RISC-V基金會執行長Calista Redmond。圖片來源/RISC-V基金會

開源軟體盛行多年,近來,一個晶片層級的新興「開源」指令集架構RISC-V,迅速在開源硬體市場上嶄露頭角,不僅業界看好它有機會挑戰英特爾,連獨占行動處理器市場多年的Arm也備感威脅,而決定放寬指令集的限制,更讓RISC-V成為近來最火紅的開源硬體技術。

為何這個指令集架構會特別不同?為何AI應用需要採用這樣架構?超過491個會員的加入,又代表了什麼意義?iThome越洋採訪了現任RISC-V基金會執行長Calista Redmond來解答。

Q:RISC技術發明人曾指出,RISC-V將成處理器界Linux,這要如何實現?

 A  RISC-V基金會將會建立一個軟硬體創新者能共同合作的開放社群,作為引領RISC-V ISA(指令集架構)未來發展方向和推動之用。生態系的建立,需要透過這個RISC-V標準,才能支援許多不同的CPU供應商,讓他們能在不同的應用領域上彼此競爭。

甚至,如果沒有這一個開放標準,現在,許多學界的晶片專案也無法採用開源作法。

RISC-V有諸多優勢,包括了開放性、簡易性、簡潔設計、模組化、擴充性和穩定性。基金會還擁有20多個工作小組和委員會,持續開發各種擴充指令、工具和策略,以加速實作、設計及採用。

我們的小組也致力於安全性、ISA指令擴充、驗證與法遵、模擬、軟體以及許多業界關注的應用領域,如HPC等,還有學術界。

為了凝聚社群力量,每年RISC-V基金會都會舉辦全球性活動來討論當前和未來的RISC-V重要專案計畫,包括商用及開源實作、軟體及矽晶片、向量與安全性、應用和加速器、模擬基礎設施等等。我們也積極推動相關RISC-V系列講座及活動。

Q:RISC-V真的可以打破摩爾定律瓶頸,找到新出路嗎?

 A  過去10年來,由於我們不再單靠傳統半導體的物理運作原理及製程來解決問題,如增加電晶體或縮小核心,半導體產業想盡辦法用各種手段要來解決摩爾定律的瓶頸。

RISC-V已經是能夠提高CPU運算效能的一種創新方法。因為RISC-V提供機會,讓設計者可以發展專有版本的CPU實作,而在企業研發產品時也有好處,可以縮短硬體開發時間,能降低策略成本和整體風險。當生態系持續成長茁壯,想到這些採用者會如何從開源找出更多實作的可能性,就很令人期待。

RISC-V基金會成員來自超過491個組織、個人以及學術機構,這裡有一個活躍的社群,來推動整個生態的持續發展,包括批准規格、法遵測試和軟體驗證套件,以及其他技術交付等。

Q:為何開源對RISC-V架構如此重要?

 A  就像開源軟體解放整個產業一樣,RISC-V致力於打破處理器設計的獨占。透過開放、無償、免授權方式提供,使得RISC-V更容易擴散到更多產業,包括晶片和設備製造商,用在自己的CPU設計上,來新增擴充指令或加入客製功能,以滿足不同市場的需求。

Q:RISC-V如何跟 x86與Arm處理器競爭?

 A  不同於傳統的處理器ISA(編按:指x86或Arm體系),採用相容RISC-V的ISA,不僅架構設計簡單,也較不占空間,現階段大約有20多個獨立ISA,每個ISA都專注於一組特定的功能。由於在ISA層並不涉及CPU實作方式,而是通過整個SoC組成和其他設計屬性來定義,因此,工程師可以依據自身需求,來決定是要加大核心打造更強大CPU,或是採用小核心,來達到高度省電的設計。RISC-V還有另一個好處是,開發者還能加入自己的指令集,做為特殊指令用途,來放進自己的CPU,不須經過任何批准。

另外,由於RISC-V的核心規範本身,是以創用CC授權,使用者可免付權利金,這提供了更大的靈活彈性,可以將一個相容RISC-V指令集的CPU設計,從FPGA移植到一個ASIC或另一個FPGA,無須修改軟體。有了這些好處,都能幫助這些採用者加速創新。

Q:AI加速器晶片使用這個架構的好處?

 A  能塑造產品差異化。現在許多應用都需要AI加速,在硬體上,不僅需要處理通用型任務,還需要針對密集運算的關鍵任務(比如AI推論)進行加速。像是智慧型嵌入式視覺這類主流AI應用,就需要一個高效能的AI推論加速器,搭配功能強大的應用處理器,還要有高度彈性的可程式化邏輯FPGA晶片,才能將各種感測器,包括攝影鏡頭、顯示器和其他周邊設備取得的影像資訊,交由這些專門CPU執行。

在RISC-V CPU中,設計者可以使用自己設計的客製指令,作為特定領域應用的加速(DSA)用途,這就可以建立產品的差異化,而且更省成本和功耗。RISC-V的可擴充性,意味著,有可能設計出一個CPU,需要執行程式碼比之前體積更小、更輕量,從而減少記憶體需求,甚至能成為降低能耗的關鍵。

Q:對於RISC-V生態系未來發展有什麼期待?

 A  未來5年,RISC-V生態系有機會快速成長。

根據產業研究機構Semico最新的預測,到了2025年,市場採用RISC-V的CPU總核心數將會達到624億顆!

屆時,我期待看到RISC-V可以實作出更多新式CPU類型,可以被運用在創新的消費型裝置、工業應用、HPC應用與其他更多領域應用上。

Q:Arm開始鬆綁專有指令集會有什麼影響?

 A  不少公司開始允許透過客製化指令的方式,讓晶片製造商使用在自己的CPU,以提高設計彈性和擴充性,這樣的趨勢在電子業日益明顯,利用這些客製晶片,來優化效能、降低成本,建立有別於競爭對手的差異。

Q:RISC-V基金會下一步目標是什麼?

 A  我們將繼續完善RISC-V標準及其技術,讓採用者能更容易在自己的產品實作完整RISC-V核心。其次,則要擴大社群成員的規模,可延伸到更多相關領域,以及加深社群參與。為此,我們將聚焦擴大發展生態系,可以橫跨不同產業,而且是全球性的,來提供更多支援與教育工具,以便於加快OS、硬體實作與開發工具的發展腳步。我們的目標,是要加速產業採用RISC-V,進而使所有社群參與者都能從中共享其利益。

Q:為何要來臺灣舉辦研討會?

 A  臺灣擁有很強健的嵌入式開發與程式開發服務經濟。在亞洲多達2千萬隻健身手環和智慧手錶,均內建RISC-V處理器,此外,在臺灣,也有老字號CPU設計廠商晶心科技,成立多年,它也是深耕RISC-V生態系的資深成員之一。我們已經建立合作夥伴關係,也打算發展新的合作。而通過開放標準的協作,我們也鼓勵更多組織和個人能夠加入這個生態體系,共同開創一個處理器創新的新時代。

Q:就你觀察, RISC-V風潮對臺灣企業的機會和衝擊為何?

 A  從美國、歐洲到亞洲,在學界和業界都有不少人熱切投入RISC-V,帶動了生態系的蓬勃發展。臺灣也有不少RISC-V供應商和軟體開發商,基金會將提供各種工具和支援,幫助這些臺灣業者能在資安領域獲得成果,回頭壯大整體生態系。

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