GMP库开发者发文批评RISC-V“性能太拉跨”

塞巴斯蒂安

GMP 库开发者 Torbjörn Granlund 发文批评开源的 RISC-V 指令集架构存在严重的性能问题，言辞非常激烈，称“设计一个伟大的 ISA （指令集架构） 是非常困难且伟大的，但设计类似于 RISC-V 这样的东西是微不足道的，一名普通的计算机科学专业的学生可以在一个学期的课程项目中设计出比 RISC-V 更好的指令集。”

GMP 库全称 The GNU Multiple Precision Arithmetic Library（GNU 多精度运算库），其维护者 Torbjörn Granlund 在执行关键内部循环的 GMP 组装时发现：出于 RISC-V 独特的弱指令集（RISC 精简指令集），它执行任何运算任务都需要更多的指令 —— 比任何一个流行的现代指令集都要多。

以带进位的双字整数相加为例，RISC-V 的指令如下：

1.         add        t0, a4, a6        // 添加低位
   
2.         sltu        t6, t0, a4        // 低位相加计算进位
   
3.         add        t1, a5, a7        // 添加高位
   
4.         sltu        t2, t1, a5        // 高位相加计算进位
   
5.         add        t4, t1, t6        // 将进位加到次低位
   
6.         sltu        t3, t4, t1        // 进位相加计算进位
   
7.         add        t6, t2, t3        // 所有位相加，然后输出结果

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而相同的操作在 64 位 ARM 架构的指令：

1.         adds        x12, x6, x10
   
2.         adcs        x13, x7, x11

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在 64位 x86 架构的指令

1.         add        %r8, %rax
   
2.         adc        %r9, %rdx

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RISC-V 执行 GMP 的任意宽位加法（wide-addition）都需要 2 到 3 倍的指令，且每 64 位的结果字（result word）从1个周期变成了3个周期（关键路径 add->sltu->add ）。

Torbjörn 表示，RISC-V 或多或少有点像稀释版的 30 年前的 Alpha ISA ，但 Alpha 的计算路径是有道理的，因为当时有晶体管预算，而 RISC-V 作为一个现代指令集，应当解决这种运算性能下降 3 倍的问题：“为什么不提供一个像样的指令集呢？”

在文章的结尾，Torbjörn 还强调了自己“对本文提及或未提及的任何计算机体系结构没有经济或其他利益相关，批评 RISC-V 存粹是因为它的性能太差，本人对开源 ISA 指令集是非常支持的。”事实上，RISC-V 的 ISA 过于简单且碎片化是一个老问题，性能问题也导致它目前大部分的应用场景是嵌入式。但作为一款年轻的指令集架构，它正在汇集社区的力量不断地在优化，或许我们需要给它一些时间。

完