|
RISC-V的故事,其根源可以追溯到半个世纪前的计算机科学革命之中。
1974年,IBM着手探索构建每小时能处理百万个电话的交换机,其研究员约翰·科克(John Cocke)及其团队承担起设计适用于此的控制器的重任,初步估算至少需要6个MIPS处理器。然而,1975年IBM的电话交换项目遭遇搁置,处理器未能制成,但幸运的是,期间的研究成果得以延续,并在同年10月以801项目的名义重新启动。 在这个关键时刻,约翰·科克展现了他的卓越远见。在参与IBM 370 CISC系统的研究时,他发现了一个关键现象:占总指令数20%的简单指令承担了80%的程序调用工作,而复杂指令的使用频率却很低。这一发现促使他开始思考如何通过简化指令集来提高计算机性能,于是他首次引入了RISC架构。
RISC架构的核心思想是简化硬件设计,使硬件只执行有限且最常用的指令集,而大部分复杂的操作则通过成熟的编译技术由简单指令合成。该架构具有指令长度固定、指令格式种类少、寻址方式简单等特点,这使得RISC处理器能够以更高的速度执行操作。
为了实践这一革命性的理念,科克和他的团队全力以赴,终于创造了世界上首台采用精简指令集计算机(RISC)架构的原型机。这一成果不仅验证了RISC架构的优越性,让计算机的运行速度实现了前所未有的飞跃,还为后续RISC技术的发展奠定了坚实的基础。科克因此被誉为RISC架构之父,并在1987年荣获图灵奖。
在约翰·科克和他的团队致力于IBM 801项目的同时,由美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助的两个团队也在进行类似的精简指令集项目。加州大学伯克利分校的团队,在大卫·帕特森(David Patterson)和Carlo H. Sequin的领导下,创造了“RISC”这一术语,并起草了RISC-1,这是今天RISC架构的基础。而斯坦福大学的约翰·轩尼诗(John L. Hennessy)则领导了另一个重要的RISC项目——MIPS。
David领导的学生团队凭借这一全新理念进行的课程设计,仅有区区几十条指令,竟胜过指令数目多达几百条的商业级芯片。这一事实对于CISC流派的支持者们是极大的冲击。ISSCC大会现场所有的大牌人物都目睹了这一历史性时刻,业界哗然。
尽管出于兼容性的考虑,David和学生们设计的芯片从未流入商业市场售卖,但是在他们的推动和宣传下,RISC的设计理念随后如星火燎原般扩散。一大批公司开始采用这种理念设计新处理器。
RISC微处理器的研发为移动互联网和物联网提供了基础支撑,被认为是“计算机行业发展史上真正重要的五六项技术之一”,比尔·盖茨也称“RISC微处理器已被证明是整个行业蓬勃发展的基础“。如今,每年生产的超过160亿个微处理器中有99%是RISC处理器,并且几乎在所有智能手机、平板电脑和构成物联网(IoT)的数十亿嵌入式设备中都能找到。
回溯至2010年,美国加州大学伯克利分校的并行计算实验室(Par Lab)中,一位教授携两名研究生(即下图右侧的三位核心成员),着手筹备一项创新项目,面临的首要任务是选定一种合适的计算机架构。
在深入对比了当时主流的ARM、MIPS、SPARC及X86等指令集后,团队发现这些架构不仅复杂度较高,还伴随着诸多知识产权的法律纠葛。尤为突出的是,X86架构的授权获取难度颇大,而ARM架构的授权费用则相当昂贵。
鉴于上述挑战,该团队于2010年5月毅然决定自主研发一种全新的、开源的指令集,这便是RISC-V的诞生之源。凭借在RISC架构领域积累的四代设计经验和深厚的技术底蕴,研究团队仅耗时三个月便圆满完成了RISC-V指令集的开发工作,这一成就充分彰显了团队的高效研发实力与深厚技术积累。
|