RISC-V基金会CTO：站在巨人肩膀上，展望下一个十年

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本文作者：RISC-V基金会CTO Mark Himelstein

RISC-V已经有十年的历史了。下面我们来看看RISC-V基金会已经完成了什么，以及它是如何通过针对特定计算环境和行业的扩展来向前发展的。

RISC-V基金会正在开发一系列可选扩展，旨在以前所未有的新方式支持特定行业以及整个计算行业。

本文提供了这些扩展的三个例子：安全、向量和缩减的代码大小。

RISC-V最近庆祝了它的10周年纪念日，我们的社区现在处于一个独特的位置，可以充分利用之前在开源软件和硬件方面的历史。

RISC-V是一个完整的开源体系结构，充分体现了RISC的特点。它是一个灵活的平台，适用于解决从物联网（IoT）到超级计算机等各种行业需求的解决方案。

我们最初开发了一个紧凑的指令集体系结构（ISA），它能够包含通用、可选和自定义扩展。毫不奇怪，现在的门槛比上世纪80年代第一个商用RISC芯片出现时高很多，这意味着对ISA特性的要求更高，同时也需要不断增长的生态系统来生产可部署产品。

当然，ISA只是冰山一角。它本身并没有什么用处，因此我们已经并正在继续开发一个丰富的软件生态系统，确保工具和功能（例如，模拟器、验证工具、操作系统、管理程序、调试器、编译器等）已经就绪。反过来，RISC-V成员可以从与社区的共同努力中获益，并加速创新。

我们的组织正在开发一系列可选扩展，旨在以前所未有的新方式支持特定行业以及整个计算行业。我将在这里讨论的三个例子，分别是密码学、向量处理和缩减代码大小。

安全

无论是行业还是实现，公司都必须决定其应用程序所需的安全级别。这是自RISC开始以来情况发生了很大变化的情况之一，从需要使用改进的加密标准（如AES）到防范诸如Spectre和Meltdown之类的恶意攻击。

例如，RISC-V加密任务小组已经设计了许多属于其他扩展（例如RISC-V的位操作扩展）的指令，并且正在设计特定于加密的扩展。因此，如果金融部门需要保护每一笔交易，我们定义的扩展可以将AES-128加密所需的指令减少一个数量级以上（在64位RISC-V设计中，从1145条指令减少到78条指令）。利用RISC-V的向量扩展，高性能的实现技术可以进一步将指令的数量减少到每个块不到一条指令，同时提高了抗旁路攻击的能力。RISC-V 组织在ISA中允许的内容非常节俭，任务小组必须向社区展示扩展指令集的价值后才会选用。

矢量处理

自从 ILLIAC或CRAY一号计算机问世以来，向量处理已经存在了很长一段时间。它一直是关键部门做的事情，如天气预报和声纳等。然而，现在随着人工智能（AI）的兴起和机器学习（ML）在各类型的应用和解决方案中的扩散，向量处理需求已经成为主流。

RISC-V有其历史上的优势。我们见证了所有已经诞生的实现以及现代应用程序和工作负载的需求。因此，我们在社区中有一组架构师设计向量扩展来处理最苛刻的用途，比如稀疏矩阵等。

此外，因为我们创建的向量扩展没有历史的负担，而且有一个整体的看法，所以我们注意到了到底需要什么。例如，对于内存系统，为了减少那些非常稀疏的矩阵操作的影响，我们增加了虚拟内存（如页表和tlb）和内存访问（支持实现来有效地减少对遍历操作的缓存影响）。

减少代码量

嵌入式操作（如物联网应用程序和计算机设备）通常会要求代码量减少。我们创建了一个支持16位指令版本的C扩展（C extension），它适用于32位标准指令集中的相应指令。正如您所想象的，这减少了空间需求并提高了缓存的局部性。

然而，一旦我们设计了C扩展，就可以清楚地看到，所有其他段都可以利用这个扩展来增强它们的缓存局部性。随后，C扩展成为大多数实现者将在其设计中包含的基本扩展。但我们并没有就此止步。我们从整体上审视了嵌入式市场的需求，并推出了其他扩展，比如称为Zfinx的扩展。它允许实现者在整数和浮点运算之间共享寄存器，从而减少寄存器所需的空间。

通过这些例子，您可以看到RISC-V正在考虑特定行业的需求，并将它们转换为适当的RISC-V特性。这样一个整体的观点加上RISC-V的灵活性吸引了众多行业的成员。我们打算继续这种模式。因此，总有一天你可以在你的烤面包机上看到RISC-V的设计，以及地球上最大的超级计算机，以及介于两者之间的每一个计算平台中。

关键字：RISC-V CTO 引用地址：RISC-V基金会CTO：站在巨人肩膀上，展望下一个十年

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