2018年2月美国新创业者SiFive(图1)发表Freedom U500
芯片的技术细节，同月份法国新创
芯片商GreenWave也发表GAP8
芯片，加上后续相关消息，如台湾晶心科技(Andes)推出AndeSatr V5硅智财(Intellectual Property, IP)及
英特尔(Intel)投资SiFive等，使
RISC-V指令集架构(Instruction Set Architecture, ISA)逐渐受业界关注。
图1 SiFive共同创办人兼技术长的Yunsup Lee在2013年于柏克莱分校的Par实验室手持
RISC-V原型品
芯片。
在上述消息之前，已有多家科技大厂表明力挺
RISC-V，包含三星(Samsung)、NVIDIA、威腾(Western Digital, WD)等，对此业界已有零星关注，但随着
芯片更贴近商业化运用，关注度开始提高。
RISC-V指令集架构为何？为何逐渐获科技大厂与新创业者的支持？本文以下将对此剖析讨论。
RISC-V是一种开放原始程式码的指令集架构，其实过去业界很长一段时间仅称为指令集(Instruction Set)，但或许为了凑成可缩写的三个字母而加补上架构(Architecture, A)一字。
指令集指的是一堆组合语言(
芯片上最基本原始的语言)指令的集合，一套指令集是由少则数十个，多则上百个指令所集合成，若一颗微控制器、微处理
芯片可执行该套指令集，而另一颗也可支持执行相同一套指令集，如此原则上软件(软件即是由指令搭组建构成)即不需任何改写，可自由在两颗
芯片间替换运用。
同理，
芯片商推出新一代效能更佳的
芯片，通常会采行与前一代相同的指令集，或完全相容但再加入新的指令，好确保诸多已开发的软件不需要改写而能相容执行保障客户过往的软件开发投资、购买投资，且执行的更快。
目前市售的
芯片中，多数采
英特尔或安谋(Arm)的指令集架构，
英特尔的指令集架构一般称为x86(过去为8086、80286、80386、80486等以86编号为结尾的系列
芯片所用)、IA(Intel Architecture)、IA-32(1982年至2003年间为32位元)、EM64T(Extended Memory 64 Technology)或
AMD64/x86-64/x64(64位元版以超微
AMD率先主导)等。安谋则直接称为Arm指令集架构。
Intel与Arm的指令集架构均属业者自有专属设计的专利架构，须付费才能使用，Intel的ISA多要购买该公司销售的
CPU芯片才能取得；Arm的ISA则采间接销售，
芯片商欲采行其ISA须先支付一笔一次性的技术授权费，而后每生产一颗
芯片均会被Arm收取权利金。
Intel的x86 ISA
芯片在PC、工作站、伺服器、超级电脑等领域有压倒性的主占，因此价格长期居高，系统商、终端消费者必须负担其成本，虽有少数
芯片商也能生产销售x86 ISA
芯片，但价格效能比或供货上多不若Intel，且有诸多限制，如
AMD虽可使用x86 ISA，但若之后该公司被购并，则x86 ISA专利使用权必须重谈，或其他
芯片商虽也产制x86相容
芯片，但却必须支付年专利使用费给IBM，以避开Intel可能的诉讼。
而Arm方面，Arm的ISA在行动装置
芯片领域有压倒性市占，并持续扩展到各类嵌入式应用领域。Arm在授权上提供软核与硬核形式的授权，软核可取得指令集架构，硬核则只能取得已用某一
半导体制程技术实现成的晶圆电路。
Arm方面倾向提供硬核授权，好避免核心技术外泄，但部份重量级业者有获得软核授权，如高通(Qualcomm)，另外一般推测苹果(Apple)、Samsung等也在其列。而根据GreenWave受访表示，想取得软核授权至少要1,500万美元，且仅为时间性使用，到期必须重谈授权。
由于一旦有诸多
芯片或诸多软件采行某一ISA，该ISA的技术生态日趋完整强健，则ISA架构的拥有者日后被视为可轻松坐享利润，
芯片商(无ISA自主性的
芯片商)、系统商、终端用户均将受害。为此2010年学术与产业界共同发起成立
RISC-V基金会，持续推行开放技术细节且免费技术授权的ISA。
开放且免费授权，从资讯技术产业另一关键组件作业系统来看早已朝此模式发展，早期的作业系统是电脑系统商随自家硬件而搭配开发成，并随硬件销售一同出货，如IBM大型主机。之后IBM急于切入PC市场，采行微软(Microsoft)的作业系统，之后开启作业系统跨不同系统商的纯软件商业授权模式，但作业系统的程式码仍由Microsoft专属拥有，更之后Linux兴起，程式码开放且免费授权使用。
将此发展历程对应到ISA，Intel的ISA是随自家
芯片一同出货，Arm则是跨
芯片商授权其ISA，但均为专属封闭且收费，而
RISC-V试图仿效Linux，采开放且免费的方式发展。
RISC-V虽采开放免费路线，但某些地方不同于其他开放原始程式码的硅智财专案，例如它有自己的硬件描述语言(HDL)，即Chisel(Constructing Hardware In a Scala Embedded Language)，从全写可以了解它是以Scala语言为基础所发展成，Chisel也采开放原码政策。相对于此一般普遍使用的硬件描述语言多采Verilog，不过有工具可以将Chisel开发出的电路转换成Verilog格式，而后再修改其设计，或与其他电路整合。
RISC-V在授权上采BSD授权，而不是开放原码软件常见的GPL授权，若采GPL授权，则延伸开发的成果也必须采行GPL授权，必须开放其原始程式码(大陆称原码、源代码)，但许多业者希望保有竞争优势，将自有开发的程式视为商业机密而不愿开放，事实上Android也是因此对Linux核心进行改写，使采行Android作业系统的硬件商不需要开放其驱动程式，保有其机密，方获得众多手机业者支持Android。
但BSD不同，BSD允许使用其开放成果，但延伸发展成的软件不需要开放，明显较GPL授权大方。至于在编译器、相关软件支持上，则已有gcc/glibc/GDB、LLVM/Clang、Linux、Yocto、Verification Suite等软件。
RISC-V立意虽佳，但若实际开发出的
芯片表现不佳，则依然难与商业性ISA抗衡，对此
RISC-V的主导学术单位加州大学柏克莱分校(UC Berkeley)开发了一颗名为火箭(Rocket)的
RISC-V
芯片，并刻意选择与相同制程(
台积电28nm)技术实现的Arm核心(Cortex-A5)进行比较(图2)。
图2 Rocket核心与Cortex-A5技术特性比较。
首先比较时脉频率，两者均可达1GHz以上，视为平手；在效能上
RISC-V Rocket可达1.72DMIPS/MHz，约较Arm Cortex-A5高出一成；在排除快取记忆体外，执行核心所占的晶圆面积上，
RISC-V Rocket只要0.14平方公厘，只有Cortex-A5的一半，即便两者均含了16KB容量的快取记忆体，依然只有A5的七成；而以每平方公厘、每赫兹所能产生的效能Rocket也达A5的1.5倍；在功耗表现上Rocket则是A5的四成左右。
不过此一比较仍稍有立足点的不同，Rocket采行64位元架构，但
RISC-V亦有32位元架构版，若两者均采行32位元版或均采行64位元版，或许可以更公允比较。除Rocket外，后续也有ORCA、PULPino等8、9个实作核心，前述的GAP8即是根基于PULPino所发展成。
RISC-V除了有MCU/
CPU核心技术外，也积极发展核心所需的连接介面电路技术，即TileLink，理由是Arm在核心技术外也布局核心间或核心与周边间所需的介面技术与协定，因而有AMBA协定、ASB汇流排、APB汇流排等，后续也扩展延伸发展出AHB、ATB、AXI、ACE、CHI等介面。
RISC-V虽是近期渐受关注的开放硬件专案，但却不是唯一或最早的专案，此前已有Open
RISC、OpenSPARC等，不过这类专案在发起后遭遇一些发展限制，Open
RISC架构老旧、发展缓慢、64位元版的架构不够成熟，OpenSPARC则来自逐渐丧失价格效能比优势的UltraSAPRC，开放后的社群并不活跃(图3)。
图3 SPARC V8、Open
RISC、
RISC-V三者特性比较，SPARC v9的64位元定址为专属技术，没有开放。
另外有些专案则过于学术，理论功效上可运作，但在落实成实际电路时，则不易提升效能、减少功耗、减少晶圆面积等，或有的专案不易导入现行其他ISA已具备的软件资产(驱动程式、范例程式、应用程式等)，重新编译与改写具困难性。
上述这些，
RISC-V成立之初已斟酌考虑，从零开始的新架构规划定义，必须能贴近商业化落实，也方便导引现行其他ISA的软件资产，所以成立之初已有多家
半导体业界大厂共同参与，并确保社群发展能量。
值得一提的是，专属架构的
芯片商近年来态度转变，不再只销售完整
芯片，也开始仿效Arm的商业模式，允许授权
芯片核心技术供人再开发运用，如Intel于2008年与
台积电合作开放x86核心授权，允许其他业者以x86架构发展自有
芯片，或NVIDIA于2013年开放其
GPU核心授权等，不过这类的授权，其ISA专利与后续发展走向仍是由
芯片商主导，而非共同参与制订，此一衍生业务至今未大幅开展。
一套ISA技术生态系统可以成功，必须在技术特性、规模用量方面取得优势，如x86 ISA由于价格效能比最佳，且自PC获得大规模采用，而Arm则以低功耗、每瓦效能比佳，因而在手机等行动装置、嵌入式装置上获得大规模采用。因此
RISC-V也尽可能让ISA的适用性最大化，因此同时制订32位元、64位元架构，定址方式也广泛支持16/32/64/128位元定址。
而在实际发展上，确实各类型应用均在发展中，前述的GreenWave发展的GAP8
芯片即是锁定
物联网应用，使用
台积电55LP(Low-Power)制程，目标市场与Arm Cortex-M0~M7近同。而WD投资的Esperanto Tech公司，则是使用
RISC-V发展人工智慧(
AI)用
芯片，以64位元架构为主，发展16个核心的ET-Maxion与4,096个核心的ET-Minion，预计使用
台积电7纳米制程。
此外
FPGA芯片商MicroSemi也提出RV32IM的
RISC-V软核技术，使
芯片开发者初期用
FPGA芯片评估与模拟设计后，日后若想投片成商业化量产
芯片，可避免核心授权的成本问题，过去若采Arm核心发展，则有授权费、权利金等顾虑。
