RISC-V笔记本电脑现状
我们的笔记本电脑内部藏着一份秘密图纸,它指定计算机能够执行的指令集,并作为硬件和软件的接口。这些指令隐藏在专有技术的背后,不可改变。但从2025年开始,用户可能会买到一台经过改良的新型笔记本,其秘密是公开的。这款笔记本可完全定制,用户可以修改硬件和软件,使其符合自己的需求。
RISC-V是一种开源指令集架构(ISA),有望使个人计算变得更加个性化。虽然RISC-V仍处于生命周期的初期,但现在已经可以购买到包含这一技术的全功能计算机,这是为主流消费电子产品中的x86和Arm架构提供可行替代品的关键一步。
笔记本电脑制造商Framework的首席执行官尼拉夫·帕特尔(Nirav Patel)表示:“如果观察一下(软件)堆栈中的几代产品,可以看到消费级RISC-V已开始出现在笔记本电脑甚至手机中。”
帕特尔的公司计划在2025年推出一款支持RISC-V主板的笔记本电脑。虽然这款笔记本电脑仍面向早期用户和开发人员,但它将是迄今为止最易获得的精心打磨的RISC-V笔记本电脑,能够提供与x86芯片的Framework笔记本电脑相同的外观和触感。
指令集架构是一部规则手册,定义在处理器上可以执行的有效程序指令集。与其他指令集架构一样,RISC-V包含了几十条指令,如将数据加载到内存或浮点算术运算。但RISC-V是开源的,这是它与x86和Arm等封闭指令集架构的区别。这意味着任何人都可以使用RISC-V,不需要支付许可费。同时,这也使RISC-V硬件更容易进行定制,因为哪些可以修改、哪些不能修改均没有许可限制。
2010年,加州大学伯克利分校并行计算实验室的研究人员基于已确立的精简指令集计算机(RISC)的原则,开始开发 RISC-V指令集架构。如今,期望设计价格低廉的专用芯片的公司已经在使用RISC-V:阿里巴巴在边缘计算的芯片开发平台中使用了RISC-V,西部数据公司则将RISC-V用于存储控制器。
现在,一小群公司和爱好者正在为将RISC-V引入主流消费设备奠定基础。其中一位开拓者是软件工程师梁宇宁,新冠疫情期间,他在深圳因封控无法工作,却被这一想法吸引。
由于无法继续先前的工作,“我必须问自己,我在这里能做什么?”梁宇宁说,“RISC-V(国际基金会)的前首席技术官马克·希姆尔斯坦(Mark Himelstein)提到,我们应该用12纳米RISC-V测试芯片做一台笔记本电脑。”因为12纳米节点比当前中央处理器使用的生产工艺要老,因此每块芯片的成本较低。
新冠疫情引起的供应链问题导致项目起步较慢,但最终,梁宇宁创办的深度数智公司在2023年推出了全球首款RISC-V笔记本——Roma。紧接着在2024年,该公司发布了预装乌班图开源操作系统的DC-Roma II,开箱后能够直接执行基本的计算任务。
深度数智目前正在与Framework合作,后者是一家成立于2019年的笔记本电脑制造商,正如其官网所述,该公司的使命是“修复消费电子产品”。Framework销售模块化、用户可自行维修的笔记本电脑,用户可以无限期地不断升级其中的部件(包括通常无法更换的部件,如主板和显示器)。
帕特尔表示:“开发人员可进入Framework笔记本电脑的主板并创建自己的平台。”他又补充道,该公司希望其笔记本电脑可以加快采用开源硬件,主板制造商可以带来一个“提供系统级解决方案”的平台,不需要设计自己的笔记本电脑。
深度数智的DC-Roma II笔记本是开源计算的一个重要里程碑,这不仅是因为它预装了乌班图操作系统。它是首款获得媒体广泛关注的RISC-V笔记本,特别是在YouTube上,有关DC-Roma II以及Milk-V Pioneer和荔枝派4A等其他RISC-V单板计算机的评测视频观看量超过百万。
即便如此,梁宇宁也还是很快就承认了一个许多网友发现的缺陷:DC-Roma II的RISC-V芯片在性能上远远落后于x86和Arm架构的相应产品。梁宇宁表示,深度数智希望在2025年通过DC-Roma III来解决这一问题。
在未来一年里,“性能将大大提升。虽然仍将使用12纳米(处理器),但我们将升级中央处理器的性能,使其更接近Arm Cortex-A76的水平。”梁宇宁说道。Cortex-A76是RISC-V基准测试的主要架构,因为树莓派5等高销量单板计算机的芯片都使用这种架构。
梁宇宁并非唯一梦想制造高性能RISC-V芯片的人。成立于2018年的Ventana公司正在依靠开源指令集架构,设计高性能数据中心芯片。
Ventana的创始人兼首席执行官巴拉吉·巴克塔(Balaji Baktha)坚信,RISC-V芯片将在各类产品中与x86和Arm直接对峙。“指令集架构的特定因素不能决定能否制造出高性能的产品。”他说,“关键在实现的微架构。”
深度数智还希望降低价格,使RISC-V更具吸引力。DC-Roma II售价约600美元,并不比宏碁Aspire或戴尔灵越等中档Windows笔记本贵很多。但网上的评论指出,其性能更接近那些售价更低的经济型笔记本。梁宇宁表示,这是由于该笔记本的产量较低,据他说,DC-Roma II的产量为“小几万台”。他又补充道,深度数智希望将DC-Roma III的产量提高到10万台。
如果这一目标实现,与使用x86和Arm的笔记本电脑相比,深度数智的所有笔记本将更具竞争力。这对梁宇宁来说非常重要,因为他认为价格可承受性与开放性密切相关:二者都降低了新手的门槛。
“甚至,如果我们能开放芯片设计,那么有一天,即使是中小学和大学的学生也可以在课堂上使用开放工具设计自己的芯片。”梁宇宁说,“有了开放性,我们都可以选择从零开始自己制作。”