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| 本文作者： 包永剛 | 2020-08-28 08:06 |
Arm在智能手機(jī)領(lǐng)域的成功無需多言。但許多人可能并不了解2012年面世的基于Arm芯片的微型電腦樹莓派(Raspberry Pi)對Arm生態(tài)成功的重要性。樹莓派是為學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程教育而設(shè)計(jì)，2019年12月全球銷量超過了3000萬件，對Arm生態(tài)的成熟、甚至嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展都意義重大。
最近，2017年圖靈獎得主大衛(wèi)·帕特德森教授（David Patterson）領(lǐng)銜的非盈利RISC-V國際開源實(shí)驗(yàn)室（RIOS：RISC-V International Open Source Lab）發(fā)布了全球首個可運(yùn)行Linux的芯片級全開源、低功耗、體積小的RISC-V微型電腦系統(tǒng)PicoRio。
圖片來自RIOS官網(wǎng)
PicoRio對標(biāo)的正是已經(jīng)非常成功的樹莓派，RIOS希望借PicoRio帶動RISC-V生態(tài)的發(fā)展，推動RISC-V的迅速普及。
那么，PicoRio能否成功？PicoRio對RISC-V生態(tài)發(fā)展的重要意義是什么？
RISC-V生態(tài)迫切需要一個開源的硬件平臺
芯片的成功離不開強(qiáng)大的硬件，更離不開繁榮的軟件生態(tài)，x86和Arm指令集，以及英特爾、英偉達(dá)、Arm公司的成功就是最好的例子。作為2010年才推出的新興的開源指令集架構(gòu)RISC-V，RISC-V MCU在對軟件生態(tài)依賴程度不高的應(yīng)用中已經(jīng)替換了不少Arm架構(gòu)MCU。
但對軟件生態(tài)依賴程度更高，比如需要運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)，對處理器性能要求更高的應(yīng)用，RISC-V現(xiàn)在還不具備足夠的競爭力。僅就硬件而言，目前購置一個可運(yùn)行Linux的多核RISC-V開發(fā)板大概需要1000美元以上，而最新一代的樹莓派4B起售價僅為35美元。
顯然，RISC-V生態(tài)迫切需要一個開源的硬件平臺。
RIOS Lab聯(lián)合主任譚章熹接受雷鋒網(wǎng)采訪時表示：“作為新的智能架構(gòu)，需要花費(fèi)太高的硬件成本會阻礙RISC-V的進(jìn)一步拓展。當(dāng)然，發(fā)展RISC-V生態(tài)需要品質(zhì)足夠高的硬件，兼顧成本，以及易于開發(fā)以及有一個繁榮的社區(qū)都非常重要。”
“除此之外，對新架構(gòu)的支持需要非常大的工程量，不是靠幾個團(tuán)隊(duì)或公司就可以?！白T章熹表示，”生態(tài)的建設(shè)是一個長期的過程，需要大量的開發(fā)者，并且是一個系統(tǒng)性的開發(fā)，這就需要有第三方的組織，這也是RIOS成立的初衷?！?/p>
品質(zhì)足夠高且成本可接受的硬件是建設(shè)生態(tài)的基礎(chǔ)。
RISC-V國際開源實(shí)驗(yàn)室揭牌儀式，從左到右分別為：RISC-V國際開源實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合主任譚章熹、清華大學(xué)深圳國際研究生院執(zhí)行院長高虹、RISC-V國際開源實(shí)驗(yàn)室主任大衛(wèi)·帕特森、深圳市副市長王立新、人才工作局局長張林、科技創(chuàng)新委副主任鐘海
全開源PicoRio邊緣計(jì)算平臺對標(biāo)樹莓派
樹莓派推出的初衷是用于教育，但其目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種產(chǎn)品中。比如新冠肺炎疫情期間，就有公司大量采購樹莓派用于生產(chǎn)呼吸機(jī)。這體現(xiàn)了基于Arm芯片的樹莓派有一個非常良好的生態(tài)，其低成本的硬件、活躍的社區(qū)和詳細(xì)的文檔讓開發(fā)者可以在短時間內(nèi)開發(fā)出想要的產(chǎn)品。
“樹莓派的成功說明這樣的模式對構(gòu)建社區(qū)非常有幫助，值得我們借鑒?！弊T章熹指出，除了軟件文檔外，樹莓派系統(tǒng)在硬件芯片層面開放的信息非常少，開發(fā)者甚至無法獲得樹莓派的核心美國博通公司CPU芯片的完整數(shù)據(jù)手冊，這極大地制約了使用樹莓派進(jìn)行深度的優(yōu)化和定制，限制了創(chuàng)新。
RIOS此次發(fā)布的PicoRio選擇的是全開源模式。這意味著，PicoRio從CPU設(shè)計(jì)，到PCB電路板設(shè)計(jì)，再到操作系統(tǒng)核心軟件將全部開源，核心架構(gòu)使用最新的開源RISC-V指令集技術(shù)。
PicoRio的目標(biāo)是可提供工業(yè)級的開源IP和開源軟件，用比肩樹莓派的售價并實(shí)現(xiàn)超越樹莓派的三重價值：
更開源：PicoRio將構(gòu)建于開源的RISC-V之上，從CPU設(shè)計(jì)，SoC設(shè)計(jì)，開發(fā)版設(shè)計(jì)，到軟件系統(tǒng)全部開源；
更低功耗：樹莓派從最初的RP0時的0.8瓦待機(jī)功耗, 發(fā)展到RP4的3.4瓦待機(jī)功耗，目前活躍態(tài)下功耗高達(dá)7.6瓦；而PicoRio的目標(biāo)待機(jī)功耗將控制在0.05瓦特以下，工作功耗控制在0.5瓦特以下，功耗優(yōu)勢明顯，極利于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；
更安全：樹莓派基于Arm的Trustzone安全機(jī)制，PicoRio基于更透明、更開放的RISC-V安全架構(gòu)。
PicoRio 1.0版本基于本地化開源64位 RISC-V 多核處理器芯片，是首款支持Linux的開源RISC-V單板計(jì)算機(jī)，支持Google V8 JavaScript引擎。譚章熹指出，“Linux是應(yīng)用非常廣泛的開源操作系統(tǒng)，而V8引擎是JavaScript引擎的一個運(yùn)行時刻庫，也是關(guān)系到Chrome瀏覽器非常關(guān)鍵的一部分，還是node.js的根基?！?nbsp;
PicoRio平臺版本1.0
node.js是能夠在服務(wù)器端運(yùn)行JavaScript 的開放源代碼、跨平臺 JavaScript 運(yùn)行環(huán)境，很多流行的應(yīng)用程序都基于node.js。
“非常重要的軟件對x86和Arm處理器支持比較好，其它架構(gòu)支持相對弱一些。我們能夠邁出這一步對于完善RISC-V的生態(tài)非常重要。”譚章熹指出，PicoRio是采用聯(lián)合開發(fā)的方法，完成從開源應(yīng)用軟件到開源硬件的全棧設(shè)計(jì)流程，利于設(shè)計(jì)者以最快的速度完成端到端軟硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作。
他特別強(qiáng)調(diào)，PicoRio必須要有足夠高的硬件品質(zhì)，還要有容易接受的成本，所以要提供工業(yè)級的開源IP和開源軟件。有了足夠好的品質(zhì)，保持低功耗以及架構(gòu)的純潔性也是其中重要的部分。
PicoRio的低功耗得主要益于RISC-V架構(gòu)的高度模塊化，并且針對PicoRio的邊緣計(jì)算平臺定位設(shè)計(jì)RISC-V芯片，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)低于樹莓派的功耗。另外，RIOS也在探索最適合硬件的授權(quán)模式，非盈利中立機(jī)構(gòu)能夠在保持技術(shù)架構(gòu)純潔性的同時更好地促進(jìn)生態(tài)發(fā)展。
RISC-V生態(tài)何時成熟？
譚章熹透露，PicoRio項(xiàng)目的第一階段就是提供可以運(yùn)行Linux操作系統(tǒng)的開發(fā)平臺，接下來會持續(xù)提升平臺的性能，比如會可以支撐筆記本電腦運(yùn)行。
“PicoRio全開源的目標(biāo)就是希望無論是商業(yè)公司，開發(fā)者還是學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)都可以很方便的根據(jù)自己的能力和應(yīng)用需求做定制化，便于在需求多樣的物聯(lián)網(wǎng)時代發(fā)揮各自的優(yōu)勢更好地創(chuàng)新和滿足市場需求?！?strong>譚章熹表示，全開源能夠方便和促使更多人從事底層的開發(fā)，這對于培養(yǎng)從硬件到軟件的全棧人才也有積極意義，全棧人才也是目前RISC-V發(fā)展的關(guān)鍵。
需要指出，雖然PicoRio是全開源，但要將開源的代碼轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際的產(chǎn)品，中間還有很多產(chǎn)業(yè)鏈的工作。譚章熹認(rèn)為，專門基于開源軟件推出產(chǎn)品的商業(yè)模式已經(jīng)被證明可行，開源硬件是否有可行的商業(yè)模式仍然值得探討，PicoRio正是這樣的嘗試。
當(dāng)然，硬件開源模式非常重要。雷鋒網(wǎng)了解到，RIOS現(xiàn)在正在探索最適合硬件的許可方式，原則上是不強(qiáng)迫使用了開源的設(shè)計(jì)后就要回饋社區(qū)。
但無論如何，都需要讓社區(qū)里的開發(fā)者邁出第一步，愿意貢獻(xiàn)。譚章熹認(rèn)為，開源和開放是一個不可阻擋的大趨勢。因?yàn)?，如果基于開源的底層去設(shè)計(jì)產(chǎn)品，由于開源架構(gòu)和軟件的版本也在不斷升級，開發(fā)者或公司想要完全脫離社區(qū)是不可能的，這將會付出巨大的成本。
“開源可以認(rèn)為是大家共享一些比較共通的技術(shù)，要分享多少由你決定。很難所有東西都閉源，這樣成本太高。”譚章熹指出，假設(shè)一些技術(shù)大家都掌握的差不多了，這時候就有可能開源，進(jìn)一步降低成本。
支持Google V8 JavaScript引擎的PicoRio只是RIOS實(shí)驗(yàn)室5年規(guī)劃中的一個項(xiàng)目，也只是RISC-V生態(tài)建設(shè)中的冰山一角。PicoRio的成功與否以及RIOS實(shí)驗(yàn)室后續(xù)推動RISC-V生態(tài)建設(shè)的產(chǎn)品都至關(guān)重要。
值得一提的是，8月19日宣布Imagination將其用于GPU的IP技術(shù)向RIOS實(shí)驗(yàn)室開放，并與實(shí)驗(yàn)室建立合作關(guān)系，成為其合作單位會員，這對于RIOS實(shí)驗(yàn)室進(jìn)一步搭建完整、高效的開發(fā)平臺及開源的RISC-V單板機(jī)生態(tài)有重要意義。
雷鋒網(wǎng)小結(jié)
PicoRio是RISC-V生態(tài)建設(shè)的一個關(guān)鍵產(chǎn)品，也只是RIOS實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入實(shí)際產(chǎn)出階段的標(biāo)志。RISC-V生態(tài)的發(fā)展，需要有開發(fā)者或企業(yè)開始邁出第一步回饋社區(qū)，推動硬件架構(gòu)和軟件架構(gòu)的進(jìn)步，社區(qū)有很好的文檔，開發(fā)者圍繞各種應(yīng)用進(jìn)行開發(fā)，這是一個長期的過程。
RISC-V要成為一個時代重要的架構(gòu)，還有很長的路要走，也需要抓住時代機(jī)遇。
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