RISC-V 指令集架构研究综述*

刘 畅,武延军,吴敬征,赵 琛

1(中国科学院 软件研究所 智能软件研究中心,北京 100190)

2(中国科学院大学,北京 100190)

3(计算机科学国家重点实验室(中国科学院 软件研究所),北京 100190)

1 前 言

现代信息系统的设计正在出现几个新的趋势:(1) 注重软硬件协同的设计模式.例如,英伟达公司推出CUDA 通用并行计算架构[1],发挥GPU 的计算能力提升系统性能;Costan 等人[2]提出了硬件扩展Sanctum,协助软件系统实现强隔离功能.(2) 面向需求的系统精准定制化.例如,近年来出现的AI 加速芯片,通过芯片架构的定制,满足神经网络推理或训练的算力需求[3].在这样的趋势下,探究系统软硬件的多种组合方式,设计出最合适应用场景的系统架构,具有较高的理论价值和实践意义.与此同时,为了适应计算环境与应用环境的不断变化,计算机软硬件的发展也存在一种逐渐开放的趋势.以软件为例,从早期代码高度集中、与机器高度耦合,到1964 年Multics 操作系统[4]推动系统的通用化进程,UNIX 操作系统[5]开放用户任务、开启内核时代,再到Mach 微内核的问世[6]、GNU 项目的发起以及Linux 内核的公开发布,开源软件思想深入人心,体系结构也逐渐走向设计公开化、内容多样化、管理多元化、研发社区化、功能可定制化的局面.在这样的背景下,如何有效整合多种软硬件资源,发挥开放系统的独特优势,精准满足用户任务需求,成为关注重点.指令集架构(instruction set architecture,简称ISA)作为软件与硬件之间的交互规范,定义了软硬件的组合或整合方式.在上述趋势……