(néng)功耗比。國(guó)内第一批上市的智能(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)了君正的方案。

x86系——北大衆志(zhì)、兆芯和海光

1．北大衆志(zhì)

北京北大衆志(zhì)微系統科(kē)技(jì )有(yǒu)限責任公(gōng)司成立于2002年11月，是國(guó)家集成電(diàn)路設計行業的重要骨幹企業。2005年，AMD與中(zhōng)國(guó)政府達成了協議，科(kē)技(jì )部指定北大微電(diàn)子中(zhōng)心接收AMD Geode-2處理(lǐ)器的技(jì )術授權，AMD的處理(lǐ)器無疑是x86架構，中(zhōng)國(guó)因此獲得了x86技(jì )術。不過Geode處理(lǐ)器屬于AMD嵌入式處理(lǐ)器，因此AMD授權給北大的x86技(jì )術屬于嵌入式架構。

2．兆芯

另外一家使用(yòng)x86架構的國(guó)内企業——兆芯，也許被更多(duō)的人所熟知。衆所周知，核心的x86架構是 Intel和AMD公(gōng)司的核心技(jì )術，美國(guó)政府也會嚴格控制其技(jì )術的授權。不過，除了Intel和AMD，另外一家中(zhōng)國(guó)台灣公(gōng)司威盛（VIA）也曾經擁有(yǒu)x86架構授權。據稱，如圖1-8所示，兆芯自主研發的ZX-C處理(lǐ)器于2015年4月量産(chǎn)，28nm工(gōng)藝，4核處理(lǐ)器，主頻可(kě)達2.0GHz，并且支持國(guó)密算法加密。2017年兆芯宣布其最新(xīn)一代ZX-D系列4核和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

除了上海兆芯，還有(yǒu)一家誕生不久的新(xīn)銳公(gōng)司——天津海光。2016年，AMD宣布與中(zhōng)國(guó)天津海光投資公(gōng)司達成了協議，将x86技(jì )術授權給海光公(gōng)司，獲得授權費，并且雙方還會成立合資公(gōng)司，授權其生産(chǎn)服務(wù)器處理(lǐ)器。據稱，為(wèi)了打開中(zhōng)國(guó)高性能(néng)服務(wù)器市場，AMD這次授權給中(zhōng)國(guó)公(gōng)司的x86很(hěn)可(kě)能(néng)是最尖端的x86技(jì )術。對于海光的表現，也值得我們拭目以待。

Power系——中(zhōng)晟宏芯

藍色巨人IBM的Power架構一直是高性能(néng)的代言。IBM于2013年聯合NVIDIA等公(gōng)司成立OpenPower開放聯盟，其他(tā)公(gōng)司也可(kě)以獲得Power架構授權。此後還推動成立了中(zhōng)國(guó)POWER技(jì )術産(chǎn)業生态聯盟，與多(duō)家中(zhōng)國(guó)公(gōng)司簽署了授權協議，中(zhōng)晟宏芯就是其中(zhōng)的一家。中(zhōng)晟宏芯成立于2013年，相信宏芯能(néng)用(yòng)若幹年的時間實現技(jì )術的消化吸收和推陳出新(xīn)。

Alpha系——申威

申威處理(lǐ)器或申威CPU，簡稱“SW處理(lǐ)器”。

申威對自主的Alpha架構在不斷深化升級，在雙核Alpha基礎上拓展了多(duō)核架構和SIMD等特色擴展指令集，主要面向高性能(néng)計算、服務(wù)器領域，在2016年國(guó)際超算大會評比中(zhōng)，基于申威26010處理(lǐ)器的“神威太湖(hú)之光”超級計算機系統（如圖1-9所示）首次亮相并奪冠，其峰值性能(néng)達每秒(miǎo)12.5×108億次浮點運算，成為(wèi)世界首台運行速度超109億次的超級計算機。

ARM系——飛騰、華為(wèi)海思、展訊和華芯通

為(wèi)了更好地理(lǐ)解本節的内容，有(yǒu)必要先對ARM的授權模式進行介紹。簡而言之，ARM公(gōng)司的主要授權模式可(kě)以分(fēn)為(wèi)兩種。

1．飛騰

飛騰公(gōng)司是中(zhōng)國(guó)國(guó)防科(kē)技(jì )大學(xué)高性能(néng)處理(lǐ)器研究團隊建立的企業，國(guó)防科(kē)大多(duō)年來在CPU領域的耕耘積累了雄厚的技(jì )術實力。2016年天津飛騰公(gōng)布了最新(xīn)産(chǎn)品FT2000，它最早亮相于2015年的HotChips大會，代号“火星”，定位于高性能(néng)服務(wù)器、行業業務(wù)主機等。FT2000采用(yòng)ARMv8指令集，但是使用(yòng)自研内核，不同于市面上ARMv8的Cortex-A53\A57\A72（直接購(gòu)買于ARM公(gōng)司的内核）。

FT2000之所以引人注目還因為(wèi)它在性能(néng)方面，包括高達64個FTC661處理(lǐ)器核，其公(gōng)布的Spec 2006測試中(zhōng)，成績為(wèi)整數672、浮點585，足以和Xeon E5－2699v3相媲美。這也是國(guó)産(chǎn)服務(wù)器芯片第一次在性能(néng)上追平Intel，存儲器控制芯片總聚合帶寬為(wèi)204.8GB/s，超過目前的E5V3和E7V3，接近IBM POWER8（230GB/s）。跑分(fēn)與Intel的Xeon E5－2699v3相媲美意味着飛騰2000對于很(hěn)多(duō)商(shāng)業應用(yòng)來說已經完全夠用(yòng)了，隻要軟件生态跟得上，完全可(kě)以在商(shāng)業市場上取代Intel的某些産(chǎn)品。

2．華為(wèi)海思

華為(wèi)海思目前是我國(guó)技(jì )術最強大的芯片開發商(shāng)之一。華為(wèi)的麒麟芯片在性能(néng)上與高通、三星這些領先的芯片企業處于一個水平。同時華為(wèi)目前也是國(guó)内四大服務(wù)器提供商(shāng)之一，華為(wèi)、聯想、浪潮等國(guó)産(chǎn)服務(wù)器企業占有(yǒu)中(zhōng)國(guó)服務(wù)器市場的份額已經超過65%。華為(wèi)在幾年前便已經購(gòu)買了ARM指令集架構授權，開始研發自有(yǒu)的處理(lǐ)器核，主攻服務(wù)器市場。

在“十二五”科(kē)技(jì )創新(xīn)成就展上，華為(wèi)展出了其第一台ARM平台服務(wù)器“泰山(shān)”，配備自主研發ARM架構64位處理(lǐ)器“Hi1612”，采用(yòng)台積電(diàn)16nm工(gōng)藝，擁有(yǒu)多(duō)達16個核心，兼容ARMv8-A指令集。憑借華為(wèi)強大的研發實力與市場運作(zuò)能(néng)力，相信一定會有(yǒu)不俗的表現。

3．展訊

除華為(wèi)之外，展訊是另一家國(guó)内手機芯片的翹楚。2016年展訊的芯片出貨達到67000萬套，2017年6月宣布成功研發其自主的ARM架構處理(lǐ)器，展訊宣稱在SC9850 4核（Cortex-A7）芯片同樣大的面積上實現了6核的設計，功耗和性能(néng)都可(kě)以按照自己的需求調配，标志(zhì)着展訊成為(wèi)了除蘋果、三星兩家智能(néng)手機廠商(shāng)之外（三星和蘋果的自主芯片主要都是自用(yòng)），繼高通之後，第二家擁有(yǒu)自主ARM CPU關鍵技(jì )術的手機芯片廠商(shāng)。

4．華芯通

2016年，高通與中(zhōng)國(guó)貴州政府合資在華成立了一家芯片公(gōng)司——華芯通半導體(tǐ)，旨在專門為(wèi)中(zhōng)國(guó)市場設計與開發服務(wù)器專用(yòng)芯片的公(gōng)司。華芯通已獲ARM v8-A架構授權，并表示中(zhōng)國(guó)成為(wèi)全球第二大數據中(zhōng)心市場，該授權将幫助華芯通半導體(tǐ)在快速擴張的中(zhōng)國(guó)服務(wù)器市場推出先進服務(wù)器芯片組技(jì )術，幫助中(zhōng)國(guó)企業在本土市場提供基于ARM的服務(wù)器技(jì )術，從而推動高效服務(wù)器解決方案的大規模部署。

背鍋俠ISA

從上述幾個章節中(zhōng)，我們已經了解了國(guó)内CPU設計的英雄榜。但是如前文(wén)所述，目前在民(mín)用(yòng)商(shāng)業領域内，仍然沒有(yǒu)看到太多(duō)國(guó)産(chǎn)CPU的身影。可(kě)以說，國(guó)産(chǎn)處理(lǐ)器在民(mín)用(yòng)商(shāng)業領域至今尚未足夠成功的主要原因在于ISA，這口鍋ISA必背無疑。

論述了指令集架構（ISA）對于CPU的重要性，那麽對于一款CPU而言，絕對的硬件技(jì )術水平不是最重要的。

目前商(shāng)業主流的指令集架構在不同的領域已經各自出現了明顯的霸主格局。

因此作(zuò)者之前一直認為(wèi)，隻有(yǒu)依附于x86與ARM陣營的商(shāng)業公(gōng)司，才能(néng)夠真正地實現全面的商(shāng)用(yòng)化。相信這也是為(wèi)什麽在近幾年來國(guó)内CPU設計的英雄榜上湧現出來的大多(duō)為(wèi)x86或者ARM系的原因。

但是，國(guó)産(chǎn)自主對我國(guó)的國(guó)計民(mín)生又(yòu)至關重要，追求國(guó)産(chǎn)自主安(ān)全可(kě)控是我國(guó)在戰略上必須堅持的方向。從這個角度上來看，選擇x86或者ARM架構終究也有(yǒu)其局限性，分(fēn)别論述如下。

1．x86架構

· 由于Intel與AMD本身是芯片公(gōng)司而不是知識産(chǎn)權（IP）公(gōng)司，因此x86架構是其生命線(xiàn)，假設其他(tā)得到授權的芯片公(gōng)司使用(yòng)x86架構生産(chǎn)的芯片對Intel和AMD造成了實質(zhì)威脅時，Intel與AMD完全可(kě)以拿(ná)起專利的大棒停止授權。

· x86架構的授權費用(yòng)極為(wèi)高昂，遠(yuǎn)非普通公(gōng)司或者組織能(néng)夠染指。

2．ARM架構

· ARM架構的局面會樂觀很(hěn)多(duō)，因為(wèi)ARM架構雖然也是屬于ARM公(gōng)司且受專利保護的架構，但是ARM公(gōng)司的商(shāng)業模式是以開放共赢為(wèi)基本原則。ARM公(gōng)司是ARM生态的主導者和核心規則的制定者，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(zhōng)大量的上下遊軟硬件企業則遵循ARM統一制定的标準規範，對接衆多(duō)客戶需求而實現經濟利益的獲取。

· 國(guó)内基于ARM生态的CPU産(chǎn)業已有(yǒu)較好基礎，華為(wèi)海思、展訊、聯芯和飛騰等衆多(duō)企業均已累積多(duō)年的ARM芯片研發經驗，在移動終端領域我國(guó)芯片設計技(jì )術已與國(guó)際主流水平同步，國(guó)外的巨頭高通、三星和谷歌等也屬于ARM生态系統陣營的成員。因此，從全球範圍來看，國(guó)内外的芯片公(gōng)司能(néng)夠在開放共赢的生态下進行公(gōng)平的競争。基于上述原因，國(guó)内CPU英雄榜上使用(yòng)ARM架構的CPU公(gōng)司，其成就更加令人可(kě)期。

· 盡管如此，ARM架構畢竟屬于ARM公(gōng)司，一方面需要為(wèi)ARM公(gōng)司支付極其高昂的授權費（一次數千萬美金），另一方面被軟銀收購(gòu)後ARM現在屬于一家日本公(gōng)司。因此，從絕對的自主可(kě)控的角度來看，受制于人那是在所難免的。

所謂“成也蕭何，敗也蕭何”，讀到此處，讀者可(kě)能(néng)要問，難道就沒有(yǒu)一種ISA具(jù)備如下幾個特點嗎？

（1）它開源共享，不屬于某一家商(shāng)業公(gōng)司私有(yǒu)，因此也就不會有(yǒu)受制于人與自主可(kě)控的隐憂，更加不需要向商(shāng)業公(gōng)司支付高昂的授權費。

（2）它以開放共赢為(wèi)基本原則，有(yǒu)一個統一的非盈利組織作(zuò)為(wèi)主導者和核心規則的制定者，任何公(gōng)司和個人都可(kě)以永久免費地使用(yòng)其架構。

相信很(hěn)多(duō)人都與作(zuò)者一樣，在很(hěn)長(cháng)的一段時間内，非常期待有(yǒu)這樣一種ISA的出現，業界甚至出現過希望由國(guó)家主導指定一種國(guó)家标準ISA，從而統一國(guó)内CPU各ISA派系的聲音。然而，國(guó)家标準ISA這種被局限在一國(guó)範圍内的技(jì )術在當今全球化的趨勢下，必然是格格不入且不可(kě)能(néng)成功的。于是所有(yǒu)人都認為(wèi)不可(kě)能(néng)出現這樣一種ISA了，作(zuò)者作(zuò)為(wèi)一名(míng)CPU設計的老兵，也不得不用(yòng)一首詩來表達一下彼時的心情：“死去元知萬事空，但悲不見九州同。王師北定中(zhōng)原日，家祭無忘告乃翁”。

然而在2016年，有(yǒu)一位叫做RISC-V的新(xīn)生突然自帶光環登場。它完全符合上述提到的兩個條件，屬于全人類的免費開放架構，無任何專利的桎梏，衆多(duō)國(guó)際知名(míng)大公(gōng)司均加入其中(zhōng)，将以開放共赢的生态下進行公(gōng)平的競争。作(zuò)者隐隐感到，如果這個ISA真能(néng)夠發展起來，這似乎可(kě)能(néng)是國(guó)産(chǎn)CPU崛起的真正機會。剛才我們提到曾有(yǒu)人建議制定一種國(guó)家标準的指令集架構，而當RISC-V誕生不久，我們的鄰國(guó)印度迅速地采用(yòng)了RISC-V作(zuò)為(wèi)其國(guó)家标準的指令集，推薦其國(guó)内的大學(xué)和研究機構均采用(yòng)RISC-V架構，并且已經制定規劃且投入專項資金用(yòng)于開發幾個不同系列的RISC-V處理(lǐ)器。

有(yǒu)道是“山(shān)窮水盡疑無路，柳暗花(huā)明又(yòu)一村”，有(yǒu)關新(xīn)生的RISC-V架構。

人生已是如此艱難，你又(yòu)何必拆穿——CPU從業者的無奈

對于每一個行業的普通從業者而言，都希望所在行業能(néng)夠蓬勃發展、欣欣向榮，能(néng)夠有(yǒu)大量的商(shāng)業公(gōng)司參與并産(chǎn)生大量工(gōng)作(zuò)崗位的需求。倘使所在的行業或是日暮西山(shān)，或是走向寡頭化成為(wèi)一潭死水，自然也就無法誕生大量的工(gōng)作(zuò)需求，那普通的從業者們可(kě)能(néng)就隻有(yǒu)“尋尋覓覓，冷冷清清，凄凄慘慘戚戚”，或者“門前冷落鞍馬稀，老大嫁作(zuò)商(shāng)人婦”了。

處理(lǐ)器設計便是一個典型的例子。雖然處理(lǐ)器設計是一門開放的學(xué)科(kē)，其所需的技(jì )術均已成熟，很(hěn)多(duō)的工(gōng)程師與從業人員都已經掌握，也具(jù)備開發的處理(lǐ)器的能(néng)力。但是：

· 由于處理(lǐ)器架構長(cháng)期以來主要由以Intel（x86架構）與ARM（ARM架構）為(wèi)代表的商(shāng)業巨頭公(gōng)司所掌控，及其軟件生态環境衍生出的寡頭排他(tā)效應，成為(wèi)了普通公(gōng)司與個人無法逾越的天塹。

· 由于寡頭的排他(tā)效應，衆多(duō)的處理(lǐ)器體(tǐ)系結構走向消亡，國(guó)産(chǎn)的商(shāng)用(yòng)CPU也無法足夠成功，從而造成了CPU設計這項工(gōng)作(zuò)變成了極少數商(shāng)業公(gōng)司的“堂前燕”，普通平民(mín)“隻可(kě)遠(yuǎn)觀，而不可(kě)亵玩焉”，國(guó)内長(cháng)期沒有(yǒu)形成有(yǒu)足夠影響力的相關産(chǎn)業與商(shāng)業公(gōng)司。

綜上，作(zuò)者作(zuò)為(wèi)曾經在國(guó)際一流公(gōng)司任職的CPU高級設計工(gōng)程師，竟一度在換工(gōng)作(zuò)時面臨擇業無門的窘境，更扼腕歎息衆多(duō)同仁被迫轉行的情形。正可(kě)謂“曲高者和寡，大音者稀聲”，CPU設計從業者，頗無奈也。讀至此，被迫轉行的同仁們可(kě)能(néng)已經老淚縱橫：“人生已是如此的艱難，你又(yòu)何必拆穿啊”。

好消息是最近幾年來國(guó)内CPU産(chǎn)業的情形終于發生了的改觀，由于中(zhōng)國(guó)的巨大市場與産(chǎn)業支持，國(guó)内湧現出了如上節中(zhōng)我們提到的兆芯、飛騰、華為(wèi)、展訊、海光和華芯通等從事CPU設計的公(gōng)司，且随着《手把手教你設計CPU》介紹的RISC-V架構之誕生，都将催生更多(duō)的市場需求。

東邊日出西邊雨，道是無晴卻有(yǒu)晴——RISC-V登場

RISC-V架構主要由伯克利大學(xué)的Krste Asanovic教授、Andrew Waterman和Yunsup Lee等開發人員于2010年發明，并且得到了計算機體(tǐ)系結構領域的泰鬥David Patterson的大力支持。伯克利大學(xué)的開發人員之所以發明一套新(xīn)的指令集架構，而不是使用(yòng)成熟的x86或者ARM架構，是因為(wèi)這些架構經過多(duō)年的發展變得極為(wèi)複雜和冗繁，并且存在着高昂的專利和架構授權問題。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(kě)能(néng)獲得到。其他(tā)的開源架構（譬如SPARC、OpenRISC）均有(yǒu)着或多(duō)或少的問題（第2章将詳細論述）。有(yǒu)感于計算機體(tǐ)系結構和指令集架構已經過數十年的發展非常成熟，但是像伯克利大學(xué)這樣的研究機構竟然“無米下鍋”（選擇不出合适的指令集架構供其使用(yòng)）。伯克利大學(xué)的教授與研發人員決定發明一種全新(xīn)的、簡單且開放免費的指令集架構，于是RISC-V架構誕生了。

有(yǒu)關RISC-V的誕生，有(yǒu)興趣的讀者可(kě)以自行到網絡中(zhōng)查閱文(wén)章《伯克利希望将RISC-V開源架構推向主流》。

RISC-V（英文(wén)讀作(zuò)“risk-five”），是一種全新(xīn)的指令集架構。“V”包含兩層意思，一是這是Berkeley從RISC I開始設計的第五代指令集架構；二是它代表了變化（Variation）和向量（Vectors）。

經過幾年的開發，伯克利大學(xué)為(wèi)RISC-V架構開發除了完整的軟件工(gōng)具(jù)鏈以及若幹開源的處理(lǐ)器實例，得到越來越多(duō)的人的關注。2016年，RISC-V基金會（Foundation）正式成立開始運作(zuò)。RISC-V基金會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。

RISC-V基金會負責維護标準的RISC-V架構文(wén)檔和編譯器等CPU所需的軟件工(gōng)具(jù)鏈，任何組織和個人可(kě)以随時在RISC-V基金會網站上免費下載（無需注冊）。

RISC-V的推出以及基金會的成立，受到了學(xué)術界與工(gōng)業界的巨大歡迎。著名(míng)的科(kē)技(jì )行業分(fēn)析公(gōng)司Linley Group 将RISC-V評為(wèi)“2016年最佳技(jì )術”，如圖1-12所示。

開放而免費的RISC-V架構誕生，不僅對于高校與研究機構是個好消息；為(wèi)前期資金缺乏的創業公(gōng)司、或成本極其敏感的産(chǎn)品、或對現有(yǒu)軟件生态依賴不大的領域，都提供了另外一種選擇，而且得到了業界主要科(kē)技(jì )公(gōng)司的擁戴，包括谷歌、惠普、Oracle和西部數據等矽谷巨頭都是RISC-V基金會的創始會員，如圖1-13所示。衆多(duō)的芯片公(gōng)司已經開始使用(yòng)（譬如，三星、英偉達等）或者計劃使用(yòng)RISC-V開發其自有(yǒu)的處理(lǐ)器用(yòng)于其産(chǎn)品。

RISC-V基金會組織每年舉行兩次公(gōng)開的專題讨論會（Workshop），以促進RISC-V陣營的交流與發展，任何組織和個人均可(kě)以從RISC-V基金會的網站上下載到每次Workshop上演示的PPT與文(wén)檔。RISC-V第六次Workshop于2017年5月在中(zhōng)國(guó)的上海交大舉辦(bàn)，如圖1-14所示，吸引了大批的中(zhōng)國(guó)公(gōng)司和愛好者參與。

簡單就是美——RISC架構的設計哲學(xué)

RISC-V架構作(zuò)為(wèi)一種指令集架構，在介紹細節之前，讓我們先了解設計的哲學(xué)。所謂設計的“哲學(xué)”便是其推崇的一種策略，譬如我們熟知的日本車(chē)的設計哲學(xué)是經濟省油，美國(guó)車(chē)的設計哲學(xué)是霸氣等。RISC-V架構的設計哲學(xué)是什麽呢(ne)？是“大道至簡”。

作(zuò)者最為(wèi)推崇的一種設計哲學(xué)便是：簡單就是美，簡單便意味着可(kě)靠。無數的實際案例已經佐證了“簡單即意味着可(kě)靠”的真理(lǐ)，反之越複雜的機器則越容易出錯。一個最好的例子便是著名(míng)的AK47沖鋒槍，正是由于簡單可(kě)靠的設計哲學(xué)，使其性價比和可(kě)靠性極其出衆，成為(wèi)世界上應用(yòng)最廣泛的單兵武器。

在格鬥界，初學(xué)者往往容易陷入追求花(huā)式繁複技(jì )巧的泥淖，迷信于花(huā)拳繡腿。然而頂級的格鬥高手，最終使用(yòng)的都是簡單、直接的招式。所謂大道至簡，在IC設計的實際工(gōng)作(zuò)中(zhōng)，作(zuò)者曾見過簡潔的設計實現其安(ān)全可(kě)靠，也曾見過繁複的設計長(cháng)時間無法穩定收斂。簡潔的設計往往是可(kě)靠的，在大多(duō)數的項目實踐中(zhōng)一次次得到檢驗。IC設計的工(gōng)作(zuò)性質(zhì)非常特殊，其最終的産(chǎn)出是芯片，而一款芯片的設計和制造周期均很(hěn)長(cháng)，無法像軟件代碼那樣輕易地進行升級和打補丁，每一次芯片的改版到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)高昂，從幾十萬美金到成百上千萬美金不等。這些特性都決定了IC設計的試錯成本極為(wèi)高昂，因此能(néng)夠有(yǒu)效地降低錯誤的發生就顯得非常重要。現代的芯片設計規模越來越大，複雜度也越來越高，并不是要求設計者一味地逃避使用(yòng)複雜的技(jì )術，而是應該将好鋼用(yòng)在刀(dāo)刃上，将最複雜的設計用(yòng)在最為(wèi)關鍵的場景，在大多(duō)數有(yǒu)選擇的情況下，盡量選擇簡潔的實現方案。

作(zuò)者在第一次閱讀RISC-V架構文(wén)檔之時，不禁贊歎。因為(wèi)RISC-V架構在其文(wén)檔中(zhōng)不斷地明确強調其設計哲學(xué)是“大道至簡”，力圖通過架構的定義使硬件的實現足夠簡單。其簡單就是美的哲學(xué)，可(kě)以從幾個方面看出，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ARM的架構文(wén)檔熟悉的讀者應該了解其篇幅。經過幾十年的發展，現在的x86與ARM架構的架構文(wén)檔多(duō)達數千頁(yè)，打印出來能(néng)有(yǒu)半個桌子高，可(kě)真是“著作(zuò)等身”。

想必x86與ARM架構在誕生之初，其篇幅也不至于像現在這般長(cháng)篇累牍。之所以架構文(wén)檔長(cháng)達數千頁(yè)，且版本衆多(duō)，一個主要的原因是其架構發展的過程也伴随了現代處理(lǐ)器架構技(jì )術的不斷發展成熟，并且作(zuò)為(wèi)商(shāng)用(yòng)的架構，為(wèi)了能(néng)夠保持架構的向後兼容性，不得不保留許多(duō)過時的定義，或者在定義新(xīn)的架構部分(fēn)時為(wèi)了能(néng)夠兼容已經存在的技(jì )術部分(fēn)而顯得非常的别扭。久而久之就變成了老太婆的裹腳布——極為(wèi)冗長(cháng)，可(kě)以說是積重難返。

那麽現代成熟的架構是否能(néng)夠選擇重新(xīn)開始，重新(xīn)定義一個簡潔的架構呢(ne)？可(kě)以說是幾乎不可(kě)能(néng)。Intel也曾經在推出Itanium架構之時另起竈爐，放棄了向前兼容性，最終Intel的Itanium遭遇慘敗，其中(zhōng)一個重要的原因便是其無法向前兼容，從而無法得到用(yòng)戶的接受。試想一下，如果我們買了一款具(jù)有(yǒu)新(xīn)的處理(lǐ)器的計算機或者手機，之前所有(yǒu)的軟件都無法運行，那肯定是無法讓人接受的。

現在推出的RISC-V架構，則具(jù)備了後發優勢。由于計算機體(tǐ)系結構經過多(duō)年的發展已經是一個比較成熟的技(jì )術，多(duō)年來在不斷成熟的過程中(zhōng)暴露的問題都已經被研究透徹了，因此新(xīn)的RISC-V架構能(néng)夠加以規避，并且沒有(yǒu)背負向後兼容的曆史包袱，可(kě)以說是無病一身輕。

目前的“RISC-V架構文(wén)檔”分(fēn)為(wèi)“指令集文(wén)檔”和“特權架構文(wén)檔”。“指令集文(wén)檔”的篇幅為(wèi)100多(duō)頁(yè)，而“特權架構文(wén)檔”的篇幅也僅為(wèi)100頁(yè)左右。熟悉體(tǐ)系結構的工(gōng)程師僅需一兩天便可(kě)将其通讀，雖然“RISC-V的架構文(wén)檔”還在不斷地豐富，但是相比“x86的架構文(wén)檔”與“ARM的架構文(wén)檔”，RISC-V的篇幅可(kě)以說是極其短小(xiǎo)精(jīng)悍。