RISC-V 與 EVM：探討 Vitalik Buterin 提升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）的方案。

這項關鍵性轉變被視為自以太坊誕生以來，對全球第二大區塊鏈平台最具影響力的技術革新之一。

隨著去中心化應用加速滲透於金融、供應鏈管理及數位身份驗證等領域，以太坊底層計算基礎設施正面臨前所未見的擴展瓶頸。

本文將探討 RISC-V 的技術基礎，其對以太坊生態系的潛在改變，以及對區塊鏈技術未來帶來的更廣泛影響。

認識 RISC-V：開源硬體革命

起源與設計理念

RISC-V 源自 2010 年加州大學柏克萊分校針對封閉式指令集架構（ISA）侷限而進行的研究。不同於需付授權費、受限於使用條件的封閉系統（如 ARM 與 x86），RISC-V 具備與區塊鏈透明、可及等原則呼應的開源精神。

RISC-V 採用簡化指令集（RISC）設計，重點在簡單與高效率，並透過精心規劃的指令集予以實現。這與 x86 架構所採複雜指令集（CISC）強調功能豐富但易犧牲效能的路線形成對比。

技術規格與模組化特點

RISC-V 架構高度模組化，包含：

整數基礎指令集（RV32I/RV64I）：提供核心運算功能
標準擴展集：如「M」乘法/除法、「A」原子操作、「F/D」浮點運算
客製擴展：支援領域專屬優化

這種模組化設計帶來高度客製空間。例如，密碼學擴展可大幅加速橢圓曲線運算，對區塊鏈交易驗證至關重要。根據 RISC-V International 技術規格，客製擴展針對特定應用的效能提升可達 5-10 倍。

市場採用概況與成長趨勢

RISC-V 被採用速度迅猛，市場預測自今至 2027 年複合年增率達 73.6%。Semico Research 預估到 2025 年 RISC-V 核心出貨量將達 624 億顆，尤其在物聯網、嵌入式系統等區塊鏈高度關聯領域大幅成長。

RISC-V 支援硬體生態系已大幅擴展，現有超過 3,000 名成員參與 RISC-V 基金會。

包含 Nvidia、Qualcomm 及 Western Digital 在內的產業巨擘已大舉投入研發，Western Digital 更計劃每年在儲存裝置中配送逾 20 億顆 RISC-V 核心。

以太坊虛擬機：現有架構與侷限

EVM 的核心設計

EVM 由 Gavin Wood 在 2014 年於以太坊黃皮書中提出，作為以太坊智慧合約運作的分散式運算引擎。EVM 採用堆疊型虛擬機，執行如 Solidity 等高階語言生成的位元碼，每個操作對應特定「Gas」消耗（即以太坊運算價格機制）。

現行 EVM 技術規格如下：

256 位元字大小（適合密碼學運算）
堆疊深度限制 1024 個元素
記憶體以 32 字節單位擴展
限 Gas 執行環境
全節點決定性執行

效能瓶頸與技術債務

儘管 EVM 具備穩健的安全模型，其架構卻帶來不少低效率。鏈上交易分析顯示，約 40% 的 Gas 消耗來自堆疊操作而非實際運算。例如，僅數據重排序（如 SWAP、DUP）就占典型合約指令的 25%。

EVM 解釋式執行模式造成額外負擔，每個指令需轉譯成原生機器指令，當合約複雜度提高時此延遲倍增。以太坊研究團隊基準測試顯示，解釋式執行效能約為原生程式碼的 35-50%。

在零知識證明系統（以太坊 Layer 2 擴容基礎）中特別明顯。產生 EVM 運算的零知識證明需極大量運算，單一複雜交易即可達數十億次運算。據 zkEVM 計畫數據，標準 ERC-20 轉帳之 ZK 證明驗證需消耗約 50 萬 Gas，複雜操作更遠高於此。

Vitalik Buterin 的 RISC-V 建議：技術解析

核心技術架構

Buterin 在 Ethereum Magicians 論壇（主題 #23617）中提出以註冊器式 RISC-V 執行環境取代堆疊式 EVM，具體將：

直接執行 RISC-V 指令，消除解釋負擔
以更高效的註冊器操作取代堆疊操作
支援密碼學硬體級優化
精簡零知識證明產生流程

建議配置採用 RISC-V 的 RV32I 整數基礎指令集，延伸「M」乘法擴展以及客製密碼學指令，於維持安全保證間取得效能與簡化平衡。

實測效能與展望

以太坊基金會研究團隊初步基準測試顯示 RISC-V 架構可大幅改善執行效能：

Gas 效率：常用操作 Gas 成本降低 30-40%
證明產生：零知識證明產生速度提升 50-80%
吞吐量：每秒交易量理論上提升 3-4 倍
驗證成本：節點計算負擔減少約 60%

對零知識運算尤為明顯。如 Ingonyama 等公司已證實利用專屬 RISC-V 實作橢圓曲線運算，效能較通用 CPU 提升 300%，相當利於 Rollup 技術擴容。

整合流程與遷移策略

認知到遷移現有以太坊智慧合約體系的複雜性，Buterin 提出分階段路線圖，包括：

第一階段：開發 Solidity、Vyper 的 RISC-V 編譯工具鏈
第二階段：EVM 與 RISC-V 兩種執行環境並行過渡
第三階段：為舊合約提供轉換層選項
第四階段：以原生 RISC-V 執行為主

這種漸進方式優先維持相容性，讓遷移至新架構平順過渡。以太坊研究人員估計，從正式採納到全面實現需約 24-36 個月。

對區塊鏈技術的廣泛影響

跨鏈標準與互通性

RISC-V 應用不局限於以太坊，有望推動不同鏈間的高度互通。現有至少 74 個區塊鏈專案自稱「EVM 相容」，如 Polygon、Avalanche、BNB Chain，總鎖倉價值（TVL）逾 800 億美元。

倘採用 RISC-V 作為新標準，可為跨鏈應用樹立統一基礎，取代分裂現象。已編譯為 RISC-V 指令的智慧合約理論上可在所有實作此標準的區塊鏈一致運作，大幅降低多鏈開發負擔。

硬體加速與驗證經濟

RISC-V 為專用區塊鏈硬體帶來機會。Tenstorrent、SiFive 等公司已開發含密碼學加速器的 RISC-V 處理器，針對同等運算負載，相較通用硬體能減少 70-80% 能耗。

對以太坊驗證節點來說，意味著營運成本大幅降低。當前以太坊權益證明網路約占全球 0.01% 電力（約 0.0002 TWh/年），RISC-V 最佳化後有機會再降一個數量級，進一步彰顯以太坊在能源效率上對比比特幣的優勢。

去中心化與節點普及性影響

RISC-V 過渡可大幅降低完整節點運作的硬體門檻，推進去中心化。目前以太坊節點分布高度集中於北美與西歐（約 65%），算力需求降低有助全球參與民主化。 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 實作，可以在電網基礎設施不穩定的地區依靠太陽能運作，這有潛力將以太坊的驗證者集合擴展到目前在非洲、東南亞和拉丁美洲等代表性不足的區域。

Challenges and Implementation Considerations

挑戰與實作考量

Technical Hurdles and Backward Compatibility

技術難題與向後相容性

The transition presents substantial technical challenges:

此一轉換帶來重大技術挑戰：

Compiler Optimization: Existing Solidity compilers target EVM bytecode specifically; retargeting to RISC-V requires significant rearchitecting
Gas Repricing: The entire fee structure must be recalibrated to reflect RISC-V's different instruction costs
Security Verification: New formal verification techniques must be developed for RISC-V smart contracts
State Transition: Preserving state validity across architectural changes requires careful protocol design
編譯器優化：現有的 Solidity 編譯器主要針對 EVM 位元碼設計，若要遷移到 RISC-V，將需要大幅度重新架構
Gas 價格重估：整體費用結構必須重新調整，以反映 RISC-V 的不同指令成本
安全驗證：需針對 RISC-V 智慧合約開發新的形式化驗證技術
狀態轉換：要在架構變更過程中維持狀態有效性，必須謹慎設計協定

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.

這些挑戰雖然不容小覷，但都可以克服。先前以太坊從工作量證明（PoW）轉向權益證明（PoS）等重大升級，已證明社群有能力在維持網路安全的同時實施複雜的協定變更。

Geopolitical and Supply Chain Considerations

地緣政治與供應鏈考量

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 的開源特性，在一定程度上能減緩地緣政治對半導體供應鏈的影響。然而，實體晶片生產仍集中在特定區域，這可能產生新的集中化風險。

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.

各國分散晶片製造的努力，包括美國《CHIPS 法案》（投資 527 億美元）及歐盟《Chips Act》（投資 430 億歐元），有助於在地理位置上分散產能，部分減輕這些顧慮。

Hardware Security Implementation Guide

硬體安全實作指南

For optimal security in the evolving crypto landscape:

為了在不斷演變的加密貨幣環境中維持最佳安全性：

Implement Air-Gapped Signing: Use dedicated hardware wallets that never connect directly to the internet
Apply Address Whitelisting: Pre-approve only specific addresses for outgoing transactions
Utilize Time-Locks: Configure transaction delays allowing cancellation if unauthorized
Enable Transaction Simulation: Preview all smart contract interactions before signing
Create Separate Wallets: Maintain distinct wallets for trading, DeFi participation, and long-term storage
實施隔離簽章（Air-Gapped Signing）：使用永遠不直接連接網路的專用硬體錢包
地址白名單管理：僅事先核准特定地址進行轉出交易
時間鎖定機制：設定交易延遲，若非授權可及時取消
啟用交易模擬：於簽署前預覽所有智慧合約互動內容
建立分離錢包：分別保有交易、DeFi 操作與長期存儲的獨立錢包

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

結語：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.

EVM 遷移至 RISC-V 的提案，不僅僅是一項技術升級，更體現了以太坊持續創新與優化的承諾。藉由擁抱與區塊鏈核心價值——透明與開放——相符的開放硬體標準，以太坊將自己定位為能在用戶量持續增加下實現永續成長的平台。

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 所帶來的效能提升，從降低運算負擔到提升零知識證明效率，直接回應了所有主要區塊鏈網路所面臨的擴展性挑戰。更重要的是，這一架構變革為下一代需要更高計算吞吐量的區塊鏈應用奠定了基礎，涵蓋即時去中心化 AI 市場到高頻金融工具等新領域。

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.

隨著生態系朝此過渡發展，硬體與軟體優化的協同作用將決定區塊鏈的演進。RISC-V 的模組化設計理念，與以太坊循序漸進解決問題、維持整體發展藍圖的開發哲學不謀而合。此一架構契合性顯示，儘管 EVM 向 RISC-V 過渡技術上極為複雜，但這更像是一場「自然演進」，而不是顛覆式革命。

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、投資人與用戶而言，這次過渡既帶來挑戰，也創造機會。深入了解 RISC-V 技術細節及其對智慧合約開發意義的人，將有機會打造下一代最優化的去中心化應用；而更廣大的加密貨幣社群，則可受惠於更佳的網路效能、更低的手續費及更強的安全保障。

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.

未來幾年將見證 Buterin 對 RISC-V 驅動以太坊的願景能否如期實現。無論最終成果如何，這項提案本身，已展現了生態系致力於正視核心技術限制，而非僅追求表面改進。在區塊鏈技術飛速演化的時代，對於「架構健全性」的堅持，或許最終將比短期效益更具價值。