文章來源：中國開放指令生態聯盟
本文導讀
近日，網路上出現對RISC-V與開源處理器存在誤讀的文章，讓一些讀者產生困惑。本文將對處理器的指令集、微架構實現與開源模式等概念以及和RISC-V的聯繫等進行解讀，希望能幫助廣大讀者更好地理解RISC-V與開源處理器。以下為幾個要點：
- 指令集規範（Specification）和處理器實現（Implementation）是兩個不同層次的概念，要區分開。指令集（ISA）是規範標準，往往用一本書或幾張紙來記錄描述，而處理器實現是基於指令集規範完成的原始程式碼。RISC-V是一個指令集規範。
- 我們可以基於x86/ARM/ RISC-V指令集，進行處理器微架構設計和實現形成原始程式碼，並通過流片最終形成晶片產品。其中指令集規範與處理器實現的智慧財產權是獨立的，不能混為一談。（詳見第二、三節）
- “RISC-V是開源的”表示指令集規範是開源、開放和免費的（open and free），這與x86與ARM指令集有本質不同，但並不是指具體的處理器實現也都是開源免費的。
- 基於RISC-V指令集規範，既可以由開源社區來開發開源免費版的處理器實現（如Berkeley開發的Rocket核等），也可以有商業公司開發收費授權版的處理器實現（如平頭哥玄鐵910、芯來N200核與優矽渭河WH-32核等）。（詳見第三節）
一、關於近期一篇網路文章的分析
近日，網路上出現一篇文章《RISC-V董事長攤牌了，RISC-V不是開源處理器》[1][2]，對RISC-V與開源處理器存在一些誤讀，讓一些讀者產生困惑。以下針對該文中提到的一些觀點進行解讀：
疑問1：文中提到“RISC-V基金會主席Krste Asanovic澄清了‘RISC-V不是開源的’”，是否屬實？
Krste Asanovic 在文章中闡述的是：a）RISC-V是指令集，不是處理器；b）RISC-V不止可以用來做開源處理器，也可以做商用處理器。而 “RISC-V是開源的”這一點從始至終沒有改變。一般人對於“開源”的理解，就是公開可獲得並且可以免費使用的代碼或資料。從這個角度來講，RISC-V作為一套指令集規範，雖然沒有原始程式碼，但它本身確實是開放並且免費的（open and free），這無論對於開源的RISC-V處理器，還是商用的RISC-V處理器都是一樣。所以”RISC-V是開源的”這個結論是沒有疑問的。
此外，RISC-V不僅本身開源，其與整個開源晶片生態的關係也非常緊密。雖不能說所有基於RISC-V的專案都是開源的（其中一部分是做商用處理器和軟體的），但至少都是深度參與和使用開源（處理器晶片或軟體）的，甚至可以說RISC-V在特定場景下可以代表整個開源晶片生態。
疑問2：基於RISC-V設計的處理器，是否以後需要付費使用呢？
作為一個開放自由免費的指令集，RISC-V支援多種模式的微結構設計（詳見本文第三節）。人們既可以基於RISC-V做開源處理器設計，也可以做成商用的處理器（不開源出來，自己賣或者用）。正是RISC-V開放自由的特性，成就了晶片產業的百家爭鳴。RISC-V基金會只負責RISC-V指令集規範，既不做微架構設計，也不生產晶片。設計和生產什麼樣的晶片是其它企業來做的，跟基金會沒有關係，開不開源，收不收錢，也跟基金會沒關係。Krste Asanovic只是想告訴大家，RISC-V不止可以做開源處理器，也可以做商業處理器，並非所有的RISC-V處理器都是開源免費的。【注：這裡的開源和商業只是從是否開放和收費上來說的，兩者性能是可以做到等同的】
疑問3：RISC-V源於美國，是否有被管制的風險？
RISC-V指令集是一套開放開源、自由免費的介面規範，並不會受美國管制的影響。但是，基於RISC-V開發的處理器是以商品形式存在的，故而美國企業研製的RISC-V處理器會受到美國出口管制。而美國以外的企業（包括歐洲、中國等）自主研製的RISC-V處理器，則不算是美國商品，故不受美國出口管制條例限制。舉例如平頭哥自研的RISC-V處理器玄鐵910，便不受美國的出口管制影響。
此外，歷史上TCP/IP協議與如今的RISC-V頗為相似。TCP/IP協議受美國國防部高級研究計畫局（DARPA, Defense Advanced Research Projects Agency）資助研發，是開放標準的典範。世界各地基於該協議構建起今天連接幾十億人的Internet，而中國基於TCP/IP協定構建網路，這並沒有受到美國的出口管制；中國企業基於TCP/IP研製的交換機與路由器，也並不受到美國的出口管制。
最後，2019年11月RISC-V基金會宣佈將會把總部搬到瑞士[3]，也正是在釋放資訊，向全世界傳達RISC-V堅持開放自由、堅持為全世界服務的理念。
二、什麼是指令集，指令集有什麼作用？
指令集（ISA）：指令集是軟體和硬體之間的介面，是一套標準規範（以文檔的形式發佈），並不具備實體，我們可以根據這套規範去設計處理器晶片和對應的軟體系統，並最終形成產品。常見指令集如x86（常見於桌面和伺服器）、ARM（常見於移動嵌入式、手機平板等）、RISC-V（異軍突起的開放指令集）等[4]。
軟體和硬體的關係恰如螺母和螺釘。把軟體看做是螺母，硬體看做螺釘，那麼指令集（ISA）就是螺母和螺釘之間對接的尺寸規範。螺母和螺釘都按照相同的尺寸（也就是同一個規範)去設計，即使是由不同的廠商來生產，也可以保證最終所有的螺母都能擰到螺釘上。
如圖1所示，指令集向上承載的是整個軟體生態，向下則規範了以處理器晶片為代表的整個硬體生態。根據一份指令集規範，設計一款處理器，其上可以運行同樣遵循該指令集規範所編寫的軟體代碼。故而，我們在提到指令集的時候，有時候也指的是其背後的整個軟硬體生態系統，包括週邊晶片、作業系統、編譯器和諸多應用軟體（瀏覽器、遊戲軟體等）。事實證明，每一種晶片在市場競爭中要取得成功，很大程度上取決於其生態系統。
三、RISC-V和開源處理器之間是什麼關係？
首先，一個處理器晶片包含了三個層次：指令集(ISA)、微結構設計、產品。
- 指令集(ISA)，是規範標準(Specification)，常用一本書或幾張紙來記錄描述；
- 微結構設計，也常被稱為處理器實現(Implementation)，是對具體實現，對應的是一種設計方法及其原始程式碼；
- 產品，是微架構設計的產生實體，比如華為基於ARM指令集和Cotex-A76微架構，設計了麒麟990這款晶片。
嚴格意義上來講，“開源”，是“開放原始程式碼”的縮寫，而指令集只是幾張紙，是沒有原始程式碼的。我們通常提到的開源處理器，是指的微架構設計的代碼開源。
如圖2，進一步將指令集標準與架構設計都分為三類：開放免費（Open & Free）、可授權（Licensiable）、封閉（Closed）。於是，我們可以看到，Intel就屬於封閉指令集+封閉設計，ARM屬於可授權指令集+可授權設計，但要獲得授權價格不菲，往往需要上百萬甚至數千萬美元 [5]。
RISC-V為全世界提供了開放免費指令集+開放免費設計的選擇。根據圖2的第一行，我們可以知道只有先有了開源開放的指令集，才有可能有開源開放的微架構設計，即綠色格子。需要強調的是RISC-V本身是一種標準規範，和C/C++語言規範、POSIX系統調用等這些標準是一樣的。本身是開放的，誰都可以基於這些標準來實現自己的處理器。但有一點需要厘清的是，即使都是基於開源開放指令集（比如RISC-V），也存在三種不同的商業模式，分析圖3第一行，開放免費的指令集(RISC-V)包含了三種模式的微架構設計[5]：
- 開源模式，Berkeley的Rocket Chip、劍橋大學的lowRISC、蜂鳥E203等RISC-V核將RTL級源碼也開源，這些設計可歸到綠色格子；
- 授權模式，SiFive公司、晶心科技Andes、阿裡平頭哥的RISC-V核是可以被授權給協力廠商使用，但不開源RTL級源碼，屬於黃色格子；
- 封閉模式，Google、NVIDIA等企業在內部大量使用RISC-V核作為MCU，但他們不對外開放IP以及原始程式碼，這就屬於紅色格子。
綜上，指令集是開源開放免費的，但是微架構設計既可以選擇開源給大家（開源模式）；也可以選擇收費後授權給其它公司去生產（授權模式）；也可以不往外授權，自己拿去生產（封閉模式）。RISC-V提供給了大家完全自由開放的選擇。而這裡開源模式的綠色格子，便是我們經常說的基於RISC-V的開源處理器設計。
四、為何要做開源處理器？
開源處理器專案的重要性是毋庸置疑的，它將極大降低晶片開發的週期和門檻，使得大家可以專注于增量創新，而不用從頭去探索構建一顆晶片，加快反覆運算週期，並且借助RISC-V的軟體生態快速推出市場。研發新的開源處理器項目，設定開源主線，獲得更多技術和生態上的優勢，對提升中國RISC-V各企業在國際RISC-V產業界的話語權和主導權，至關重要[6]。
五、引用及參考材料
[1] RISC-V董事長攤牌了: RISC-V不是開源處理器;
[2] RISC-V is not an “open-source processor”；
[3] RISC-V 基金會為尋求技術中立，遷址瑞士；
[4] 一些關於RISC-V的質疑與解讀；
[5] 遠景研討會紀要：面向下一代計算的開源晶片與敏捷開發；
[6] 開放指令集與開源晶片進展報告；