全开源对标树莓派！来势汹汹的 RISC-V 能否打破芯片领域的行业垄断？
技术编辑：徐九丨发自 思否编辑部
今年 7 月，RISC-V 国际开源实验室（RIOS）发布了首个可运行 Linux 系统的 RISC-V 架构微型计算机 PicoRio，成为继树莓派之后又一款开源的微型计算机系统。
但不同之处在于，PicoRio 选择的是全开源模式。也就是说 PicoRio 从 CPU 设计、PCB 电路板设计，再到操作系统核心软件将全部开源。
该产品的发布引起了全球开发者的关注，并认为这将有可能帮助 RISC-V 打破 X86 和 ARM 在芯片市场的垄断，让开源在硬件领域发挥更大的价值。
那么 PicoRio 到底是个什么东西？全开源的意义在那儿？真的能帮助 RISC-V 在 CPU 领域突围么？我国芯片企业纷纷押注的 RISC-V 在现在的国际情况下真的能一直保持中立、开源么？
先行者树莓派和破局者 RISC-V
虽然开源硬件早在上世纪 60 年代就已经有了，但开源硬件本身的成本和技术门槛决定了它尴尬的位置。
在 80 年代开源运动前后，越来越多的硬件制造商开始对自己的硬件产品闭源。从商业的角度上分析，闭源对于他们的好处确实更明显。直到今天，大部分的硬件厂商也仍然采取这一策略。
2012 年，搭载着标准化硬件接口的树莓派凭借着低价、开源以及极强的可拓展性获得了迅速的发展，一举成为全球最受关注的开源硬件，也让开源硬件走入了大众的视野。截止去年年底，树莓派的全球销量超过了 3000 万件，因为每一代使用的均是 ARM 架构处理器，所以对 Arm 生态的成熟、甚至嵌入式系统的发展其实也有着重大的意义。
但事情总是要分两面来分析的。
我们都知道，目前全球的 CPU 市场几乎被 X86 和 ARM 两大架构垄断，开源硬件领域也是如此。虽然是开源硬件，但 ARM 等商业芯片供应商仍然会对使用其专利者收取较高的许可费用，并且也要求签署相关的保密协议，很多的设计优点也不会披露给客户，即便付了授权费，指令集也十分复杂。
在这个大背景下，一套名为 RISC-V 的全新指令集在 2010 年诞生了。
RISC-V 的领导者之一是图灵奖得主大卫·帕特森教授（David Patterson），他曾在 80 年代参与制作了 RISC 指令集。为了解决 使用商业芯片面临的问题，他联合了一些资金较少的小公司和研究人员，为各自特定的需求，开发自己的芯片，并要求对相关的指令集以及芯片设计进行开源。
虽然这不是第一个开源指令集，但它具有重要意义，因为其设计使其适用于现代计算设备（如仓库规模云计算机、高端移动电话和微小嵌入式系统）。设计者考虑到了这些用途中的性能与功率效率。该指令集还具有众多支持的软件，这解决了新指令集通常的弱点。
完全开源的 RISC-V 很快便受到了全球芯片开发者的关注。2016 年初，非盈利组织 RISC-V 基金会正式成立，随着项目的发展以及互联网、物联网的发展，RISC-V 的优势进一步得到体现，截止目前全球已经有超过 150 个组织加入，包括谷歌、华为、英伟达、高通、麻省理工学院、普林顿大学、印度理工学院、中科院计算所等知名企业和高校机构。
今年 7 月，RISC-V 国际开源实验室（RIOS：RISC-V International Open Source Lab）发布了PicoRio，对标的就是已经非常成功的树莓派，RIOS 希望借 PicoRio 带动 RISC-V 生态的发展，推动 RISC-V 的迅速普及。
PicoRio 的优势与意义
PicoRio 的目标是可提供工业级的开源 IP 和开源软件，与树莓派相比，PicoRio 最大的特点无疑是其开源得更加彻底 —— 从 CPU 设计、PCB 电路板设计，再到操作系统核心软件将全部开源。
此外，在和树莓派价格基本持平的基础上 PicoRio 具备更低的功耗，根据资料显示，树莓派目前待机状态功耗为 3.4 瓦，在活跃状态下功耗为 7.6 瓦；而 PicoRio 的目标则是将待机功耗控制在 0.05 瓦内，活跃功耗控制在 0.5 瓦以内。作为工业级的产品，这个功耗优势非常明显了。
除高质量工业级的开源 IP 之外，PicoRio 还将提供开源的参考 SoC 设计，以及详尽的集成文档。在软件方面，PicoRio 设计了一个整体软件架构，具有丰富的操作系统环境以及其他程序的支持，因此拥有一个强大的软件生态。
在近期的采访中，RIOS 联合主任谭章熹表示，构建 PicoRio 这样一个开源的硬件平台，将对 RISC-V 的推广带来非常积极的作用。
PicoRio 的发布，标志着 RIOS 实验室进入了实际产出的阶段。以产品正式发布后这一个月的市场反馈来看，很多业内的认识都认为 PicoRio 的发展能帮助 RISC-V 打破 X86 和 Arm 在全球的垄断地位。
中国开放指令生态联盟理事长倪光南也曾表示：
“RISC-V 是非常好的，除了它本身的技术价值以外，它的开放特性决定了可以很容易的进行产业化。中国的新一代信息技术，比如大数据、5G、物联网、VR、边缘计算都可以尝试采用 RISC-V，全世界都知道中国的产品很便宜，性价比很好，大家都用，那么基于 RISC-V 的 CPU 将会在世界范围内成为主流。”
国内芯片企业纷纷押注，RISC-V 能否撑住开源的大旗？
2018 年，中国开放指令生态（RISC-V）联盟成立，联盟发起单位包括中科院计算所、北京大学、清华大学、阿里、百度、中芯国际等近 20 家国内研究机构和企业，由中国工程院院士倪光南担任理事长。
自国内大力推动 RISC-V 以来，国内很多科技公司都基于 RISC-V 架构推出了自研的芯片产品，致力于打破国外长久以来在芯片领域的技术垄断。
阿里巴巴旗下的中天微已经推出支持 RISC-V 第三代指令系统架构处理器 CK902，平头哥推出了运用 12 nm工艺，搭载 16 个核心的 RISC-V 处理器玄铁 910；华米科技 2017 年启动 RISC-V 芯片研发计划，2018 年发布了基于 RISC-V 开源指令集打造的可穿戴处理器黄山 1 号；睿思芯科的 Pygmy 是面向 AIOT 的 RISC-V 多核异构 AI SOC，可应用于智能语音、智能玩具、机器人、工业视觉、可穿戴等应用场景。
但随着近几年国际局势的变化，在我国蓬勃发展的 RISC-V 也感受到了来自美国政府的压力。为了继续保持项目的中立，RISC-V 基金会于 2020 年 3 月将位于美国的总部迁往中立国瑞士。
RISC-V 首席执行官 Calista Redmond 在接受采访时表示，“希望确保美国以外的大学、政府和公司可以帮助开发 RISC-V 这一开源技术。自创建以来，中国公司就可以使用 RISC-V 架构，该架构是公开可用的。”
Calista 表示该基金会的全球合作迄今尚未遇到任何限制，但成员“对可能的地缘政治破坏感到担忧”。她解释：“在世界各地，我们都听说‘如果公司不在美国，我们会更自在’。”
发展迅速，但商业化难题仍需解决
作为新兴的开源芯片架构，RISC-V 目前其实还处在一个初级的阶段，但得益于其始终坚持开放治理的开源准则，很快吸引了大量科技巨头的进驻，所以生态建设发展很快，但关注一下它的商业化推进，可能仍处于摸索阶段。
睿思芯科副总裁王卫在近期的采访中提出了一个观点：
“（RISC-V）主要的挑战在于，CPU 领域不是靠自己单打独斗，还需要更多生态环境的配合，包括编译器、工具链等，需要更多的伙伴参与生态的建设，RISC-V 早期产生和发展都是在国外，发展节奏里，国际协作是非常关键的。作为新的指令集，RISC-V 现在在早期阶段，生态环境不够完整。在发展初期，主要是一些软件生态环境的成熟性和丰富性，需要一定时间发展，但是在特定的边缘应用领域对这个依赖度没有那么高，发展的会更好一些。”
虽然我们总是说“让技术的归技术，商业的归商业”，但商业化其实是一个很复杂的问题，很多问题不是技术好、开源完全就能解决的，关键还是要技术和产品能不能在市场落地。
x86 和 ARM 凭借多年来的发展以及行业地位，已经和产业链中上下游的大部分核心合作伙伴建立了深度的合作关系，如果想要获得这些企业的支持与信任，RISC-V 可能还有很长的路要走。
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