2．君正

國(guó)内的MIPS系还有(yǒu)另外一家公(gōng)司——北京君正。君正和龙芯同属于MIPS阵营，与龙芯着力于桌面PC处理(lǐ)器不同，北京君正是國(guó)内较早专注于可(kě)穿戴、物(wù)联网领域的本土IC设计公(gōng)司之一。由于嵌入式芯片的软件一般按需求定制。这导致在智能(néng)可(kě)穿戴市场，相当一部分(fēn)可(kě)穿戴产(chǎn)品和应用(yòng)软件具(jù)有(yǒu)专用(yòng)性，软件生态链相对较短，加上应用(yòng)需求的多(duō)样化，因此不能(néng)用(yòng)一套通用(yòng)方案来满足所有(yǒu)人的要求，所以在这个领域没有(yǒu)某个厂商(shāng)可(kě)以实现垄断。因此，在智能(néng)穿戴市场不容易出现PC和移动手机市场那样被x86与ARM架构垄断的情况。

智能(néng)穿戴芯片和物(wù)联网芯片对性能(néng)要求不高，大部分(fēn)应用(yòng)场景更关注低功耗、廉价和尺寸等因素，君正的产(chǎn)品完全满足性能(néng)要求，x86处理(lǐ)器不可(kě)能(néng)应用(yòng)于该领域，ARM阵营IC设计公(gōng)司受制于相对较高的授权费，在芯片产(chǎn)量较小(xiǎo)的情况下，并不具(jù)备价格上的竞争力。君正拥有(yǒu)十多(duō)年的芯片设计经验和技(jì )术积累，其最大的特点就是具(jù)有(yǒu)较高的性能(néng)功耗比。國(guó)内第一批上市的智能(néng)手表包括果壳的第一代智能(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——北大众志(zhì)、兆芯和海光

1．北大众志(zhì)

北京北大众志(zhì)微系统科(kē)技(jì )有(yǒu)限责任公(gōng)司成立于2002年11月，是國(guó)家集成電(diàn)路设计行业的重要骨干企业。2005年，AMD与中(zhōng)國(guó)政府达成了协议，科(kē)技(jì )部指定北大微電(diàn)子中(zhōng)心接收AMD Geode-2处理(lǐ)器的技(jì )术授权，AMD的处理(lǐ)器无疑是x86架构，中(zhōng)國(guó)因此获得了x86技(jì )术。不过Geode处理(lǐ)器属于AMD嵌入式处理(lǐ)器，因此AMD授权给北大的x86技(jì )术属于嵌入式架构。

2．兆芯

另外一家使用(yòng)x86架构的國(guó)内企业——兆芯，也许被更多(duō)的人所熟知。众所周知，核心的x86架构是 Intel和AMD公(gōng)司的核心技(jì )术，美國(guó)政府也会严格控制其技(jì )术的授权。不过，除了Intel和AMD，另外一家中(zhōng)國(guó)台湾公(gōng)司威盛（VIA）也曾经拥有(yǒu)x86架构授权。据称，如图1-8所示，兆芯自主研发的ZX-C处理(lǐ)器于2015年4月量产(chǎn)，28nm工(gōng)艺，4核处理(lǐ)器，主频可(kě)达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)处理(lǐ)器已经成功流片，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，还有(yǒu)一家诞生不久的新(xīn)锐公(gōng)司——天津海光。2016年，AMD宣布与中(zhōng)國(guó)天津海光投资公(gōng)司达成了协议，将x86技(jì )术授权给海光公(gōng)司，获得授权费，并且双方还会成立合资公(gōng)司，授权其生产(chǎn)服務(wù)器处理(lǐ)器。据称，為(wèi)了打开中(zhōng)國(guó)高性能(néng)服務(wù)器市场，AMD这次授权给中(zhōng)國(guó)公(gōng)司的x86很(hěn)可(kě)能(néng)是最尖端的x86技(jì )术。对于海光的表现，也值得我们拭目以待。

Power系——中(zhōng)晟宏芯

蓝色巨人IBM的Power架构一直是高性能(néng)的代言。IBM于2013年联合NVIDIA等公(gōng)司成立OpenPower开放联盟，其他(tā)公(gōng)司也可(kě)以获得Power架构授权。此后还推动成立了中(zhōng)國(guó)POWER技(jì )术产(chǎn)业生态联盟，与多(duō)家中(zhōng)國(guó)公(gōng)司签署了授权协议，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)若干年的时间实现技(jì )术的消化吸收和推陈出新(xīn)。

Alpha系——申威

申威处理(lǐ)器或申威CPU，简称“SW处理(lǐ)器”。

申威对自主的Alpha架构在不断深化升级，在双核Alpha基础上拓展了多(duō)核架构和SIMD等特色扩展指令集，主要面向高性能(néng)计算、服務(wù)器领域，在2016年國(guó)际超算大会评比中(zhōng)，基于申威26010处理(lǐ)器的“神威太湖(hú)之光”超级计算机系统（如图1-9所示）首次亮相并夺冠，其峰值性能(néng)达每秒(miǎo)12.5×108亿次浮点运算，成為(wèi)世界首台运行速度超109亿次的超级计算机。

ARM系——飞腾、华為(wèi)海思、展讯和华芯通

為(wèi)了更好地理(lǐ)解本节的内容，有(yǒu)必要先对ARM的授权模式进行介绍。简而言之，ARM公(gōng)司的主要授权模式可(kě)以分(fēn)為(wèi)两种。

1．飞腾

飞腾公(gōng)司是中(zhōng)國(guó)國(guó)防科(kē)技(jì )大學(xué)高性能(néng)处理(lǐ)器研究团队建立的企业，國(guó)防科(kē)大多(duō)年来在CPU领域的耕耘积累了雄厚的技(jì )术实力。2016年天津飞腾公(gōng)布了最新(xīn)产(chǎn)品FT2000，它最早亮相于2015年的HotChips大会，代号“火星”，定位于高性能(néng)服務(wù)器、行业业務(wù)主机等。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)买于ARM公(gōng)司的内核）。

FT2000之所以引人注目还因為(wèi)它在性能(néng)方面，包括高达64个FTC661处理(lǐ)器核，其公(gōng)布的Spec 2006测试中(zhōng)，成绩為(wèi)整数672、浮点585，足以和Xeon E5－2699v3相媲美。这也是國(guó)产(chǎn)服務(wù)器芯片第一次在性能(néng)上追平Intel，存储器控制芯片总聚合带宽為(wèi)204.8GB/s，超过目前的E5V3和E7V3，接近IBM POWER8（230GB/s）。跑分(fēn)与Intel的Xeon E5－2699v3相媲美意味着飞腾2000对于很(hěn)多(duō)商(shāng)业应用(yòng)来说已经完全够用(yòng)了，只要软件生态跟得上，完全可(kě)以在商(shāng)业市场上取代Intel的某些产(chǎn)品。

2．华為(wèi)海思

华為(wèi)海思目前是我國(guó)技(jì )术最强大的芯片开发商(shāng)之一。华為(wèi)的麒麟芯片在性能(néng)上与高通、三星这些领先的芯片企业处于一个水平。同时华為(wèi)目前也是國(guó)内四大服務(wù)器提供商(shāng)之一，华為(wèi)、联想、浪潮等國(guó)产(chǎn)服務(wù)器企业占有(yǒu)中(zhōng)國(guó)服務(wù)器市场的份额已经超过65%。华為(wèi)在几年前便已经購(gòu)买了ARM指令集架构授权，开始研发自有(yǒu)的处理(lǐ)器核，主攻服務(wù)器市场。

在“十二五”科(kē)技(jì )创新(xīn)成就展上，华為(wèi)展出了其第一台ARM平台服務(wù)器“泰山(shān)”，配备自主研发ARM架构64位处理(lǐ)器“Hi1612”，采用(yòng)台积電(diàn)16nm工(gōng)艺，拥有(yǒu)多(duō)达16个核心，兼容ARMv8-A指令集。凭借华為(wèi)强大的研发实力与市场运作(zuò)能(néng)力，相信一定会有(yǒu)不俗的表现。

3．展讯

除华為(wèi)之外，展讯是另一家國(guó)内手机芯片的翘楚。2016年展讯的芯片出货达到67000万套，2017年6月宣布成功研发其自主的ARM架构处理(lǐ)器，展讯宣称在SC9850 4核（Cortex-A7）芯片同样大的面积上实现了6核的设计，功耗和性能(néng)都可(kě)以按照自己的需求调配，标志(zhì)着展讯成為(wèi)了除苹果、三星两家智能(néng)手机厂商(shāng)之外（三星和苹果的自主芯片主要都是自用(yòng)），继高通之后，第二家拥有(yǒu)自主ARM CPU关键技(jì )术的手机芯片厂商(shāng)。

4．华芯通

2016年，高通与中(zhōng)國(guó)贵州政府合资在华成立了一家芯片公(gōng)司——华芯通半导體(tǐ)，旨在专门為(wèi)中(zhōng)國(guó)市场设计与开发服務(wù)器专用(yòng)芯片的公(gōng)司。华芯通已获ARM v8-A架构授权，并表示中(zhōng)國(guó)成為(wèi)全球第二大数据中(zhōng)心市场，该授权将帮助华芯通半导體(tǐ)在快速扩张的中(zhōng)國(guó)服務(wù)器市场推出先进服務(wù)器芯片组技(jì )术，帮助中(zhōng)國(guó)企业在本土市场提供基于ARM的服務(wù)器技(jì )术，从而推动高效服務(wù)器解决方案的大规模部署。

背锅侠ISA

从上述几个章节中(zhōng)，我们已经了解了國(guó)内CPU设计的英雄榜。但是如前文(wén)所述，目前在民(mín)用(yòng)商(shāng)业领域内，仍然没有(yǒu)看到太多(duō)國(guó)产(chǎn)CPU的身影。可(kě)以说，國(guó)产(chǎn)处理(lǐ)器在民(mín)用(yòng)商(shāng)业领域至今尚未足够成功的主要原因在于ISA，这口锅ISA必背无疑。

论述了指令集架构（ISA）对于CPU的重要性，那么对于一款CPU而言，绝对的硬件技(jì )术水平不是最重要的。

目前商(shāng)业主流的指令集架构在不同的领域已经各自出现了明显的霸主格局。

因此作(zuò)者之前一直认為(wèi)，只有(yǒu)依附于x86与ARM阵营的商(shāng)业公(gōng)司，才能(néng)够真正地实现全面的商(shāng)用(yòng)化。相信这也是為(wèi)什么在近几年来國(guó)内CPU设计的英雄榜上涌现出来的大多(duō)為(wèi)x86或者ARM系的原因。

但是，國(guó)产(chǎn)自主对我國(guó)的國(guó)计民(mín)生又(yòu)至关重要，追求國(guó)产(chǎn)自主安(ān)全可(kě)控是我國(guó)在战略上必须坚持的方向。从这个角度上来看，选择x86或者ARM架构终究也有(yǒu)其局限性，分(fēn)别论述如下。

1．x86架构

· 由于Intel与AMD本身是芯片公(gōng)司而不是知识产(chǎn)权（IP）公(gōng)司，因此x86架构是其生命線(xiàn)，假设其他(tā)得到授权的芯片公(gōng)司使用(yòng)x86架构生产(chǎn)的芯片对Intel和AMD造成了实质(zhì)威胁时，Intel与AMD完全可(kě)以拿(ná)起专利的大棒停止授权。

· x86架构的授权费用(yòng)极為(wèi)高昂，遠(yuǎn)非普通公(gōng)司或者组织能(néng)够染指。

2．ARM架构

· ARM架构的局面会乐观很(hěn)多(duō)，因為(wèi)ARM架构虽然也是属于ARM公(gōng)司且受专利保护的架构，但是ARM公(gōng)司的商(shāng)业模式是以开放共赢為(wèi)基本原则。ARM公(gōng)司是ARM生态的主导者和核心规则的制定者，通过基础架构授权、IP核授权等方式获得经济收益。而生态系统中(zhōng)大量的上下游软硬件企业则遵循ARM统一制定的标准规范，对接众多(duō)客户需求而实现经济利益的获取。

· 國(guó)内基于ARM生态的CPU产(chǎn)业已有(yǒu)较好基础，华為(wèi)海思、展讯、联芯和飞腾等众多(duō)企业均已累积多(duō)年的ARM芯片研发经验，在移动终端领域我國(guó)芯片设计技(jì )术已与國(guó)际主流水平同步，國(guó)外的巨头高通、三星和谷歌等也属于ARM生态系统阵营的成员。因此，从全球范围来看，國(guó)内外的芯片公(gōng)司能(néng)够在开放共赢的生态下进行公(gōng)平的竞争。基于上述原因，國(guó)内CPU英雄榜上使用(yòng)ARM架构的CPU公(gōng)司，其成就更加令人可(kě)期。

· 尽管如此，ARM架构毕竟属于ARM公(gōng)司，一方面需要為(wèi)ARM公(gōng)司支付极其高昂的授权费（一次数千万美金），另一方面被软银收購(gòu)后ARM现在属于一家日本公(gōng)司。因此，从绝对的自主可(kě)控的角度来看，受制于人那是在所难免的。

所谓“成也萧何，败也萧何”，读到此处，读者可(kě)能(néng)要问，难道就没有(yǒu)一种ISA具(jù)备如下几个特点吗？

（1）它开源共享，不属于某一家商(shāng)业公(gōng)司私有(yǒu)，因此也就不会有(yǒu)受制于人与自主可(kě)控的隐忧，更加不需要向商(shāng)业公(gōng)司支付高昂的授权费。

（2）它以开放共赢為(wèi)基本原则，有(yǒu)一个统一的非盈利组织作(zuò)為(wèi)主导者和核心规则的制定者，任何公(gōng)司和个人都可(kě)以永久免费地使用(yòng)其架构。

相信很(hěn)多(duō)人都与作(zuò)者一样，在很(hěn)長(cháng)的一段时间内，非常期待有(yǒu)这样一种ISA的出现，业界甚至出现过希望由國(guó)家主导指定一种國(guó)家标准ISA，从而统一國(guó)内CPU各ISA派系的声音。然而，國(guó)家标准ISA这种被局限在一國(guó)范围内的技(jì )术在当今全球化的趋势下，必然是格格不入且不可(kě)能(néng)成功的。于是所有(yǒu)人都认為(wèi)不可(kě)能(néng)出现这样一种ISA了，作(zuò)者作(zuò)為(wèi)一名(míng)CPU设计的老兵，也不得不用(yòng)一首诗来表达一下彼时的心情：“死去元知万事空，但悲不见九州同。王师北定中(zhōng)原日，家祭无忘告乃翁”。

然而在2016年，有(yǒu)一位叫做RISC-V的新(xīn)生突然自带光环登场。它完全符合上述提到的两个条件，属于全人类的免费开放架构，无任何专利的桎梏，众多(duō)國(guó)际知名(míng)大公(gōng)司均加入其中(zhōng)，将以开放共赢的生态下进行公(gōng)平的竞争。作(zuò)者隐隐感到，如果这个ISA真能(néng)够发展起来，这似乎可(kě)能(néng)是國(guó)产(chǎn)CPU崛起的真正机会。刚才我们提到曾有(yǒu)人建议制定一种國(guó)家标准的指令集架构，而当RISC-V诞生不久，我们的邻國(guó)印度迅速地采用(yòng)了RISC-V作(zuò)為(wèi)其國(guó)家标准的指令集，推荐其國(guó)内的大學(xué)和研究机构均采用(yòng)RISC-V架构，并且已经制定规划且投入专项资金用(yòng)于开发几个不同系列的RISC-V处理(lǐ)器。

有(yǒu)道是“山(shān)穷水尽疑无路，柳暗花(huā)明又(yòu)一村”，有(yǒu)关新(xīn)生的RISC-V架构。

人生已是如此艰难，你又(yòu)何必拆穿——CPU从业者的无奈

对于每一个行业的普通从业者而言，都希望所在行业能(néng)够蓬勃发展、欣欣向荣，能(néng)够有(yǒu)大量的商(shāng)业公(gōng)司参与并产(chǎn)生大量工(gōng)作(zuò)岗位的需求。倘使所在的行业或是日暮西山(shān)，或是走向寡头化成為(wèi)一潭死水，自然也就无法诞生大量的工(gōng)作(zuò)需求，那普通的从业者们可(kě)能(néng)就只有(yǒu)“寻寻觅觅，冷冷清清，凄凄惨惨戚戚”，或者“门前冷落鞍马稀，老大嫁作(zuò)商(shāng)人妇”了。

处理(lǐ)器设计便是一个典型的例子。虽然处理(lǐ)器设计是一门开放的學(xué)科(kē)，其所需的技(jì )术均已成熟，很(hěn)多(duō)的工(gōng)程师与从业人员都已经掌握，也具(jù)备开发的处理(lǐ)器的能(néng)力。但是：

· 由于处理(lǐ)器架构長(cháng)期以来主要由以Intel（x86架构）与ARM（ARM架构）為(wèi)代表的商(shāng)业巨头公(gōng)司所掌控，及其软件生态环境衍生出的寡头排他(tā)效应，成為(wèi)了普通公(gōng)司与个人无法逾越的天堑。

· 由于寡头的排他(tā)效应，众多(duō)的处理(lǐ)器體(tǐ)系结构走向消亡，國(guó)产(chǎn)的商(shāng)用(yòng)CPU也无法足够成功，从而造成了CPU设计这项工(gōng)作(zuò)变成了极少数商(shāng)业公(gōng)司的“堂前燕”，普通平民(mín)“只可(kě)遠(yuǎn)观，而不可(kě)亵玩焉”，國(guó)内長(cháng)期没有(yǒu)形成有(yǒu)足够影响力的相关产(chǎn)业与商(shāng)业公(gōng)司。

综上，作(zuò)者作(zuò)為(wèi)曾经在國(guó)际一流公(gōng)司任职的CPU高级设计工(gōng)程师，竟一度在换工(gōng)作(zuò)时面临择业无门的窘境，更扼腕叹息众多(duō)同仁被迫转行的情形。正可(kě)谓“曲高者和寡，大音者稀声”，CPU设计从业者，颇无奈也。读至此，被迫转行的同仁们可(kě)能(néng)已经老泪纵横：“人生已是如此的艰难，你又(yòu)何必拆穿啊”。

好消息是最近几年来國(guó)内CPU产(chǎn)业的情形终于发生了的改观，由于中(zhōng)國(guó)的巨大市场与产(chǎn)业支持，國(guó)内涌现出了如上节中(zhōng)我们提到的兆芯、飞腾、华為(wèi)、展讯、海光和华芯通等从事CPU设计的公(gōng)司，且随着《手把手教你设计CPU》介绍的RISC-V架构之诞生，都将催生更多(duō)的市场需求。

东边日出西边雨，道是无晴却有(yǒu)晴——RISC-V登场

RISC-V架构主要由伯克利大學(xué)的Krste Asanovic教授、Andrew Waterman和Yunsup Lee等开发人员于2010年发明，并且得到了计算机體(tǐ)系结构领域的泰斗David Patterson的大力支持。伯克利大學(xué)的开发人员之所以发明一套新(xīn)的指令集架构，而不是使用(yòng)成熟的x86或者ARM架构，是因為(wèi)这些架构经过多(duō)年的发展变得极為(wèi)复杂和冗繁，并且存在着高昂的专利和架构授权问题。并且修改ARM处理(lǐ)器的RTL代码是不被支持的，而x86处理(lǐ)器的源代码根本不可(kě)能(néng)获得到。其他(tā)的开源架构（譬如SPARC、OpenRISC）均有(yǒu)着或多(duō)或少的问题（第2章将详细论述）。有(yǒu)感于计算机體(tǐ)系结构和指令集架构已经过数十年的发展非常成熟，但是像伯克利大學(xué)这样的研究机构竟然“无米下锅”（选择不出合适的指令集架构供其使用(yòng)）。伯克利大學(xué)的教授与研发人员决定发明一种全新(xīn)的、简单且开放免费的指令集架构，于是RISC-V架构诞生了。

有(yǒu)关RISC-V的诞生，有(yǒu)兴趣的读者可(kě)以自行到网络中(zhōng)查阅文(wén)章《伯克利希望将RISC-V开源架构推向主流》。

RISC-V（英文(wén)读作(zuò)“risk-five”），是一种全新(xīn)的指令集架构。“V”包含两层意思，一是这是Berkeley从RISC I开始设计的第五代指令集架构；二是它代表了变化（Variation）和向量（Vectors）。

经过几年的开发，伯克利大學(xué)為(wèi)RISC-V架构开发除了完整的软件工(gōng)具(jù)链以及若干开源的处理(lǐ)器实例，得到越来越多(duō)的人的关注。2016年，RISC-V基金会（Foundation）正式成立开始运作(zuò)。RISC-V基金会是一个非盈利性的组织，负责维护标准的RISC-V指令集手册与架构文(wén)档，并推动RISC-V架构的发展。

RISC-V架构的目标如下。

RISC-V基金会负责维护标准的RISC-V架构文(wén)档和编译器等CPU所需的软件工(gōng)具(jù)链，任何组织和个人可(kě)以随时在RISC-V基金会网站上免费下载（无需注册）。

RISC-V的推出以及基金会的成立，受到了學(xué)术界与工(gōng)业界的巨大欢迎。著名(míng)的科(kē)技(jì )行业分(fēn)析公(gōng)司Linley Group 将RISC-V评為(wèi)“2016年最佳技(jì )术”，如图1-12所示。

开放而免费的RISC-V架构诞生，不仅对于高校与研究机构是个好消息；為(wèi)前期资金缺乏的创业公(gōng)司、或成本极其敏感的产(chǎn)品、或对现有(yǒu)软件生态依赖不大的领域，都提供了另外一种选择，而且得到了业界主要科(kē)技(jì )公(gōng)司的拥戴，包括谷歌、惠普、Oracle和西部数据等硅谷巨头都是RISC-V基金会的创始会员，如图1-13所示。众多(duō)的芯片公(gōng)司已经开始使用(yòng)（譬如，三星、英伟达等）或者计划使用(yòng)RISC-V开发其自有(yǒu)的处理(lǐ)器用(yòng)于其产(chǎn)品。

RISC-V基金会组织每年举行两次公(gōng)开的专题讨论会（Workshop），以促进RISC-V阵营的交流与发展，任何组织和个人均可(kě)以从RISC-V基金会的网站上下载到每次Workshop上演示的PPT与文(wén)档。RISC-V第六次Workshop于2017年5月在中(zhōng)國(guó)的上海交大举办(bàn)，如图1-14所示，吸引了大批的中(zhōng)國(guó)公(gōng)司和爱好者参与。

简单就是美——RISC架构的设计哲學(xué)

RISC-V架构作(zuò)為(wèi)一种指令集架构，在介绍细节之前，让我们先了解设计的哲學(xué)。所谓设计的“哲學(xué)”便是其推崇的一种策略，譬如我们熟知的日本車(chē)的设计哲學(xué)是经济省油，美國(guó)車(chē)的设计哲學(xué)是霸气等。RISC-V架构的设计哲學(xué)是什么呢(ne)？是“大道至简”。

作(zuò)者最為(wèi)推崇的一种设计哲學(xué)便是：简单就是美，简单便意味着可(kě)靠。无数的实际案例已经佐证了“简单即意味着可(kě)靠”的真理(lǐ)，反之越复杂的机器则越容易出错。一个最好的例子便是著名(míng)的AK47冲锋枪，正是由于简单可(kě)靠的设计哲學(xué)，使其性价比和可(kě)靠性极其出众，成為(wèi)世界上应用(yòng)最广泛的单兵武器。

在格斗界，初學(xué)者往往容易陷入追求花(huā)式繁复技(jì )巧的泥淖，迷信于花(huā)拳绣腿。然而顶级的格斗高手，最终使用(yòng)的都是简单、直接的招式。所谓大道至简，在IC设计的实际工(gōng)作(zuò)中(zhōng)，作(zuò)者曾见过简洁的设计实现其安(ān)全可(kě)靠，也曾见过繁复的设计長(cháng)时间无法稳定收敛。简洁的设计往往是可(kě)靠的，在大多(duō)数的项目实践中(zhōng)一次次得到检验。IC设计的工(gōng)作(zuò)性质(zhì)非常特殊，其最终的产(chǎn)出是芯片，而一款芯片的设计和制造周期均很(hěn)長(cháng)，无法像软件代码那样轻易地进行升级和打补丁，每一次芯片的改版到交付都需要几个月的周期。不仅如此，芯片的制造成本费用(yòng)高昂，从几十万美金到成百上千万美金不等。这些特性都决定了IC设计的试错成本极為(wèi)高昂，因此能(néng)够有(yǒu)效地降低错误的发生就显得非常重要。现代的芯片设计规模越来越大，复杂度也越来越高，并不是要求设计者一味地逃避使用(yòng)复杂的技(jì )术，而是应该将好钢用(yòng)在刀(dāo)刃上，将最复杂的设计用(yòng)在最為(wèi)关键的场景，在大多(duō)数有(yǒu)选择的情况下，尽量选择简洁的实现方案。

作(zuò)者在第一次阅读RISC-V架构文(wén)档之时，不禁赞叹。因為(wèi)RISC-V架构在其文(wén)档中(zhōng)不断地明确强调其设计哲學(xué)是“大道至简”，力图通过架构的定义使硬件的实现足够简单。其简单就是美的哲學(xué)，可(kě)以从几个方面看出，后续小(xiǎo)节将一一加以论述。

无病一身轻——架构的篇幅

如果对ARM的架构文(wén)档熟悉的读者应该了解其篇幅。经过几十年的发展，现在的x86与ARM架构的架构文(wén)档多(duō)达数千页(yè)，打印出来能(néng)有(yǒu)半个桌子高，可(kě)真是“著作(zuò)等身”。

想必x86与ARM架构在诞生之初，其篇幅也不至于像现在这般長(cháng)篇累牍。之所以架构文(wén)档長(cháng)达数千页(yè)，且版本众多(duō)，一个主要的原因是其架构发展的过程也伴随了现代处理(lǐ)器架构技(jì )术的不断发展成熟，并且作(zuò)為(wèi)商(shāng)用(yòng)的架构，為(wèi)了能(néng)够保持架构的向后兼容性，不得不保留许多(duō)过时的定义，或者在定义新(xīn)的架构部分(fēn)时為(wèi)了能(néng)够兼容已经存在的技(jì )术部分(fēn)而显得非常的别扭。久而久之就变成了老太婆的裹脚布——极為(wèi)冗長(cháng)，可(kě)以说是积重难返。

那么现代成熟的架构是否能(néng)够选择重新(xīn)开始，重新(xīn)定义一个简洁的架构呢(ne)？可(kě)以说是几乎不可(kě)能(néng)。Intel也曾经在推出Itanium架构之时另起灶炉，放弃了向前兼容性，最终Intel的Itanium遭遇惨败，其中(zhōng)一个重要的原因便是其无法向前兼容，从而无法得到用(yòng)户的接受。试想一下，如果我们买了一款具(jù)有(yǒu)新(xīn)的处理(lǐ)器的计算机或者手机，之前所有(yǒu)的软件都无法运行，那肯定是无法让人接受的。

现在推出的RISC-V架构，则具(jù)备了后发优势。由于计算机體(tǐ)系结构经过多(duō)年的发展已经是一个比较成熟的技(jì )术，多(duō)年来在不断成熟的过程中(zhōng)暴露的问题都已经被研究透彻了，因此新(xīn)的RISC-V架构能(néng)够加以规避，并且没有(yǒu)背负向后兼容的历史包袱，可(kě)以说是无病一身轻。

目前的“RISC-V架构文(wén)档”分(fēn)為(wèi)“指令集文(wén)档”和“特权架构文(wén)档”。“指令集文(wén)档”的篇幅為(wèi)100多(duō)页(yè)，而“特权架构文(wén)档”的篇幅也仅為(wèi)100页(yè)左右。熟悉體(tǐ)系结构的工(gōng)程师仅需一两天便可(kě)将其通读，虽然“RISC-V的架构文(wén)档”还在不断地丰富，但是相比“x86的架构文(wén)档”与“ARM的架构文(wén)档”，RISC-V的篇幅可(kě)以说是极其短小(xiǎo)精(jīng)悍。