直指移動晶片市場，開源的處理器指令集架構釋出

IoT（Internet of things，物聯網）做為下一代的產業應用，欲藉著在現有的裝置中加入微型電腦，將所有東西連上網路來創造新的應用。然而，現行的微型電腦價格依然過高，拖慢 IoT 的發展。其中，在整個微型電腦架構中，最貴的非 CPU 莫屬了。

　　現在的 IoT 市場，大多考慮採用 ARM【精簡指令的晶片(Advanced RISC Machines) 】架構的 CPU。雖然相較於其他的處理器平臺，ARM 的授權相對靈活，但對 IoT 廠商來說價格仍偏高，使得移動 CPU 的成本價格遲遲降不下來。因此，現行市場急需低成本且穩定的新架構。於是，RISC-V，做為開源的新架構， 躍上舞臺。

　　在 CPU 中，指令集架構（Instruction Set Architecture，ISA），扮演著重要的角色，ISA 是電腦的基礎，整個系統皆順其而生。此外，ISA 會影響作業系統的種類以及軟體的支援程度，因此，每個 ISA 皆有各自的生態。那麼市場上常見的 ISA 有哪些呢？

　　現行市場主流的指令集架構，能見度最高的就屬 X86 和 ARM，X86 由 Intel 主導，也是目前個人電腦的主流，ARM 則是採用授權的方式釋出，在移動裝置崛起後，在手機、平板等各式嵌入式系統中廣為使用。其他 ISA 在這種狀況下可說是愈來愈少見了。

　　然而，X86 和 ARM 的專利被少數幾家把持住，廠商需要付出高額的授權費才能使用 ARM，X86 甚至不授權給予其他廠商使用。在物聯網裝置都需要內建微型電腦來運作下，為 ISA 授權金墊高的成本就造成了另一種阻礙。

　　避免授權金突圍，RISC-V 登場

　　做為開源的 ISA，RISC-V 是由 UC Berkeley 所發展的，RISC-V 正試著挑戰現行主流的指令集架構。藉由 RISC-V，UC Berkeley 正試著從頭打造一個全新的生態系，並將其開放，讓所有人都可以使用。但是，為何要重新建造一個全新的指令集架構？

　　以開源的角度來說，軟體的生態系比晶片的生態系完善。在軟體世界中，任何一套商業軟體大多有和其功能類似的開源版本，且功能不遜於商業版本。但是，至今卻沒有高能見度的開源 ISA 在市場中出現，如果有一套穩定且好用的開源 ISA 出現，或將打破現行被壟斷的情形，避免授權所帶來的開發成本，也可能改善現在持有 ISA 專利的廠商對授權的態度。

　　簡單易上手開發的優勢

　　除了授權的問題外，X86 和 ARM 的手冊皆有上千多頁，對工程師而言是相當大的負擔，因為要設計一顆 CPU，工程師就要熟悉 ISA 中的所有規定，越熟悉才能設計出越好的 CPU。至於 RISC-V 則只需要約 100 頁左右，大幅縮小工程師的負擔。

　　從官網上的檔案可以知道，RISC-V 只有大約 100 個 Instructions，且不會再增加。如此便不需為了新增指令而增加新的電路，增加晶片的面積。此外，RISC-V 提供 16、32、64bits 等多種記憶體定址方式，讓廠商有更多的選擇。

　　在軟體支援方面，因為 RISC-V 是全新的指令集架構，因此現行的軟體都要做修整方能配合使用。為了做後續的發展，他們已經為 RISC-V 開發出 GCC / glibc / GDB、LLVM / Clang、Linux、Yocto、Verification Suite 等軟體。

　　在硬體開發工具部分，他們設計出全新的硬體描述語言 Chisel，以 Scala 為語言核心，輔以硬體開發工具，可以將 Scala 所開發出的電路輕易地轉換成 C++ 的電路模擬，或者 FPGA、ASIC 用的 Verilog Code，並進行合成和繞線，提升硬體設計的效率。

　　實做產品足以挑戰 ARM

　　為了證明 RISC-V 的實際效能，UC Berkeley 甚至實際設計出一顆晶片，並將其製作出來。為了確保公平性，還特別選用和 ARM Cortex-A5 相同的臺積電製程。從下圖可以得知，採用 RISC-V 的 CPU 不但面積比較小，運算速度較快，而且還耗較少的電。足以證明 RISC-V 做為新進者，已經具有挑戰 ARM 的潛力。

■ 利潤不受制於人

購買ARM指令集授權的價格非常昂貴，據筆者瞭解僅僅ARM64指令集每5年的授權費就高達上千萬美元乃至近億美元。而恰恰是如此高昂的授權費致使由U.C. Berkeley等幾個大學推出RISC-V指令集，Google、惠普、Oracle、西部資料等公司成立RISC-V基金會的原因——

RISC-V指令集是一個沒有專利問題和沒有歷史包袱的全新指令集，並且以BSD許可證釋出。任何公司都可以在自己的產品中免費使用，而修改也無需再開源。

購買ARM IP核授權，比如ARM的A53或A57,整合自己的SOC，這種做法雖然能依附於AA體系，有利於市場化運營，能賺快錢，但在利潤方面也被外商控制。因為在購買IP要支付授權費，每生產一片晶片還要支付專利費。而且每個環節做什麼，有多少利潤，在AA體系中已經形成潛規則，國內IC設計公司依附於AA體系基本上淪為外商的馬仔。這也是國內ARM陣營IC設計公司雖然營業收入不低，但利潤普遍不高的原因之一。