挑戰樹莓派:RISC-V 微型計算機 PicoRio 發布

深圳商報報道,今年 7 月,RISC-V 國際開源實驗室(RIOS)發布了首個可運行 Linux 系統的 RISC-V 架構微型計算機 PicoRio,成為繼樹莓派之後又一款開源的微型計算機系統。

據悉,PicoRio 基於最新的 RISC-V 指令集構建,從 CPU 設計到 PCB 電路板設計,再到操作系統核心軟件全部開源。RIOS 方面表示,PicoRio 對標的正是基於 ARM 架構的開源微型計算機系統 Raspberry Pi (樹莓派)。

挑戰樹莓派

作為最成功的微型計算機,開源的樹莓派在技術圈和學術界一直廣受編程愛好者的好評,各路大神基於樹莓派製作的新奇玩意兒層出不窮,圍繞這款微型計算機已經形成了一種獨特的 DIY 文化,相關的開源軟件生態建設也十分豐富。據統計,截至 2019 年 12 月,樹莓派的全球銷量已經突破 3000 萬套 。

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業界認為,樹莓派的成功對 ARM 架構的推廣起到了積極的作用。自面世以來,樹莓派就憑借其輕便小巧、低能耗、低成本的特點受到年輕一代技術愛好者的追捧,一款樹莓派4 2G 版本僅售 35 美元。很多年輕的 ARM 開發者正是通過樹莓派入門,成為 ARM 軟硬件生態開發潛在的技術人才。

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而與樹莓派相比,PicoRio 最大的特點無疑是其開源得更加徹底:基於開源的 64 位RISC-V 多核處理器芯片。而在其他方面,據官方介紹,PicoRio 1.0 版本支持 Linux 和 Google V8 JavaScript 引擎。其預期功耗(待機 0.05 瓦,工作 0.5 瓦)比樹莓派 4(待機 3.4,工作 7.6)更低,更適合一些對續航與低能耗要求高的場景,比如邊緣計算和物聯網終端。

RIOS 聯合主任譚章熹表示,構建 PicoRio 這樣一個開源的硬件平台,將對 RISC-V 的推廣帶來非常積極的作用。

「CPU 領域的 Linux」

眾所周知,目前全球的 CPU 市場幾乎被 X86 和 ARM 兩大架構壟斷。X86 在英特爾AMD 的掌握下,統治了服務器、PC 端市場;而 ARM 則壟斷了移動端和嵌入式設備市場。

而正是在這樣的環境下,一套名為 RISC-V 的全新指令集在 2010 年誕生,讓開源的理念得以進一步延伸至硬件領域,甚至開始撬動全球芯片市場的格局。

2010 年,美國伯克利的 Krste Asanovic 教授需要為科研項目選擇一個指令集。但由於英特爾對X86 的授權十分嚴格,ARM 的授權費用又十分昂貴,於是 Krste 教授決定帶領團隊開發一個全新的指令集。Krste 的團隊得到了 RISC 發明者之一,David Patterson 教授的支持。三個月後,在四名成員的協力研發下,RISC-V 指令集的雛形誕生了。

雖然 Krste 的團隊僅花費 3 個月時間就完成了 RISC-V 基礎指令集的開發,但為了完善一系列的擴展指令以及進行流片測試,直到 2014 年,第一版 RISC-V 用戶手冊才正式發布。

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Krste Asanovic

RISC-V 指令集是基於精簡指令集計算(RISC)原理建立的開放指令集架構(ISA),RISC-V 是在指令集不斷發展和成熟的基礎上建立的全新指令。RISC-V 指令集完全開源,設計簡單,易於移植 Unix 系統,採用模塊化設計,擁有完整的工具鏈,同時有大量的開源實現和流片案例,已在社區得到大力支持。

很快,功能完善且完全開源的 RISC-V 受到了全球芯片開發者的關注。2016 年初,非盈利組織 RISC-V 基金會正式成立,RISC-V 創始人 Krste Asanovic 教授擔任基金會主席。該基金會成立短短兩年間,就已經有來自全球的 150 多個組織加入,其中包括谷歌、華為、英偉達、高通、麻省理工學院、普林頓大學、印度理工學院、中科院計算所等知名企業和高校機構。乘着開源的東風,RISC-V 進入了高速發展階段。這個時候,甚至已經開始有人把 RISC-V 稱作 「CPU 領域的 Linux」。

RISC-V 在國內的發展

近年來,隨着國內「芯片獨立」的呼聲越來越高,RISC-V 開源的特性自然也受到了國內開發者的關注。

2018 年,中國開放指令生態(RISC-V)聯盟成立,聯盟發起單位包括中科院計算所、北京大學、清華大學、阿里—中天微、百度、中芯國際等近 20 家國內研究機構和企業,由中國工程院院士倪光南擔任理事長。聯盟秘書長包雲崗曾公開表示:「RISC-V 指令集有望像開源軟件生態中的 Linux 那樣,成為計算機芯片與系統創新的基石。」

而在 2019 年 11 月,清華-伯克利深圳研究院建立 RISC-V 國際開源實驗室 RIOS ,由圖靈獎獲得者 David Patterson 擔任實驗室主任,進一步推動 RISC-V 在全球范圍內的普及與發展。

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David Patterson

自國內大力推動 RISC-V 以來,阿里平頭哥等國內科技公司都基於 RISC-V 架構推出了自研的芯片產品,打破了國外長久以來在芯片領域的技術壟斷。

堅持開放治理

RISC-V 在中國的活躍也讓美國方面有所反應

2019 年,美國一些共和黨議員曾表示,他們擔心美國將失去對 RISC-V 芯片架構的影響力。美方認為,RISC-V 架構可用於為幾乎每種類型的電子設備製造微處理器,從而使其成為現代經濟的重要組成部分。

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美國商務部在給路透社的一份聲明中表示,其控制措施旨在維護美國的國家安全,並「確保不良行為者不能獲取損害美國公民或利益的技術,同時促進創新以促進美國繼續保持技術領先地位」。

考慮到中美貿易沖突引發的一系列問題,為保持項目的中立性,RISC-V 基金會於 2020 年 3 月將位於美國的總部遷往中立國瑞士。RISC-V 首席執行官 Calista Redmond 在接受路透社采訪時表示,「希望確保美國以外的大學、政府和公司可以幫助開發 RISC-V 這一開源技術。自創建以來,中國公司就可以使用 RISC-V 架構,該架構是公開可用的。」

Calista 表示該基金會的全球合作迄今尚未遇到任何限制,但成員「對可能的地緣政治破壞感到擔憂」。她解釋:「在世界各地,我們都聽說『如果公司不在美國,我們會更自在』。」

未來

在開源軟件席捲全球的同時,開源代碼硬件基礎也在穩步發展,而被譽為「芯片界 Linux」的RISC-V 就是其中最為火熱的項目。作為新興的開源芯片架構,RISC-V 目前的生態還處在一個初級的階段,但得益於其始終堅持開放治理的開源准則,吸引了大量科技巨頭的進駐,生態建設發展很快。

以目前 RISC-V 在業界掀起的巨大波瀾來看,不少業內人士都十分看好 RISC-V 能在未來打破 ARM 和 X86 的壟斷。PicoRio 的出現,正是 RISC-V 向年輕開發者普及過程中邁出的重要一步。

「RISC-V 是非常好的,除了它本身的技術價值以外,它的開放特性決定了可以很容易的進行產業化。」中國開放指令生態聯盟理事長倪光南表示,「中國的新一代信息技術,比如大數據、5G、物聯網、VR、邊緣計算都可以嘗試採用 RISC-V,全世界都知道中國的產品很便宜,性價比很好,大家都用,那麼基於 RISC-V 的 CPU 將會在世界范圍內成為主流。」

來源:cnBeta