RISC-V vs EVM：探索Vitalik Buterin升級以太坊執行層的計劃

以太坊 聯合創辦人Vitalik Buterin已提出，以RISC-V架構取代以太坊虛擬機（EVM）。

呢個重要轉變，係自平台創立以嚟，對全球第二大區塊鏈提出最具影響力嘅技術升級建議之一。

隨住去中心化應用程式持續喺金融、供應鏈管理同數字身份驗證等領域增長，以太坊底層計算架構要處理前所未有嘅可擴展性壓力。

呢篇文章會探討RISC-V嘅技術基礎、佢對以太坊生態有咩潛在影響，以及呢個發展對區塊鏈技術未來嘅更廣泛意義。

認識RISC-V：開源硬件革命

起源同設計理念

RISC-V源自2010年加州大學柏克萊分校嘅研究，因應專有指令集架構(ISA)嘅限制而誕生。唔同於像ARM或x86咁封閉兼需授權金嘅系統，RISC-V推崇開源理念，都同區塊鏈提倡嘅透明和開放性不謀而合。

RISC-V採用精簡指令集計算（RISC）原則，強調精簡及高效，藉由精心設計嘅指令集實現。相比x86呢啲複雜指令集計算（CISC）架構講求功能豐富，但往往犧牲咗效率。

技術規格與模組化

RISC-V架構非常模組化，包括：

• 基本整數指令集（RV32I/RV64I）：提供基本運算功能
• 標準擴充（如"M"代表乘除法，"A"代表原子操作，"F"/"D"負責浮點運算）
• 自訂擴充：針對特定領域優化

模組化設計帶嚟前所未有的彈性。譬如加密擴充可加速橢圓曲線運算，有助區塊鏈驗證。根據RISC-V國際組織嘅技術數據，自訂擴充針對專項應用可比通用實現快5-10倍。

市場採納同增長趨勢

RISC-V普及速度極快，市場預期2027年複合年增長率達73.6%。Semico Research預測，2025年RISC-V核心出貨量將達624億顆，IoT設備同嵌入式系統滲透率特別高，呢啲領域愈益同區塊鏈應用結合。

圍繞RISC-V嘅硬件生態圈急劇擴大，RISC-V基金會現有逾3,000個成員。

行業巨企Nvidia、Qualcomm、Western Digital都投放大量資源於RISC-V開發，Western Digital計劃每年向旗下儲存設備交付超過二十億顆RISC-V核心。

以太坊虛擬機：現有架構與限制

EVM嘅基本設計

EVM由Gavin Wood 2014年於Ethereum yellowpaper提出，係推動以太坊智能合約功能嘅分布式運算引擎。作為棧式虛擬機，EVM處理由Solidity等高階語言產生嘅bytecode，每個操作都需消耗「gas」- 以太坊計算收費單位。

現時EVM技術規格包含：

• 256位元字大小（針對加密運算優化）
• 棧深限制1,024元素
• 記憶體以32-byte word擴展
• 受gas限制的執行環境
• 跨節點確保決定性執行

效能瓶頸與技術債

雖然EVM安全性高，但其架構帶來重大低效。鏈上數據分析指，約40% gas係消耗喺棧操作而非實際運算。例如SWAP同DUP opcodes，只係調位數據，佔常規合約操作碼近25%。

EVM的解釋式執行模式進一步增加負擔。每個EVM指令都要轉成本機機器指令，當合約複雜度提升時，延時效應就更加明顯。Ethereum研究團隊測試顯示，這種解釋執行，效率比原生執行低50-65%。

呢啲問題，喺零知識證明系統下特別嚴重。因為EVM要產生零知識證明，運算量極大，單一複雜交易可能需數十億次計算。據zkEVM項目資料，標準ERC-20代幣轉帳驗證ZK證明需約50萬gas，更複雜操作消耗更高。

Vitalik Buterin提出RISC-V方案：技術分析

核心技術架構

Buterin於Ethereum Magicians論壇（帖#23617）詳述，建議用以寄存器為基礎嘅RISC-V執行環境，取代現有棧式EVM。此方法可：

1. 直接執行RISC-V指令，消除解釋式負擔
2. 以更高效寄存器操作替代棧操作
3. 有硬件層加密運算優化
4. 精簡零知識證明產生過程

擬採用RISC-V RV32I基本整數指令集，加上"M"乘法擴展同加密自訂指令，此配置兼顧運算力與驗證簡便性，有助維持以太坊既安全。

效能基準數據與預期提升

Ethereum Foundation研究團隊初步評測RISC-V方案如下：

• Gas效益：常用操作節省gas 30-40%
• 證明產生：ZK證明生成快50-80%
• 吞吐量：實際每秒交易提升3-4倍
• 驗證成本：節省約60%驗證計算開支

對零知識操作而言，RISC-V特別有效。例如Ingonyama公司針對橢圓曲線研發專用RISC-V實現，效能比通用CPU高三倍，直接惠及rollup等擴容方案。

整合計劃及遷移策略

Buterin考慮到以太坊智能合約生態龐大，提出分階段推行：

1. 第一階段：開發適用Solidity和Vyper嘅RISC-V編譯鏈
2. 第二階段：過渡期間EVM與RISC-V並行
3. 第三階段：為舊合約提供可選轉換層
4. 第四階段：RISC-V成為主要執行環境

呢個分階段策略着重向下兼容，讓生態安全平滑過渡至更高效架構。研究人員預計，正式啟動至全面落地需時約24-36個月。

對區塊鏈技術的更深遠影響

跨鏈標準化同互通性

RISC-V應用唔止於以太坊自己。作為開放標準，佢有望促成唔同區塊鏈之間前所未有嘅互通。現時總共有74個區塊鏈項目稱為「EVM兼容」，包括Polygon、Avalanche同BNB Chain，總鎖倉價值超過800億美元。

採RISC-V標準有可能為跨鏈應用建立新基線，減少開發分裂。編譯成RISC-V嘅智能合約可於任何支持此標準的平台一致運行，顯著降低多鏈開發門檻。

硬件加速與驗證者經濟

RISC-V也為區塊鏈專用硬件帶來新機遇。公司如Tenstorrent、SiFive已推出集成加密加速器的RISC-V處理器，與通用硬件比較，能將同類工作負載能源消耗減70-80%。

以太坊驗證節點方面，即代表運營成本大降。目前以太坊權益證明網絡佔全球電力消耗約0.01%（每年約0.0002TWh）。

經RISC-V優化後預期能再降低一個數量級，進一步強化以太坊能源效率，相比比特幣更具可持續性。

去中心化同參與平權

過渡RISC-V，有助直接改善去中心化指標，降低運行全節點所需硬件門檻。現有以太坊節點分布分析顯示有明顯地理和資源集中，約65%節點集中北美和西歐。

RISC-V減少計算需求，令更多地區同用戶都有能力參與未來區塊鏈生態。 markets. For instance, low-power RISC-V implementations capable of validating transactions could operate on solar power in regions with unreliable grid infrastructure, potentially expanding Ethereum's validator set to currently underrepresented regions in Africa, Southeast Asia, and Latin America.

市場。例如，能夠驗證交易的低功耗 RISC-V 實現，可以在電網基礎設施不穩定的地區憑太陽能運行，有機會將以太坊的驗證人網絡擴展至目前在非洲、東南亞及拉丁美洲等代表性較低的地區。

Challenges and Implementation Considerations

挑戰及實施考慮

Technical Hurdles and Backward Compatibility

技術難題與向後兼容

The transition presents substantial technical challenges:

這次轉變帶來不少技術挑戰：

1. Compiler Optimization: Existing Solidity compilers target EVM bytecode specifically; retargeting to RISC-V requires significant rearchitecting

2. Gas Repricing: The entire fee structure must be recalibrated to reflect RISC-V's different instruction costs

3. Security Verification: New formal verification techniques must be developed for RISC-V smart contracts

4. State Transition: Preserving state validity across architectural changes requires careful protocol design

5. 編譯器優化：現有的 Solidity 編譯器專為 EVM 位元碼設計，如要遷移至 RISC-V，需作出重大架構調整

6. Gas 費用重新定價：整個收費架構必須根據 RISC-V 不同的指令成本重新調整

7. 安全驗證：需要為 RISC-V 智能合約開發全新的形式驗證技術

8. 狀態遷移：在建築架構改變下維持狀態有效性，需要仔細的協議設計

These challenges are non-trivial but surmountable. Previous major Ethereum upgrades like the transition from proof-of-work to proof-of-stake demonstrate the community's capacity to implement complex protocol changes while maintaining network security.

這些挑戰都絕非輕而易舉，但依然可以克服。以太坊過去的大型升級，例如從工作量證明（PoW）過渡至權益證明（PoS），已經展示了社群在確保網絡安全之下，成功實施複雜協議改革的能力。

Geopolitical and Supply Chain Considerations

地緣政治及供應鏈考慮

RISC-V's open-source nature partially insulates it from geopolitical tensions affecting semiconductor supply chains. However, physical chip production remains concentrated in specific regions, potentially creating new centralization vectors.

RISC-V 作為開源架構，能在一定程度上避開影響半導體供應鏈的地緣政治風險。不過，實體晶片生產依然集中在部分地區，這或會帶來新的中心化風險。

Efforts to diversify chip manufacturing, including the US CHIPS Act ($52.7 billion investment) and EU Chips Act (€43 billion), may alleviate some of these concerns by fostering more geographically distributed production capacity.

推動晶片生產多元化的舉措，包括美國 CHIPS 法案（投入 527 億美元）及歐盟 Chips Act（投入 430 億歐元），有助提升生產地域分散程度，從而緩解部分相關憂慮。

Hardware Security Implementation Guide

硬件安全實施指南

For optimal security in the evolving crypto landscape:

為在瞬息萬變的加密貨幣環境中達致最佳安全效果：

1. Implement Air-Gapped Signing: Use dedicated hardware wallets that never connect directly to the internet

2. Apply Address Whitelisting: Pre-approve only specific addresses for outgoing transactions

3. Utilize Time-Locks: Configure transaction delays allowing cancellation if unauthorized

4. Enable Transaction Simulation: Preview all smart contract interactions before signing

5. Create Separate Wallets: Maintain distinct wallets for trading, DeFi participation, and long-term storage

6. 實施隔離簽署（Air-Gapped Signing）：使用從不直接連接互聯網的專用硬件錢包

7. 使用地址白名單：僅預先批准部分指定地址進行外發交易

8. 善用時間鎖（Time-Locks）：設置交易延遲機制，以便遇到未獲授權時可取消交易

9. 啟用交易模擬：在簽署前預覽所有智能合約互動

10. 分隔錢包：為交易、DeFi 參與及長期儲存分開設立不同錢包

Final thoughts: RISC-V as Ethereum's Evolutionary Catalyst

最後想法：RISC-V作為以太坊進化的催化劑

The proposed transition from EVM to RISC-V represents more than a technical upgrade - it embodies Ethereum's commitment to continuous innovation and optimization. By embracing open hardware standards that align with blockchain's core values of transparency and accessibility, Ethereum positions itself for sustainable growth amidst increasing adoption.

由 EVM 過渡至 RISC-V，不單止是技術升級，更體現了以太坊對持續創新及優化的承諾。透過採納貼合區塊鏈透明及可訪問性核心價值的開源硬件標準，以太坊能為不斷增長的用戶群帶來可持續發展的基礎。

The performance improvements enabled by RISC-V - from reduced computational overhead to more efficient zero-knowledge proofs - directly address the scalability challenges facing all major blockchain networks. More importantly, this architectural shift lays groundwork for a new generation of blockchain applications requiring greater computational throughput, from real-time decentralized AI markets to high-frequency financial instruments.

RISC-V 帶來的效能提升——由減少運算負擔至更高效的零知識證明——直接應對各大區塊鏈網絡的可擴展性挑戰。更重要的是，這種架構轉變為新一代對運算效能要求更高的區塊鏈應用奠定基礎，例如即時去中心化 AI 市場、高頻金融工具等。

As the ecosystem navigates this transition, the interplay between hardware and software optimization will define blockchain's evolution. RISC-V's modular approach mirrors Ethereum's own development philosophy - solving specific problems incrementally while maintaining a coherent overall vision. This architectural alignment suggests that the EVM-to-RISC-V transition, while technically complex, represents a natural evolution rather than a revolutionary disruption.

當生態系統邁向這一過渡時，硬件與軟件的優化相互作用，將決定區塊鏈的發展方向。RISC-V 的模組化方法正好對應以太坊的開發理念——逐步解決具體問題，同時維持整體發展願景的一致性。這種架構上的契合，說明 EVM 轉向 RISC-V 儘管涉及大量技術難題，其實是自然發展的結果，而非顛覆性的打斷。

For developers, investors, and users, this transition offers both opportunities and challenges. Those who understand the technical nuances of RISC-V and its implications for smart contract development will be positioned to build the next generation of optimized decentralized applications. Meanwhile, the broader cryptocurrency community benefits from enhanced network performance, reduced fees, and stronger security guarantees.

對於開發者、投資者和用戶來說，這次轉型既帶來挑戰，也蘊藏機遇。對於深入了解 RISC-V 技術特點以及其對智能合約開發影響的人士，將有能力開創新一代優化的去中心化應用。同時，加密貨幣生態社群亦能受惠於更佳的網絡效能、更低的費用和更強的安全保障。

The coming years will reveal whether Buterin's vision of a RISC-V-powered Ethereum materializes as proposed. Regardless, the proposal itself demonstrates the ecosystem's commitment to addressing fundamental technical limitations rather than implementing superficial solutions. In the rapidly evolving landscape of blockchain technology, this focus on architectural soundness may ultimately prove more valuable than short-term optimizations.

未來數年將見證 Buterin 所描繪的 RISC-V 驅動以太坊能否如願實現。無論結果如何，這個方案本身已反映生態系統致力解決根本技術限制，而非僅僅追求表面優化。在區塊鏈技術快速演變的今日，注重架構穩健性或許比短期優化更為珍貴。