3.8.1　RISC-V体系架构发展历程

RISC-V是基于精简指令集计算原理建立的开放指令集架构，V表示为第五代RISC（精简指令集计算机），表示此前已经出现四代RISC处理器原型芯片。每一代RISC处理器都是在同一人带领下完成，那就是美国加州大学伯克利分校的David A.Patterson教授。它虽然不是第一个开源的指令集（ISA），但它可以免费用于任何制造和销售的RISC-V芯片和软件中。RISC-V第一个被设计成可以根据具体场景，来选择适合指令集的指令集架构。基于RISC-V指令集架构，可以设计服务器CPU、家用电器CPU、工控CPU和小型传感器中的CPU。

RISC-V是一种新兴的开源精简指令集架构，由加州大学伯克利分校在2010年首次发布。RISC-V的出现和迅速发展有其必然的原因，它是建立在现有的体系结构（如X86、ARM、MIPS等）经长期发展所暴露出的种种问题之上，顺应现代信息系统设计需求和体系结构发展趋势而“诞生”的。这些问题包括：

（1）现有体系结构往往缺乏开放性，存在许多知识产权等非技术性问题。例如，Intel公司持有X86架构的专利（自1978年开始），他人使用X86指令集相关技术需要向其支付高昂的授权费用，对X86指令集的模拟也将引发法律上的争议。这种封闭的态势与体系结构发展的开放趋势背道而驰，抬高了系统研发与成果转化的成本，阻碍了技术的推广和进步。而RISC-V具有开源、免费、开放、自由的特点，其基金会总部于2020年3月正式迁往永久中立国瑞士，更是释放了坚持服务全世界的信号，使任何组织和个人都可以不受地缘政治影响、自由平等地使用RISC-V。

（2）现有体系结构经过长期发展，多个版本的迭代积累了许多历史遗留问题。基于各历史版本的技术产品在市场生态中共存，使得新版本的研发必须考虑向后兼容性。例如，AMD64是对32位X86架构的64位扩展，面向64位开发与应用环境；但它同时仍要向后兼容32位甚至16位的X86架构，使早期X86架构下开发的应用同样可以在AMD64系统中正常运行。这种积重难返的状态削弱了现有体系结构的可定制化能力，难以满足现代信息系统对于多样化的工作环境与功能表现的需求。而RISC-V作为一种从零开始设计的新体系结构，在吸收现有各体系结构优点的同时，去除了对历史遗留问题的考量和旧有技术的依赖；RISC-V采用模块化设计，并提供大量自定义编码空间以支持对指令集的扩展，从而允许开发者根据资源、能耗、权限和实时性等不同需求，基于部分特定的模块和扩展指令集进行精细化的系统设计研发，体现了强大的系统可定制化能力。

（3）现有主流架构的文档资源种类繁多、内容冗长，学习与维护的成本较高，使开发者难以在短时间内掌握所需的技术，遇到问题时也不易迅速定位到相关的信息区间。例如，ARMV8-A架构的官方手册仅一卷就多达8 538页；相比之下，RISC-V官方手册仅有两卷共329页，包括238页的指令集手册和91页的特权架构手册，文档精简，学习门槛更低，更有助于研发团队的不断壮大和技术实力的不断进步。因此，对于RISC-V的研究已成为近年来学术界和工业界的一大热点，并涌现了许多突破性成果，如美国西部数据公司研发的基于RISC-V的通用架构SweRV、中国阿里巴巴公司研发的64位高性能嵌入式RISC-V处理器Xuantie-910、中国科学院计算技术研究所在RISC-V中国峰会发布的开源高性能RISC-V处理器核“香山”、上海交通大学开源的基于RISC-V的可信执行环境安全系统“蓬莱”等。