胡振波：我的芯片之路
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——異步小編
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，先後在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，現致力於推動RISC-V架構在國內的傳播和發展。 《手把手教你設計CPU——RISC-V處理器篇》作者。
國內CPU產業方興未艾，x86、ARM和MIPS等傳統商用處理器架構呈現“百花齊放”之勢。龍芯、兆芯、飛騰等資深專業CPU公司在不斷突破，華為、展訊等一線大公司相繼開始研發自主的處理器核心，海光、華芯通等新銳也開始摩拳擦掌。此時，開放的RISC-V架構的誕生，更是錦上添花。可以說，學習CPU設計正當時，學習RISC-V正當時！
胡老師說：“在培訓新入門工程師，或與愛好者、學生交流的過程中，能夠感到CPU設計這門要求計算機體系結構和軟硬件皆通的技術令初學者難以學習和掌握，時常遺憾於沒有很好的通俗讀本。”正所謂“曲高和寡，妙伎難工”，CPU設計過於專業，相關的書籍或卷帙浩繁，或晦澀難懂，令初學者不知從何下手，且難以理解。在實際的練習中，也難以找到易於學習和上手的例程，更別說完整地設計一款處理器了。如上種種，《手把手教你設計CPU——RISC-V處理器篇》誕生了，希望本書能夠作為一本通俗讀本，幫助初學者和愛好者順利越過初期的陡峭學習曲線，進入CPU設計的坦途。
異步社區： 可以介紹一下自己嗎？現在正在做哪些事情？
胡振波：我近十年來主要的學習和工作內容就是CPU內核設計，從高性能的ARM處理器到低功耗的ARC處理器，再到特殊用途的人工智能處理器
此外，我還在推動我們團隊開源的蜂鳥E200在國內產業界的普及，希望為中國IoT產業賦能，更希望為真正實現“國產自主可控”且“普世通用”的處理器而貢獻自己的綿薄之力。
異步社區： 推動RISC-V架構在國內的傳播您覺得最大的阻力是什麽？
胡振波：最大的阻力來自兩個方面：
一方面是ARM在中國的影響力太巨大了，中國由於在芯片處理器內核方面長期缺乏自主的通用處理器內核，幾乎都是購買國外的ARM處理器內核核心，這已經形成了習慣。對於RISC-V這樣一種新的架構出現，很長一段時間大家都是持懷疑態度。ARM在中國還成立了合資公司（在全球範圍內唯一的國家），所以ARM在中國市場尤其顯得強勢，使得RISC-V在中國的傳播相比別的國家顯得更加緩慢。
另一方面是RISC-V被人曲解而忽略了它在其他層面上的意義。精確地說：RISC-V架構是一種Free的指令集架構，Free準確地說應該被翻譯為“自由“而不是“免費”，指令集架構也不是一款具體的處理器內核。大多數人對處理器的一些基本的概念並不了解，譬如免費與自由的區別、指令集架構與微架構的區別、RISC-V與RISC的區別等，導致將RISC-V與“一款免費開源的處理器“劃等號，而“免費”往往成為劣質的代名詞。這些曲解，都嚴重影響了RISC-V在中國的正常傳播和發展。RISC-V需要被正確地認識和理解，它對產業有更加深遠的意義。
上述描述的種種現象和阻力使我認識到，RISC-V要在國內更好地傳播，讓大多數人正確地認識和理解RISC-V很有必要，這也是我撰寫此書的原因之一。本書的第1章用最通俗和生動的語言來徹底科普相關CPU和RISC-V基本概念，任何一位毫無基礎的讀者都可以迅速地認識並理解RISC-V的偉大之處，從而開始接納和學習RISC-V這一新興的開放架構。
異步社區：為什麽會寫《手把手教你設計CPU——RISC-V處理器篇》這本書？
胡振波：仔細計算一下，RISC-V進入中國的時間還不到兩年的時間，2016年知道RISC-V者寥寥無幾，2017年有關RISC-V的報道陸續開始見諸報端，而2018年RISC-V已被很多人熟知。但是，由於誕生時間太短，RISC-V目前在國內的普及存在著如下幾個明顯的問題：
很多對計算機體系結構不是很了解的用戶，由於缺乏相關的知識背景，對RISC-V的意義難以理解，而有關RISC-V的中文資料又太過分散。因此，急需一本中文書籍對計算機體系結構知識進行通俗的科普，繼而系統翔實地對RISC-V的背景、特點、與其他架構的對比等進行解讀，以幫助讀者快速了解並理解RISC-V的意義。
對於試圖對RISC-V進行深入了解的用戶而言，目前的RISC-V文檔是英文原版的指令集手冊，該文檔比較專業晦澀，對處理器架構研究不深的讀者難以理解，很難快速入門。因此，急需一本中文書籍，通俗易懂地講解RISC-V指令集架構詳情（不是照本宣科地生硬翻譯）以普及RISC-V的基本知識，讓更多人了解，讓更多學校開始傳授RISC-V的知識。
目前開源的RIS-CV內核基本上來自國外，難以與其開發者取得交流，並且文檔非常匱乏，用戶只能將其當作“黑盒”學習。因此，需要一款本土的、簡單易上手的、使用Verilog HDL編寫的開源處理器內核，且需配套相關資料詳細講解，將其“白盒化”，以推動RISC-V內核在國內的普及。
綜上，雖然專業人士已經能夠嫻熟地使用RISC-V，但是初學者卻摸不著門道無從下手。為了促進RISC-V在國內的普及，尤其是被廣大初學愛好者接受，我決定撰寫一本RISC-V的中文書籍，以解決RISC-V在國內傳播的問題。寫書是一個枯燥的過程，幾乎耗盡所有的業余和休息時間，且專業書籍受眾太少，因此幾度意欲放棄，但最終還是堅持下來完成此書《手把手教你設計CPU——RISC-V處理器篇》，作為全球第一本RISC-V中文書籍終於面世，希望為RISC-V在國內的傳播和普及貢獻自己一份綿薄之力。
異步社區：針對剛入門的小白，有什麽建議嗎？
胡振波：由於中文資料的匱乏，英文資料又過於分散，對於剛入門的讀者，本書是快速入門RISC-V的最佳讀物。建議讀者先閱讀本書的第一大部分（第1~4章）對RISC-V有一個系統全面的了解，然後閱讀本書的附錄部分對指令集架構部分進行深入了解。之後，如果想直接動手，可以閱讀本書的第三大部分（第17~20章）。只有對CPU設計細節感興趣的讀者才需要閱讀本書的第二大部分（第5~16章）。
異步社區： 芯片行業的現狀是什麽樣的?您怎麽看待“中興事件”？
胡振波：中國在眾多芯片領域正在奮力追趕，逐步實現國產自主替代，芯片的從業者都很努力，我很看好中國芯片產業的未來。
“中興事件”再一次讓中國意識到芯片國產自主可控的重要性，這對於國內芯片產業是個很大的激勵。
但是，往往被人忽視的是芯片SoC（System on Chip）內部的處理器內核，實現國產自主其實更加艱巨。由於主流生態優勢，目前幾乎所有的芯片SoC內部的處理器內核都是使用ARM內核IP。
並且，ARM在被日本軟銀收購後，更加激進，還在中國成立了合資公司，進一步加大對中國市場的控制和壟斷，使得國產自主的處理器內核在市場上更加舉步維艱。並且就在中興事件之後，今年ARM中國的合資公司還會在中國A股上市。
這不由得讓我也想起了歷史上的幾件事情：
1990年，中國汽車產業采取市場換技術的策略（簡稱汽車路線），大量合資汽車廠出現，至今中國市場仍然主要為國外汽車品牌所占據，且核心技術仍舊匱乏。
2000年，中國高鐵開始走引進消化吸收路線（簡稱高鐵路線），目前中國高鐵成為了中國的名片，並且自己掌握了大量的核心技術。
2017年，ARM中國成立了合資公司，將對中國市場提供特供產品線，並且針對中國市場部分產品實行免費策略。2018年，就在“中興事件”之後，ARM中國合資公司準備在中國A股上市，還得到了國內很多專家和機構的鼓噪吶喊支持，甚至鼓吹所謂合資的“國產自主”，有望實現高溢價，由中國股民買單ARM在中國的投入。中國的處理器內核市場狀況有可能將進一步被ARM公司壟斷。
談及此處，也不由得讓我想起了想起來兩句話：
秦人不暇自哀，而後人哀之；後人哀之而不鑒之，亦使後人而復哀後人也。
人類在歷史上汲取的唯一教訓就是“人類從來不汲取教訓”。
核心技術是“合資”不過來的，“核心技術”是“丟失的市場”換不來的。只有堅持自主研發，才能真正實現國產自主可控的核心技術。我們團隊會繼續使用開放的RISC-V架構開發更多的處理器內核IP，為中國IoT產業賦能，更希望能夠為真正實現“國產自主可控”且“普世通用”的處理器而貢獻自己的綿薄之力。
異步社區： 您覺得離RISC-V架構讓國產CPU真正“自主研發”還有多遠？
胡振波：國產CPU自主研發早就實現了，譬如我們的龍芯，兆芯等早已經實現了“自主研發”，真正困擾國產CPU的問題是指令集架構的缺失。目前主流的x86和ARM架構都掌握在歐美商業公司之手，在指令集架構層面上受制於人。
RISC-V給中國提供了一個新的機會，RISC-V很有可能成為未來世界的一個新的主流架構，且完全開放，因此使得中國能夠真正實現普世通用主流且國產自主的處理器內核。RISC-V還在發展，目前在深嵌入式和低功耗IoT領域已經具備了替代ARM的實力，但是在往上的中高端領域還需要一定時間的生態發展。
異步社區： 學習實例蜂鳥E200的Verilog代碼，將能成為一名合格的數字IC設計工程師嗎？
胡振波：肯定的。蜂鳥E200的研發團隊來自業界一流的處理器設計公司，使用穩健的Verilog 2001語法編寫的可綜合RTL代碼，以工業級標準進行開發。
相比而言，我們可以看到國外其他的開源內核：
大多數的開源實現或來自於個人愛好者、或者來自於高校，其開發語言或使用VHDL、或使用高級的System Verilog。來自產業界工程團隊且使用最穩健的Verilog RTL實現的開源RISC-V處理器尚不多見。
有些開源RISC-V處理器使用了高級的Chisel語言轉換生成Verilog RTL代碼，造成代碼可讀性很差，給業界只熟悉Verilog的芯片工程師使用造成了困難。
所以，開源的蜂鳥E200在全世界範圍內都是最佳的學習CPU設計的示例。讀者可以深入學習下本書的第5章，了解蜂鳥E200的設計原則和工業級代碼風格，另外也推薦讀者關註我的公眾號“矽農亞歷山大”，關註其中的“Verilog就該這麽學”專欄，讓初學者成為一名優秀的數字IC設計工程師。
異步社區： 您曾說：“學習CPU設計正當時，學習RISC-V正當時！”為什麽這麽說？
胡振波：CPU設計技術雖然已經非常成熟，但是由於CPU架構長期以來主要由以Intel（x86架構）與ARM（ARM架構）為代表的商業巨頭公司所掌控，成為普通的公司與個人無法逾越的天塹。因此，CPU設計只是權貴們的盤中餐，有點曲高和寡。但是，開放的RISC-V基金會的誕生，使得任何公司與個人均可依據開放的RISC-V架構設計自己所需的處理器，很多科研機構開始使用RISC-V開發處理器，很多獨立的RISC-V 處理器IP公司開始出現，很多實力雄厚的巨頭（如NVIDIA、三星等）均開始使用RISC-V架構開發其自有的處理器內核。可以說是“舊時王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”，因此，掌握CPU設計，尤其是RISC-V的CPU設計技能，變成了一個通用技術，對科研、學習和就業都大有裨益。
此外，當前國內CPU產業熱潮方興未艾，x86、ARM、MIPS等傳統商用處理器架構在國內呈全面開花之勢。龍芯、兆芯、飛騰等資深專業CPU公司在不斷突破；華為、展訊等一線大公司相繼開始研發自主的處理器核心；海光、華芯通等新銳也開始摩拳擦掌。此時，開放的RISC-V架構的誕生，更是為此番繁華增添了精彩。同時，各種人工智能AI處理器也采納RISC-V作為核心，CPU設計的技巧也完全能夠應用於AI處理器芯片領域。
綜上所述，筆者慨言，學習CPU設計正當時，學習RISC-V正當時！
異步社區： 有沒有寫下一本書的打算？可以“劇透”一下嗎？
胡振波：確實正在寫下一本書《RISC-V架構與嵌入式開發快速入門》，之所以寫這本書，是因為雖然《手把手教你設計CPU——RISC-V處理器篇》能夠讓更多人了解並認識RISC-V架構，但有關RISC-V嵌入式軟件開發方面的中文資料仍然欠缺，體現在如下幾個方面：
對於RISC-V的軟件開發工具鏈，包括嵌入式和Windows軟件開發工具的下載和使用方法、簡單嵌入式開發平臺的搭建等，沒有很好的中文資料系統介紹。
對於RISC-V的匯編語言開發、典型的RISC-V嵌入式開發平臺和環境的使用、典型示例程序等，也沒有很好的中文資料系統介紹。
綜上，雖然專業人士已經能夠嫻熟地使用RISC-V進行嵌入式開發，但是初學者卻無處下手。為了促進RISC-V在國內的普及，尤其是被廣大初學愛好者接受和普及，我決定寫第二本書分享一些使用RISC-V進行嵌入式開發的相關經驗和總結，主要面向對RISC-V感興趣的入門用戶，包括嵌入式軟件開發和硬件設計人員。
《RISC-V架構與嵌入式開發快速入門》這本書有望在2018年下半年出版上市。
《手把手教你設計CPU——RISC-V處理器篇》
胡振波 著
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。
本書共分為四部分。第一部分是CPU與RISC-V的綜述，幫助初學者對CPU和RISC-V快速地建立起認識。第二部分講解如何使用Verilog設計CPU，使讀者掌握處理器核的設計精髓。第三部分主要介紹蜂鳥E203配套的SoC和軟件平臺，使讀者實現蜂鳥E203 RISC-V處理器在FPGA原型平臺上的運行。第四部分是附錄，介紹了RISC-V指令集架構，輔以作者加入的背景知識解讀和註解，以便於讀者理解。
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