oss底层主流开源技术（扎根清华-伯克利深圳学院）

英国新闻媒体《经济学人》10月份发布了一篇有关RISC-V的文章，以盖房子作为类比“科普”了RISC-V指令集架构(ISA)与多年来主导计算机和手机行业的x86和Arm架构的区别。设计一颗芯片如同盖一栋房子，无论占地面积多大，楼层多高，多少房间，都需要遵循统一的基础标准，比如建筑材料、电气连接、排水管道，以及通信网络布线等。作为建筑设计师，无论你的设计多么高大上，这些基本标准都是要遵守的。

图1：《经济学人》发表关于RISC-V开源芯片的文章（图片来源：Alexander Glandien）

ISA对芯片的重要性

应用到PC行业，你不能做设计师来设计自己的芯片，只能作为客户购买Intel设计和制造出的现成芯片（当然也可以选择AMD的芯片），因为PC的CPU芯片都采用x86架构，Intel不对外授权开放，你有钱也买不到（因为政府法规的历史原因，Intel才授权给AMD，但多年来AMD都是在Intel的阴影下挣扎，最近才开始出头）。主导30多年PC发展历史的就是这个x86架构，把控x86架构的Intel也发展成为年营收超过700亿美元的半导体巨头。

同样的原则应用到手机行业，这次主导者是Arm架构。你可以作为芯片设计师来设计自己的芯片，但必须从Arm公司购买授权许可。从苹果iPhone到安卓阵营的三星、华为和小米等手机的处理器都采用Arm ISA，尽管手机处理器芯片开发商有很多（包括高通、苹果、华为海思、联发科、紫光展锐、NXP和ST等），但都必须遵守Arm制定的标准和规则。

进入IoT时代，x86和Arm架构在应对碎片化的物联网设备的低成本和低功耗挑战时都显得力不从心。闭源和高昂的微处理器授权成本在PC和手机设备上还不算什么，但对更低功耗、更小尺寸及更低成本的物联网设备就不同了。RISC-V架构从伯克利的学术圈迅速发展成为全球芯片设计行业的新兴ISA，从经济的角度来看也就不足为奇了，因为RISC-V是开源、自由、开放，甚至免费的。

RISC-V在中国和深圳

RISC-V在中国的火热程度甚至超过美国，这背后还有一个地缘政治的原因。伴随着中美之间的贸易摩擦，科技冷战也开始打响。美国政府加大美国先进技术对中国企业的出口管制，迫使以华为为首的中国高科技企业寻求自主创新之道。虽然多年来中国科研院所和企业先后购买Intel、AMD、MIPS和Arm架构授权，但在微处理器研发和产业化方面都没能形成气候，更谈不上“自主可控”了。RISC-V恰逢其时，短短两年时间内就在中国半导体业界形成“芯芯之火”的燎原之势。

专门负责RISC-V架构和指令标准制定及RISC-V生态发展营销推广的RISC-V基金会特别重视中国市场，不但有专门的中国委员会，还积极与两家中国RISC-V联盟机构合作。立足上海的中国 RISC-V 产业联盟(CRVIC)以围绕RISC-V的芯片设计产业发展为主，而立足北京的中国开放指令生态(RISC-V)联盟CRVA则以RISC-V生态的设计工具和软件开发为主。那么问题来了，以“硬件设计创新之都”著称的深圳在RISC-V方面有什么动作呢？

图2：RISC-V国际开源实验室(RIOS)于11月12日在深圳五洲宾馆举行揭牌仪式（图片来源：TBSI）

深圳迈出了更大一步，干脆把RISC-V的开山鼻祖David Patterson教授请来了，还专门在清华-伯克利深圳学院(TBSI)成立以Patterson教授命名的RISC-V国际开源实验室(RIOS)，并在第一届中国RISC-V论坛(11月12-13日)期间举行了RIOS揭牌仪式。按照Patterson教授的说法，RIOS在西班牙语里是“河流”的意思，寓意这个RISC-V研究机构将像河流一样汇聚来自全球的资源和智力，催生和孕育RISC-V生态的健康发展，并推动RISC-V发展成为未来50年的计算架构标准。

Patterson教授在RISC-V论坛的主题演讲中介绍了他40多年来在美国加州大学伯克利分校(UC-Berkeley)领导的多个5年项目计划，其中包括RISC从第一代到现今的第五代项目，以及成为计算机行业标准的RAID磁盘阵列和工作站网络等。他将通过RIOS走出伯克利，与清华和深圳合作进行新的尝试。RISC-V国际开源实验室将致力于构建基于RISC-V的软硬件生态体系，建设以深圳为根节点的RISC-V全球创新网络，专注于开源处理器的前沿技术，从而推动全球RISC-V技术的工业化进程和软硬件生态建设。此外，RIOS也将依托清华-伯克利深圳学院的“数据科学交叉学科”项目，开展硕士研究生培养计划，预计五年内招生100名，博士生招生及博士后相关工作也正酝酿筹备中。

图3：Patterson教授在第一届中国RISC-V论坛发表主题演讲

图4：第一届中国RISC-V论坛在清华-伯克利深圳学院举行

精简指令集计算机(RISC)就是由Patterson教授和原斯坦福大学校长John Hennessy博士于上世纪80年代提出的一种ISA，相对于x86的CISC有诸多优势，但在PC时代没有得到足够重视和发展。在移动互联网时代由Arm发扬光大，成为业界闻名的Arm架构。Hennessy博士的研究项目发展成了MIPS，一度跟Arm一样盛名，但因为母公司多次易主，才导致现在的衰落现状。尽管MIPS也迈出了开源开放的重要一步，但毕竟慢RISC-V半拍，看来难以赶上RISC-V的势头了。

图5：专利流氓公司TROLL（图片来源：Patterson教授）

Linux开源生态在软件行业发展得十分成功，也催生出像红帽这样的企业级开源软件服务商。Patterson教授相信RISC-V也可以像Linux一样，在硬件和芯片设计领域发展出繁荣的生态。当然，RISC-V要发展出未来高科技产业的健康生态，肯定会遇到很多障碍。除了来自x86和Arm的竞争压力外，还有专利和知识产权问题。闻名于开源软件社区的BSD模式就是起源于伯克利，但是否适用于RISC-V还不太清楚。他还特地指出了一种称为TROLL的专利流氓公司的危害，这些公司专门购买一些被收购或倒闭的公司的技术专利，然后四处寻找攻击目标以从中获利，这对初创公司和RISC-V生态的创新者会构成不小的威胁。

安全、安全、安全

由RIOS及RISC-V相关组织主办的第一届中国RISC-V论坛以RISC-V相关硬件、软件和工具开发的技术研讨为主，吸引了来自企业界和学术界的500多人参加。在为期两天的论坛活动中，40多个RISC-V相关研究项目做了演讲和展示，其中有6个项目是关于RISC-V微处理器安全性的研究。黑客攻击已经从软件和操作系统层面渗透到硬件层面，这几年出现的幽灵系列漏洞针对的并不是某个具体的硬件缺陷，而是将矛头对准了分支预测和乱序执行这两个现代 CPU 处理器架构普遍采用的优化策略，并通过缓存侧信道攻击(side channel attack 简称SCA)完成对机密数据的任意读取。

图6：针对硬件安全漏洞的幽灵系列攻击

这种病毒的通用性极强，也极难做到全面的防御。无论x86、Arm还是RISC-V架构，都必须认真对待这类黑客攻击。本届RISC-V论坛有关安全性的研究项目包括：
1. 高可靠性、高安全性RISC-V处理器设计和实现（芯来科技）
2. An Enclave-based TEE for SE-in-SoC in RISC-V Industry（阿里平头哥半导体）
3. A High-performance Secure RISC-V Core for Embedded Applications（志象尔微电子）
4. SecLabel: Enhancing RISC-V Platform Security with Labelled Architecure（南方科技大学、Wayne State University The Ohio State University）
5. Penglai-Enclave: Secure and Efficient RISC-V Enclave（上海交通大学）
6. RISC-V Encryption Virtualisation（阿尔及利亚）

随着5G网络、AI和IoT应用的全面展开，人机交互和物物互联的场景对安全性提出了更高的要求，软件和硬件的安全漏洞有可能造成巨大的危害。对于还处于起步阶段的RISC-V来说，应对安全性问题既是一个挑战，也是一个机遇。如果RISC-V在安全性方面具有x86和Arm所无法企及的优势，必将吸引更多的重量级企业加入RISC-V阵营，从而推动RISC-V生态的快速发展。