《手把手教你設計CPU——RISC-V處理器》終于出版！

在摩爾定律減緩的今天，一味比拼硬件性能的技術競賽變得越發艱難。然而性能提升的最終目的是滿足應用，如何在現有的能力下最大程度地滿足數以千萬計的不同應用的需求，就成了當今處理器行業要面對的重要問題。RISC-V站在了時代的風口，其作為一種開源架構的出現必將對芯片產業產生深遠的影響。硬件芯片的開源不再是一個噱頭，而是變成了一種剛需。蜂鳥E200作為中國本土較早開源的RISC-V芯片，也將對國內的相關產業發展起到巨大的推動作用，為國內公司抓住物聯網風口的***展而助力。開源即透明，透明即可控。自主可控也是國家信息安全的保障，由國內公司自主研發并開源的RISC-V處理器，也為國家信息安全領域的應用提供了多一種選擇。

RISC-V是什么？

RISC-V架構主要由伯克利大學的Krste Asanovic教授、Andrew Waterman和Yunsup Lee等開發人員于2010年發明，并且得到了計算機體系結構領域的泰斗David Patterson的大力支持。伯克利大學的開發人員之所以發明一套新的指令集架構，而不是使用成熟的x86或者ARM架構，是因為這些架構經過多年的發展變得極為復雜和冗繁，并且存在著高昂的專利和架構授權問題。并且修改ARM處理器的RTL代碼是不被支持的，而x86處理器的源代碼根本不可能獲得到。其他的開源架構（譬如SPARC、OpenRISC）均有著或多或少的問題（第2章將詳細論述）。有感于計算機體系結構和指令集架構已經過數十年的發展非常成熟，但是像伯克利大學這樣的研究機構竟然“無米下鍋”（選擇不出合適的指令集架構供其使用）。伯克利大學的教授與研發人員決定發明一種全新的、簡單且開放免費的指令集架構，于是RISC-V架構誕生了。

有關RISC-V的誕生，有興趣的讀者可以自行到網絡中查閱文章《伯克利希望將RISC-V開源架構推向主流》。

RISC-V（英文讀作“risk-five”），是一種全新的指令集架構。“V”包含兩層意思，一是這是Berkeley從RISC I開始設計的第五代指令集架構；二是它代表了變化（Variation）和向量（Vectors）。

經過幾年的開發，伯克利大學為RISC-V架構開發除了完整的軟件工具鏈以及若干開源的處理器實例，得到越來越多的人的關注。2016年，RISC-V基金會（Foundation）正式成立開始運作。RISC-V基金會是一個非盈利性的組織，負責維護標準的RISC-V指令集手冊與架構文檔，并推動RISC-V架構的發展。

RISC-V架構的目標如下。

成為一種完全開放的指令集，可以被任何學術機構或商業組織所自由使用。

成為一種真正適合硬件實現且穩定的標準指令集。

RISC-V基金會負責維護標準的RISC-V架構文檔和編譯器等CPU所需的軟件工具鏈，任何組織和個人可以隨時在RISC-V基金會網站上免費下載（無需注冊）。

RISC-V的推出以及基金會的成立，受到了學術界與工業界的巨大歡迎。著名的科技行業分析公司Linley Group 將RISC-V評為“2016年最佳技術”，如圖1所示。

圖1 RISC-V架構標志圖

開放而免費的RISC-V架構誕生，不僅對于高校與研究機構是個好消息；為前期資金缺乏的創業公司、或成本極其敏感的產品、或對現有軟件生態依賴不大的領域，都提供了另外一種選擇，而且得到了業界主要科技公司的擁戴，包括谷歌、惠普、Oracle和西部數據等硅谷巨頭都是RISC-V基金會的創始會員，如圖2所示。眾多的芯片公司已經開始使用（譬如，三星、英偉達等）或者計劃使用RISC-V開發其自有的處理器用于其產品。

圖2? RISC-V基金會創始會員，鉑金、金、銀級會員圖譜

RISC-V基金會組織每年舉行兩次公開的專題討論會（Workshop），以促進RISC-V陣營的交流與發展，任何組織和個人均可以從RISC-V基金會的網站上下載到每次Workshop上演示的PPT與文檔。RISC-V第六次Workshop于2017年5月在中國的上海交大舉辦，如圖3所示，吸引了大批的中國公司和愛好者參與。

圖3 上海交通大學舉辦的RISC-V第六次Workshop

圖4 經典教材計算機組成與設計最新版本

本書講的是什么？

本書是一本介紹通用CPU設計的入門書，以通俗的語言系統介紹了CPU和RISC-V架構，力求為讀者揭開CPU設計的神秘面紗，打開計算機體系結構的大門。

本書不僅適合CPU或芯片設計相關從業者閱讀使用，也適合作為大中專院校相關師生學習RISC-V處理器設計（使用Verilog語言）和CPU設計的指導用書。

胡振波，上海交通大學電子工程系本科、微電子學院碩士。擁有業界多年ASIC和CPU設計與驗證經驗，先后在Marvell任職ARM架構CPU設計高級工程師、在Synopsys任職研發經理、在比特大陸任職IC設計總監、在武漢聚芯微電子任職架構師，現致力于推動RISC-V架構在國內的傳播和發展。

—— 景略半導體設計總監、RISC-V愛好者和推廣者 郭雄飛

—— 中科院“百人計劃”海外引進杰出人才、物聯網芯片設計公司創始人 胡國榮

—— 上海交通大學微電子學院 助理研究員 蔣劍飛

——半導體行業觀察 執行主編 李壽鵬

——Synopsys公司 ARC處理器高級研發經理 彭劍英

——國防科技大學 教授 姜晶菲

——天津大學電氣自動化與信息工程學院 副教授 呂衛

——華中科技大學微電子工程系 副教授 鄭朝霞

——西安郵電大學 高工、博士 焦繼業

——電子科技大學電子科學與工程學院 副教授 黃樂天

——北京比特大陸 資深芯片和CPU設計專家 王逵

如何購買？

《手把手教你設計CPU——RISC-V處理器篇》

胡振波?著

(2018年5月出版)

本書是一本介紹通用CPU設計的入門書，以通俗的語言系統介紹了CPU和RISC-V架構，力求為讀者揭開CPU設計的神秘面紗，打開計算機體系結構的大門。

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