關於RISC-V的各個關鍵面向

在半導體產業持續創新的過程中，晶片的成功與否往往取決於能否做出好的選擇。而針對操作系統、編譯器、偵錯工具(debuggers)或其他工具的選擇，也正在推動開放原始碼RISC-V指令集架構(ISA)的普及。開放式指令集架構能提供設計者自由採用開源(open-source)或商業性的資源，作為開發客製化處理器的起點。

與專業的處理器架構不同，RISC-V的架構允許設計團隊根據其目標終端應用的需求來定義處理器。設計團隊可以選擇想要應用於設計內的可用功能，為其主要應用程序的功耗、性能或區域(PPA)進行優化。

RISC-V近年來憑藉其開放性和技術優勢，越來越受到歡迎。Semico Research的報告指出，到2028年，RISC-V CPU半導體的智慧財產權(IP)權利金預計將達到2.3億美元，年複合增長率為26.7%。管理RSIC-V標準的全球非營利組織 RISC-V International也表示這項標準在各種行業中被採納的比例和活躍程度都在不斷增加。

RISC-V有多種形式可採用，其中也包括可免費使用的開放性核心資源，任何企業都可以基於這個核心架構開發自己的產品和服務。市場上也有各種商業智財權的產品可供挑選，讓我們藉由以下篇幅，說明為何RISC-V可以在汽車產業、5G行動通訊、人工智慧和數據中心等各種應用中扮演重要角色。

RISC-V的根源及形成架構的方式

RISC-V最初是由加州大學柏克萊分校於2010年5月開始研發，主要為學術用途，並以至少40年前的電腦架構概念為基礎。2011年，第一款RISC-V晶片生產完成；而一旦其技術報告經ISA發布後，相關的規範(specification)基本上就屬於公領域，可供大眾使用。所有的設計軟體都在RISC-V ISA中一組簡單的核心指令上運作。透過可擴充的選項，設計人員可以為不同的終端市場量身打造合適的架構；還可以從可供使用的功能中挑選想要使用的選項，而不必套用整個架構的全部功能集。  

目前最新一代的RISC-V是以精簡指令集計算機概念為基礎，所建構出的第五代處理器。參與RISC-V International的企業會員共同定義出開放標準的規範，藉此探索處理器的創新途徑，同時倡導全新的設計自由度。該組織目前於70個國家中擁有超過3,800多名成員，根據報告指出，截至2022年底，採用RISC-V核心的晶片產量已經超過100億顆。

開發支援RISC-V解決方案的企業生態系統持續壯大，產業界的合作也促進著架構的發展。身為RISC-V International的一員，新思科技(Synopsys)由解決方案事業群工程部副總裁Yankin Tanurhan，擔任該組織董事會的成員。監事會的成員則由選舉產生，由於代表來自於各個不同類別的會員，此舉也有助於確保監督標準的平衡。RISC-V International的執行長Calista Redmond表示：「由於RISC-V在各個市場的應用範圍不斷擴大，RISC-V International的董事會在推動發展標準扮演著提供方向和領導的重要角色。除了借助新思科技在支持RISC-V架構的SoC設計解決方案的專業知識，來自新思科技的專業成員加入我們的隊伍後，更進一步強化我們制定RISC-V標準未來方向的能力。」 

RISC-V的主要優勢

RISC-V架構為處理器提供簡化的指令，因此不難理解何以這個標準會變得如此受到歡迎。相較於使用更大、更複雜的指令來進行多項操作的複雜指令集計算(CISC)，RISC架構的每個時鐘週期(per clock cycle)即可執行一項指令。使用最小的指令集來執行複雜的操作，因而讓設計變得簡化且節能，同時也可有效完成解碼動作。

RISC-V架構的模組化、靈活性和可擴充性，讓設計人員可以創建成千上萬種潛在的客製化處理器，只需要適用於其目標應用功能即可，並且可以相對快速地完成。不論是簡單地嵌入式設計或是大型的超級計算機，設計人員都可以利用相同的ISA基礎作為一個起點開始進行設計開發；而更簡便的軟體開發也有助於加快整個設計週期。

安全性仍然是許多行業人士評估時關注的焦點。因此， RISC-V架構提供的各種安全功能，可以透過開放原始碼中相關的設計、軟體組成分析工具和安全性擴充來落實。

誰正在採用RISC-V?

起初，RISC-V主要是運用在嵌入式應用程序和微控制器領域。經過多年演進，這項開放原始碼標準在不同領域的應用日漸增加，例如汽車、數據中心和高效能運算，甚至在人工智慧方面的工作，也表現出越來越大的潛力。以下是各個領域中採用RISC-V架構的範例：

• 汽車：針對車用SoC，RISC-V處理器可以滿足性能、功耗、成本和安全性的要求，包括資訊娛樂、先進駕駛輔助和通訊系統。
• 高效能運算(HPC)和數據中心：RISC-V核心非常適合處理客製化ISAs複雜的運算任務，而且RISC-V的擴展性可支援開發簡單、安全和靈活的核心功能，提供這些應用程式所需的能源效率。
• AI：人工智慧晶片是由各種異質成分所組成，設計人員會選擇現成的處理器(RISC-V就是選項之一)，以便他們能專注在研發高性能、能源效率高的人工智慧加速器，並運用在處理像神經網絡和自然語言的演算任務上。
• 穿戴式設備、工業設備、物聯網及家用電器：這個領域以電池供電設計和空間限制為重點，而RISC-V處理器剛好可以滿足其功耗需求。
• 5G行動通訊：RISC-V核心可以針對如行動電話等行動通訊設計所需的性能需求進行量身打造，或是可作為大型SoC中的一個組件，負責處理這些裝置中的特定任務。
• 航太與政府單位：RISC-V憑藉其高度可靠性和安全性，成為滿足這些系統嚴格要求的最佳選擇。

RISC-V的未來展望

由於RISC-V架構的運用範圍持續成長，支援該架構的生態系統和產業合作也在不斷擴大，許多重要的合作項目陸續出現。例如，RISC-V軟體生態系統(RISE)計畫就是一項由知名產業領袖組成的全球性集團，其任務就是加速RISC-V架構的開放原始碼軟體開發。另外，在德國還有一項新計畫正在啟動，最初是專注於汽車應用，旨在加速開發以此標準為基礎的參考架構，這項計畫的名冊也值得注意。Semico最近的報告指出，近年來由於半導體供應鏈的短缺造成汽車生產受到阻礙，也連帶引起汽車產業對此標準的興趣。

RISC-V受到業界的歡迎並不令人意外，因其開放原始碼架構選項能提供設計人員以RISC-V處理器的SoCs為基礎，實現差異化的客製化設計。在推動半導體設計創新時，我們不能低估這種可自由選擇特性所扮演的角色。