胡振波：我的芯片之路-阿里云开发者社区

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——异步小编

胡振波，上海交通大学电子工程系本科、微电子学院硕士。拥有业界多年ASIC和CPU设计与验证经验，先后在Marvell任职ARM架构CPU设计高级工程师、在Synopsys任职研发经理、在比特大陆任职IC设计总监、在武汉聚芯微电子任职架构师，现致力于推动RISC-V架构在国内的传播和发展。《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》作者。

国内CPU产业方兴未艾，x86、ARM和MIPS等传统商用处理器架构呈现“百花齐放”之势。龙芯、兆芯、飞腾等资深专业CPU公司在不断突破，华为、展讯等一线大公司相继开始研发自主的处理器核心，海光、华芯通等新锐也开始摩拳擦掌。此时，开放的RISC-V架构的诞生，更是锦上添花。可以说，学习CPU设计正当时，学习RISC-V正当时！

胡老师说：“在培训新入门工程师，或与爱好者、学生交流的过程中，能够感到CPU设计这门要求计算机体系结构和软硬件皆通的技术令初学者难以学习和掌握，时常遗憾于没有很好的通俗读本。”正所谓“曲高和寡，妙伎难工”，CPU设计过于专业，相关的书籍或卷帙浩繁，或晦涩难懂，令初学者不知从何下手，且难以理解。在实际的练习中，也难以找到易于学习和上手的例程，更别说完整地设计一款处理器了。如上种种，《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》诞生了，希望本书能够作为一本通俗读本，帮助初学者和爱好者顺利越过初期的陡峭学习曲线，进入CPU设计的坦途。

异步社区：可以介绍一下自己吗？现在正在做哪些事情？

胡振波：我近十年来主要的学习和工作内容就是CPU内核设计，从高性能的ARM处理器到低功耗的ARC处理器，再到特殊用途的人工智能处理器，设计过各种级别的处理器内核。自从2016年接触了开放的RISC-V架构之后，便深信其对于重塑IoT产业和中国半导体产业的巨大意义，因此便一直在进行RISC-V处理器内核的相关开发和储备，并且在业余时间做了大量的RISC-V在国内科普和推广的工作。

此外，我还在推动我们团队开源的蜂鸟E200在国内产业界的普及，希望为中国IoT产业赋能，更希望为真正实现“国产自主可控”且“普世通用”的处理器而贡献自己的绵薄之力。

异步社区：推动RISC-V架构在国内的传播您觉得最大的阻力是什么？

胡振波：最大的阻力来自两个方面：

一方面是ARM在中国的影响力太巨大了，中国由于在芯片处理器内核方面长期缺乏自主的通用处理器内核，几乎都是购买国外的ARM处理器内核核心，这已经形成了习惯。对于RISC-V这样一种新的架构出现，很长一段时间大家都是持怀疑态度。ARM在中国还成立了合资公司（在全球范围内唯一的国家），所以ARM在中国市场尤其显得强势，使得RISC-V在中国的传播相比别的国家显得更加缓慢。

另一方面是RISC-V被人曲解而忽略了它在其他层面上的意义。精确地说：RISC-V架构是一种Free的指令集架构，Free准确地说应该被翻译为“自由“而不是“免费”，指令集架构也不是一款具体的处理器内核。大多数人对处理器的一些基本的概念并不了解，譬如免费与自由的区别、指令集架构与微架构的区别、RISC-V与RISC的区别等，导致将RISC-V与“一款免费开源的处理器“划等号，而“免费”往往成为劣质的代名词。这些曲解，都严重影响了RISC-V在中国的正常传播和发展。RISC-V需要被正确地认识和理解，它对产业有更加深远的意义。

上述描述的种种现象和阻力使我认识到，RISC-V要在国内更好地传播，让大多数人正确地认识和理解RISC-V很有必要，这也是我撰写此书的原因之一。本书的第1章用最通俗和生动的语言来彻底科普相关CPU和RISC-V基本概念，任何一位毫无基础的读者都可以迅速地认识并理解RISC-V的伟大之处，从而开始接纳和学习RISC-V这一新兴的开放架构。

异步社区：为什么会写《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》这本书？

胡振波：仔细计算一下，RISC-V进入中国的时间还不到两年的时间，2016年知道RISC-V者寥寥无几，2017年有关RISC-V的报道陆续开始见诸报端，而2018年RISC-V已被很多人熟知。但是，由于诞生时间太短，RISC-V目前在国内的普及存在着如下几个明显的问题：

很多对计算机体系结构不是很了解的用户，由于缺乏相关的知识背景，对RISC-V的意义难以理解，而有关RISC-V的中文资料又太过分散。因此，急需一本中文书籍对计算机体系结构知识进行通俗的科普，继而系统翔实地对RISC-V的背景、特点、与其他架构的对比等进行解读，以帮助读者快速了解并理解RISC-V的意义。

对于试图对RISC-V进行深入了解的用户而言，目前的RISC-V文档是英文原版的指令集手册，该文档比较专业晦涩，对处理器架构研究不深的读者难以理解，很难快速入门。因此，急需一本中文书籍，通俗易懂地讲解RISC-V指令集架构详情（不是照本宣科地生硬翻译）以普及RISC-V的基本知识，让更多人了解，让更多学校开始传授RISC-V的知识。

目前开源的RIS-CV内核基本上来自国外，难以与其开发者取得交流，并且文档非常匮乏，用户只能将其当作“黑盒”学习。因此，需要一款本土的、简单易上手的、使用Verilog HDL编写的开源处理器内核，且需配套相关资料详细讲解，将其“白盒化”，以推动RISC-V内核在国内的普及。

综上，虽然专业人士已经能够娴熟地使用RISC-V，但是初学者却摸不着门道无从下手。为了促进RISC-V在国内的普及，尤其是被广大初学爱好者接受，我决定撰写一本RISC-V的中文书籍，以解决RISC-V在国内传播的问题。写书是一个枯燥的过程，几乎耗尽所有的业余和休息时间，且专业书籍受众太少，因此几度意欲放弃，但最终还是坚持下来完成此书《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》，作为全球第一本RISC-V中文书籍终于面世，希望为RISC-V在国内的传播和普及贡献自己一份绵薄之力。

异步社区：针对刚入门的小白，有什么建议吗？

胡振波：由于中文资料的匮乏，英文资料又过于分散，对于刚入门的读者，本书是快速入门RISC-V的最佳读物。建议读者先阅读本书的第一大部分（第1~4章）对RISC-V有一个系统全面的了解，然后阅读本书的附录部分对指令集架构部分进行深入了解。之后，如果想直接动手，可以阅读本书的第三大部分（第17~20章）。只有对CPU设计细节感兴趣的读者才需要阅读本书的第二大部分（第5~16章）。

异步社区：芯片行业的现状是什么样的?您怎么看待“中兴事件”？

胡振波：中国在众多芯片领域正在奋力追赶，逐步实现国产自主替代，芯片的从业者都很努力，我很看好中国芯片产业的未来。

“中兴事件”再一次让中国意识到芯片国产自主可控的重要性，这对于国内芯片产业是个很大的激励。

但是，往往被人忽视的是芯片SoC（System on Chip）内部的处理器内核，实现国产自主其实更加艰巨。由于主流生态优势，目前几乎所有的芯片SoC内部的处理器内核都是使用ARM内核IP。

并且，ARM在被日本软银收购后，更加激进，还在中国成立了合资公司，进一步加大对中国市场的控制和垄断，使得国产自主的处理器内核在市场上更加举步维艰。并且就在中兴事件之后，今年ARM中国的合资公司还会在中国A股上市。

这不由得让我也想起了历史上的几件事情：

1990年，中国汽车产业采取市场换技术的策略（简称汽车路线），大量合资汽车厂出现，至今中国市场仍然主要为国外汽车品牌所占据，且核心技术仍旧匮乏。

2000年，中国高铁开始走引进消化吸收路线（简称高铁路线），目前中国高铁成为了中国的名片，并且自己掌握了大量的核心技术。

2017年，ARM中国成立了合资公司，将对中国市场提供特供产品线，并且针对中国市场部分产品实行免费策略。2018年，就在“中兴事件”之后，ARM中国合资公司准备在中国A股上市，还得到了国内很多专家和机构的鼓噪呐喊支持，甚至鼓吹所谓合资的“国产自主”，有望实现高溢价，由中国股民买单ARM在中国的投入。中国的处理器内核市场状况有可能将进一步被ARM公司垄断。

谈及此处，也不由得让我想起了想起来两句话：

秦人不暇自哀，而后人哀之；后人哀之而不鉴之，亦使后人而复哀后人也。
人类在历史上汲取的唯一教训就是“人类从来不汲取教训”。

核心技术是“合资”不过来的，“核心技术”是“丢失的市场”换不来的。只有坚持自主研发，才能真正实现国产自主可控的核心技术。我们团队会继续使用开放的RISC-V架构开发更多的处理器内核IP，为中国IoT产业赋能，更希望能够为真正实现“国产自主可控”且“普世通用”的处理器而贡献自己的绵薄之力。

异步社区：您觉得离RISC-V架构让国产CPU真正“自主研发”还有多远？

胡振波：国产CPU自主研发早就实现了，譬如我们的龙芯，兆芯等早已经实现了“自主研发”，真正困扰国产CPU的问题是指令集架构的缺失。目前主流的x86和ARM架构都掌握在欧美商业公司之手，在指令集架构层面上受制于人。

RISC-V给中国提供了一个新的机会，RISC-V很有可能成为未来世界的一个新的主流架构，且完全开放，因此使得中国能够真正实现普世通用主流且国产自主的处理器内核。RISC-V还在发展，目前在深嵌入式和低功耗IoT领域已经具备了替代ARM的实力，但是在往上的中高端领域还需要一定时间的生态发展。

异步社区：学习实例蜂鸟E200的Verilog代码，将能成为一名合格的数字IC设计工程师吗？

胡振波：肯定的。蜂鸟E200的研发团队来自业界一流的处理器设计公司，使用稳健的Verilog 2001语法编写的可综合RTL代码，以工业级标准进行开发。

相比而言，我们可以看到国外其他的开源内核：

大多数的开源实现或来自于个人爱好者、或者来自于高校，其开发语言或使用VHDL、或使用高级的System Verilog。来自产业界工程团队且使用最稳健的Verilog RTL实现的开源RISC-V处理器尚不多见。

有些开源RISC-V处理器使用了高级的Chisel语言转换生成Verilog RTL代码，造成代码可读性很差，给业界只熟悉Verilog的芯片工程师使用造成了困难。

所以，开源的蜂鸟E200在全世界范围内都是最佳的学习CPU设计的示例。读者可以深入学习下本书的第5章，了解蜂鸟E200的设计原则和工业级代码风格，另外也推荐读者关注我的公众号“硅农亚历山大”，关注其中的“Verilog就该这么学”专栏，让初学者成为一名优秀的数字IC设计工程师。

异步社区：您曾说：“学习CPU设计正当时，学习RISC-V正当时！”为什么这么说？

胡振波：CPU设计技术虽然已经非常成熟，但是由于CPU架构长期以来主要由以Intel（x86架构）与ARM（ARM架构）为代表的商业巨头公司所掌控，成为普通的公司与个人无法逾越的天堑。因此，CPU设计只是权贵们的盘中餐，有点曲高和寡。但是，开放的RISC-V基金会的诞生，使得任何公司与个人均可依据开放的RISC-V架构设计自己所需的处理器，很多科研机构开始使用RISC-V开发处理器，很多独立的RISC-V 处理器IP公司开始出现，很多实力雄厚的巨头（如NVIDIA、三星等）均开始使用RISC-V架构开发其自有的处理器内核。可以说是“旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家”，因此，掌握CPU设计，尤其是RISC-V的CPU设计技能，变成了一个通用技术，对科研、学习和就业都大有裨益。

此外，当前国内CPU产业热潮方兴未艾，x86、ARM、MIPS等传统商用处理器架构在国内呈全面开花之势。龙芯、兆芯、飞腾等资深专业CPU公司在不断突破；华为、展讯等一线大公司相继开始研发自主的处理器核心；海光、华芯通等新锐也开始摩拳擦掌。此时，开放的RISC-V架构的诞生，更是为此番繁华增添了精彩。同时，各种人工智能AI处理器也采纳RISC-V作为核心，CPU设计的技巧也完全能够应用于AI处理器芯片领域。

综上所述，笔者慨言，学习CPU设计正当时，学习RISC-V正当时！

异步社区：有没有写下一本书的打算？可以“剧透”一下吗？

胡振波：确实正在写下一本书《RISC-V架构与嵌入式开发快速入门》，之所以写这本书，是因为虽然《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》能够让更多人了解并认识RISC-V架构，但有关RISC-V嵌入式软件开发方面的中文资料仍然欠缺，体现在如下几个方面：

对于RISC-V的软件开发工具链，包括嵌入式和Windows软件开发工具的下载和使用方法、简单嵌入式开发平台的搭建等，没有很好的中文资料系统介绍。

对于RISC-V的汇编语言开发、典型的RISC-V嵌入式开发平台和环境的使用、典型示例程序等，也没有很好的中文资料系统介绍。

综上，虽然专业人士已经能够娴熟地使用RISC-V进行嵌入式开发，但是初学者却无处下手。为了促进RISC-V在国内的普及，尤其是被广大初学爱好者接受和普及，我决定写第二本书分享一些使用RISC-V进行嵌入式开发的相关经验和总结，主要面向对RISC-V感兴趣的入门用户，包括嵌入式软件开发和硬件设计人员。

《RISC-V架构与嵌入式开发快速入门》这本书有望在2018年下半年出版上市。

《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》

胡振波著

本书是一本介绍通用CPU设计的入门书，以通俗的语言系统介绍了CPU和RISC-V架构，力求为读者揭开CPU设计的神秘面纱，打开计算机体系结构的大门。

本书共分为四部分。第一部分是CPU与RISC-V的综述，帮助初学者对CPU和RISC-V快速地建立起认识。第二部分讲解如何使用Verilog设计CPU，使读者掌握处理器核的设计精髓。第三部分主要介绍蜂鸟E203配套的SoC和软件平台，使读者实现蜂鸟E203 RISC-V处理器在FPGA原型平台上的运行。第四部分是附录，介绍了RISC-V指令集架构，辅以作者加入的背景知识解读和注解，以便于读者理解。

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