EVMからRISC-Vへ？RISC-Vの過去と現在、そしてWeb3分野での応用について

2025.05.29

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EVMからRISC-Vへ？RISC-Vの過去と現在、そしてWeb3分野での応用について

RISC-Vの導入は、既存エコシステムとの互換性や性能とセキュリティのバランスといった課題に直面しているものの、将来のブロックチェーン技術に無限の可能性を提供している。

2025.05.29 - 08:06:48

RISC-VEVM

Web3業界の深掘り報道に専念し潮流を洞察

一、序論

ブロックチェーンは新しいタイプの分散型コンピューティング・プラットフォームであり、その基盤はデータ構造や暗号化アルゴリズムにとどまらず、むしろ実行環境における革命である。スマートコントラクトの実行からクロスチェーン検証、分散型アプリケーション（DApp）からゼロ知識証明（ZKP）の生成に至るまで、すべてのオンチェーン動作は最終的に何らかの形式の仮想マシン（Virtual Machine, VM）によって解釈および実行される必要がある。そして、この仮想マシンの動作を支える基盤には、しばしば見過ごされがちだが極めて重要な部分がある：ハードウェア命令セットアーキテクチャ（Instruction Set Architecture, ISA）である。

従来のブロックチェーンシステムでは、「仮想マシンはソフトウェアの問題」だと習慣的に考えられてきた。つまり、プログラミング言語やランタイムにのみ関連するとされている。イーサリアムのEVMはスマートコントラクト用にカスタマイズされたスタック型VMであり、PolkadotやNearなどはWebAssembly（WASM）をランタイム標準として採用している。しかし、ブロックチェーンがより高いパフォーマンス、検証性、カスタマイズ可能性に向かって進化するにつれ、無視できないトレンドが現れている：ハードウェアISAが再びオンチェーン実行モデル設計の一部になりつつある。

1.1 ブロックチェーンとハードウェア命令セットの関係

伝統的なオペレーティングシステムでは、命令セットはOSとハードウェアの橋渡しとなり、プロセッサが実行可能な操作を抽象化する。ブロックチェーンシステムにおいては、「検証可能な実行」および「クロスプラットフォーム決定性」という特性により、仮想マシンの挙動は正しくなければならないだけでなく、証明可能で、再現可能でもなければならない。この要求は逆に、仮想マシンの命令セマンティクスが明確で、簡潔かつ決定的であることを強いるものであり、これらはRISCアーキテクチャ設計の当初の目的の一部でもある。

さらに重要なのは、ゼロ知識証明（ZKP）、信頼できる実行環境（TEE）、オフチェーン証明（Off-chain Proof）などのシナリオにおいて、命令セットアーキテクチャが「証明回路内にモデル化される」必要があるということだ。これにより、ISAの検証性、構造の簡潔性、標準化、オープンソース性が極めて重要な特性となる。閉鎖的で複雑で曖昧なISAは、オンチェーンVMの長期的基盤としては適していない。

1.2 仮想マシンのブロックチェーンにおける役割

ブロックチェーンシステムにおいて、仮想マシンの役割は「分散化世界のCPU」と理解できる。イーサリアムメインネット上にデプロイされたコントラクトであろうと、RollupやAppChain上で動作するzkVM、MoveVMであろうと、背後には共通の課題がある：グローバル合意システム内でコードの実行結果をどうやって確定するか。

主な仮想マシンの方式には以下がある：

EVM（Ethereum Virtual Machine）：イーサリアム専用のスタック型VM。操作がシンプルで、実行過程を追跡可能。
WASM（WebAssembly）：汎用的で高性能な仮想マシン標準。ブラウザ推進により、複数のチェーンで採用されている。
Move VM：Libraプロジェクト由来で、リソース制御と形式的検証を重視。
zkVM / RISC-V VM：実行をzk回路またはISA実行モデルとしてモデル化し、効率的なゼロ知識証明生成を可能にする。
Solana BPF VM：Berkeley Packet Filterを拡張した安全なVM。

これらの仮想マシンはそれぞれ異なるアーキテクチャを持っているが、同じ問題に直面している：オンチェーンで「性能、検証性、クロスプラットフォーム一貫性」をどう統合するか。この問題において、ISAの役割はますます顕著になっており、特にカスタマイズ可能でオープンソースなISA、例えばRISC-Vが注目されている。

1.3 なぜRISC-Vに注目すべきか：オープン、軽量、拡張性

多数のISAの中でも、RISC-Vは近年急速に台頭してきた。その理由は、いくつかの長年の問題を解決しているためだ：

オープンソースでライセンス不要：特許の障壁やライセンスリスクを回避でき、オープンソースチェーンプロジェクトや公共技術スタックに適している。
命令が簡潔で、意味が明確：モデル化、形式的検証、回路変換が容易。
モジュール化された拡張設計：最小サブセット（例：RV32I）のみを使用してVMを構築することも可能であり、SIMD、Cryptoなどの命令を後から拡張することも可能。
活発なエコシステム：GCC/LLVMなどのコンパイラツールチェーンが全面的にサポートしており、OS、エミュレータ、検証フレームワークも徐々に整備されている。
グローバル中立性：財団が米国から移転したことにより、中国、欧州など多くの地域で歓迎されており、国際共通の計算基盤構築に有利。

ブロックチェーンにとって、RISC-Vは低コストで高制御性のある実行プラットフォームを提供し、オンチェーンコントラクトの実行だけでなく、回路内でのzk証明生成や、信頼できるハードウェア内での機密ロジック実行にも組み込むことができる。

1.4 本稿の目的と構成概要

本稿では、RISC-Vがブロックチェーン分野に持つ応用可能性、特に仮想マシンアーキテクチャ、実行環境設計、検証可能計算における価値について体系的に考察する。以下の構成で展開する：

RISC-Vについて：RISC-Vの基本概念を簡単に紹介。
RISC-Vの歴史：学術的起源から産業応用まで、その発展経緯を振り返る。
RISC-V命令セットの概要：命令のモジュール化設計とVMに関連するサブセットを分析。
RISC-Vエコシステムと発展状況：ソフトウェア・ハードウェアのサポート状況とコミュニティエコシステムを探る。
ブロックチェーン仮想マシン分野への応用：主要VMがどのように、あるいはなぜRISC-Vと接続しようとしているかを解説。
命令セットが仮想マシンに与える影響：実装の複雑さ、パフォーマンス、回路生成などの観点から解析。
イーサリアムRISC-V計画のその後の影響：かつて提案されたイーサリアムRISC-V実行環境案を解説。
まとめと展望：RISC-Vが将来のオンチェーン実行プラットフォームとして取り得る道筋を整理。

技術が急速に進化し、合意形成のコストが増大する今日、オープンソースで汎用的かつ検証可能計算向けの実行アーキテクチャこそ、ブロックチェーンシステムが切望する「新インフラ」かもしれない。RISC-Vがこの役割を果たしうるかどうか、本稿で段階的に論じていく。

二、RISC-Vとは

現代の計算システムの核となるのは、命令セットアーキテクチャ（ISA）がソフトウェアとハードウェア間のインタラクションプロトコルをどう定義するかにある。RISC-Vはまさにこのシステムの核となるレベルで再設計され、オープンに共有された大規模な工学的試みである。本章では、RISC-Vの技術理念、従来の主流ISAとの比較優位性、そしてその「オープンISA」という立場が産業界に与える重要性を深く掘り下げる。

2.1 RISCの設計思想と簡潔な命令セットの利点

RISC-Vは、精簡命令セット（Reduced Instruction Set Computer, RISC）アーキテクチャの代表的成果の一つである。RISCの設計思想は1980年代に複雑命令セット（CISC）コンピュータに対する反省から生まれ、その基本的な仮定は「大多数のプログラムは少数の単純な命令しか使わず、複雑な操作はコンパイラによる最適化で組み合わせられる」というものだ。

RISCアーキテクチャの核心理念には以下がある：

固定長命令：デコードと実行ロジックを簡素化し、命令スループットを向上。
レジスタ優先：ほとんどの操作をレジスタ間で限定し、メモリアクセスを最小限に。
簡潔なセマンティクス、単サイクル実行：実装の複雑さを低減し、パイプラインやアウトオブオーダー実行に有利。
コンパイラフレンドリー：複雑な命令処理をコンパイラに委ねることで、ハードウェアの汎用性を高める。

RISC-VはこうしたRISC精神を継承し、さらに以下を強調している：

モジュール化設計：基本命令セット（例：RV32I）を独立使用でき、浮動小数点、ベクトル、圧縮命令などの高度な拡張は必要に応じて追加可能。
簡潔で形式的にモデル化可能なセマンティクス：形式検証システムやゼロ知識回路への組み込みに特に適している。
ユーザーモードと特権モードの明確な区別：多層セキュリティ環境や仮想化サポートの構築に役立つ。
クロスプラットフォーム一貫性が高い：命令の挙動が標準化されており、過去の負債や非文書化機能がない。

要するに、RISC-Vは「ゼロから始める」命令セット再構築の試みであり、現代のコンパイラ、ハードウェア技術、システム要件を出発点として、よりオープンで簡潔、検証可能なISAを設計したものといえる。

2.2 x86、ARMなど他の命令セットとの主な比較

RISC-Vの主な競合は、現在市場で支配的地位にあるx86とARMの二つのアーキテクチャである。これらはそれぞれデスクトップ／サーバ市場とモバイル／組み込み市場を支配している。

ブロックチェーンの視点から見ると、RISC-Vは以下の点で自然な優位性を持つ：

構造が簡潔で、回路に適している：zkVMなど実行をモデル化する必要があるシステムに非常に適している。
ライセンス自由で法的障害なし：実行環境における特許紛争の心配がなく、グローバル展開に適している。
カスタマイズ性が高い：RV32Iなどの極小命令セットだけで軽量VMを構築可能。
実装が容易：Verilogでプロセッサを再構築しても、ソフトウェアでインタプリタを実装しても比較的簡単。

x86の複雑性と閉鎖性は、オンチェーン環境にモデル化するのに不向きである。ARMは技術的に優れていても、ライセンス制限が厳しく、「オンチェーン汎用計算標準」としては難しい。一方、RISC-Vはその開放性、簡潔性、適応性により、オンチェーン実行プラットフォームの有力候補となっている。

2.3 オープンソースISAの産業的意義

RISC-Vの最も変革的な特徴は「オープン命令セット」という身分である。OS、コンパイラ、データベースなどの分野で既に起こったオープンソースの波と同様に、ISA層のオープンソース化は新たなハードウェアエコシステムの再編を引き起こしている。

その産業的意義は以下の観点から理解できる：

独占を避け、参入障壁を下げる：中小チップメーカー、国家レベルの研究機関が高額のライセンス料を払わずに合法的に互換プロセッサを開発可能。
革新と差別化を促進：企業が業務ニーズに応じてISAをカスタマイズまたは拡張でき、差別化競争が可能になる。
サプライチェーンの安全性：自律的でコントロール可能な環境を求める国や企業にとって、RISC-Vはより管理可能なソフトウェア・ハードウェアの基盤を提供。
ソフトウェアと回路の統一設計：オープンISAはソフトウェアとハードウェアの協調最適化を可能にし、特に高性能計算や検証可能計算分野で有利。
グローバル協働プラットフォーム：RISC-V International財団は学術界、ビジネス界、オープンソースコミュニティを結集し、境界を超えた協働の橋渡しとなる。

ブロックチェーン分野では、このオープンアーキテクチャの利点がさらに顕著である。オンチェーンVMは極めて高い透明性、カスタマイズ性、検証性を必要とするが、従来のクローズドアーキテクチャではこれらを満たせない。RISC-Vの登場は、「オンチェーン信頼できるハードウェアインターフェース」および「証明可能な計算レイヤー」の構築に基礎的な支援を提供している。

本章では、RISC-Vの背後にある設計思想、主流ISAとの違い、およびそのオープンソースという身分がもたらす深い影響を紹介した。これらの特性を理解した上で、次章ではRISC-Vの歴史を遡り、学術的起源から世界的な産業化までの進化を追うことで、それがブロックチェーン分野にどう根付くのかをより確かな背景のもとに理解できる。

三、RISC-Vの歴史

RISC-Vの誕生は偶然ではなく、数十年にわたるコンピュータアーキテクチャの蓄積と反省の成果である。学術界からの研究発祥ながら、すぐに産業応用の最前線へと進出した。ブロックチェーンなどの新興分野では、RISC-Vの「自由な実装、カスタマイズ可能な設計」が、着実に深い影響を与え始めている。それがなぜブロックチェーンVMや信頼できる計算に適しているのかを理解するには、まずその起源から話を始める必要がある。

3.1 カリフォルニア大学バークレー校の起源

RISC-Vプロジェクトは2010年にカリフォルニア大学バークレー校（UC Berkeley）のコンピュータサイエンス学科から始まった。これは最初の「RISC」アーキテクチャではない――実際、RISC（Reduced Instruction Set Computing）という概念自体が1980年代初頭にバークレーとスタンフォードの研究者たちによって共同で提唱されたものであり、当時の目的は、命令を簡素化することでパイプライン効率と実装コストを改善することだった。初期の有名なRISCアーキテクチャにはSPARC、MIPS、PowerPCなどがある。

しかし、こうした初期のアーキテクチャは学術界で広く研究されたものの、一般的に「ライセンス制限」、アーキテクチャの閉鎖性、商業的失敗などの問題に直面した。21世紀に入ると、プロセッサアーキテクチャは徐々にARMとx86の二大寡占に移行し、学術界は教育や研究において本当にオープンで現代的かつ拡張可能な命令セットを使うことが難しくなった。

RISC-Vはこうした背景の中で生まれた：ゼロから設計され、オープンでモジュール化され、長期メンテナンス可能な汎用ISAとなることを目指し、教育にも産業にも使えるようにする。その名前の「V」は「第五世代のバークレーRISC設計」を意味している。

3.2 RISC-V財団とオープンソース運動

学術界のRISC-Vへの関心が高まるにつれ、ますます多くの研究所、研究者、エンジニアが関連ツールチェーンやプロセッサ実装の開発に参加するようになった。標準の進化を調整し、産業化を推進するため、RISC-V財団（RISC-V Foundation）が2015年に正式に設立された。初期メンバーにはGoogle、NVIDIA、Western Digital、IBM、SiFive、Berkeleyなどが含まれる。

財団はRISC-Vのアーキテクチャ仕様が永久にオープンで、ライセンス不要、自由に実装可能であることを明確にし、商業界に大きな注目を集めた。これはプロセッサ分野で稀有な「オープンインフラストラクチャ」となり、Linux、LLVM、OpenCLなどと同様に、企業にコントロール可能で特許ロックインを回避できる選択肢を提供している。

2019年、米国の輸出管理政策への懸念から、RISC-V財団は本部を米国からスイスに移転した。これは中立性とグローバルなオープン協力への約束を示したものであり、国際社会における信頼性と影響力をさらに高めた。

RISC-Vのオープンソースの波は、多数のオープンコア（Rocket、BOOM、PicoRV、CV32E40Pなど）とSoCプロジェクト（OpenPiton、OpenTitan、CHIPS Allianceなど）を巻き込み、組み込みマイクロコントローラからデータセンター級プロセッサまで幅広い実装を含んでいる。

3.3 標準化の進展：基礎から拡張モジュールへ

RISC-Vのアーキテクチャ仕様は「最小スタート」および「組み合わせ可能性」を非常に重視しており、その標準の進化は以下の層を中心に進められている：

基本整数命令セット：RV32IとRV64I。論理演算、算術演算、ジャンプ、ロード／ストアなどの基本命令を含む。
標準拡張モジュール：M（乗除算）、A（アトミック操作）、F/D（浮動小数点）、C（圧縮）、V（ベクトル）など。
特定分野向け拡張：T（信頼実行）、P（信号処理DSP）、Zks（ゼロ知識加速）など、現在策定中。
特権レベル仕様：Machine/Supervisor/Userの3つの特権レベル定義を含み、OSおよび仮想化をサポート。
デバッグおよびバイナリインタフェース：デバッグプロトコル、ABI、関数呼び出し規約など。

このようにISAを複数の独立モジュールに分割し、個別にバージョン管理を行い、柔軟に組み合わせ可能にする方式は、さまざまなソフトウェア・ハードウェアシステムに高い自由度を提供している。開発者は目標プラットフォームに応じて必要な機能をカスタマイズでき、チップ設計の複雑さを大幅に低下させ、ソフトウェア・ハードウェアの協調進化を促進している。

ブロックチェーンシステム、特にリソース制限がある、または実行パスが監査可能なVMアーキテクチャでは、このような「命令レベルで正確にシステム能力を制御する」能力が特に重要である。

3.4 企業と学術界での採用状況

2018年以降、RISC-Vの産業応用は急成長期に入った。現在、数百社以上の企業や機関がRISC-Vアーキテクチャを採用または試験中であり、以下を含む：

プロセッサ系スタートアップ：SiFive、Tenstorrent、Esperanto、StarFiveなど。高性能・低消費電力に焦点。
従来の半導体企業：Intel（RISC-V系スタートアップに投資）、Qualcomm、Samsung、Microchipなど。
ストレージおよび組み込み分野：Western Digitalは今後大部分のチップをRISC-Vベースにすると発表。ESP32-CシリーズもRISC-Vに移行。
OSおよびツールチェーンサポート：Linux、Zephyr、FreeRTOS、Rust、GCC、LLVMなどが全面サポート。
大学および研究機関：MIT、清華大学、浙江大学、ETH Zurich、IITなど、教育・実験で広く利用。

特に中国では、国家政策と産業チェーンの強力な推進により、アリババ平頭哥、中科院、中微公司など多数の関連プロジェクトが登場している。アーキテクチャのオープン性は、海外IP依存からの脱却という戦略的選択と見なされている。

ブロックチェーン分野でも、ますます多くのチームがRISC-Vベースの仮想マシンやオンチェーン実行環境の構築を試みている。例えば：

ZKWasm + RISC-V：zkVMをRISC-Vターゲットアーキテクチャにコンパイルし、ISAの組み合わせ性を利用して回路の複雑さを圧縮。
イーサリアムEVM Object Format (EOF) と RISC-V：EVMバイトコードをRISC-V IRに変換して効率を向上させる議論。
OpenZKP + RISC-V：RISC-VのコンパイルパスをZKP回路に組み込み、証明および検証性能を向上。

まとめ

RISC-Vの歴史は、学術的萌芽から世界的産業革命へ至る旅である。それは閉鎖的アーキテクチャへの挑戦であると同時に、計算プラットフォーム分野におけるオープンソース思考の勝利でもある。ブロックチェーンシステムにとって、RISC-Vは単なるプロセッサアーキテクチャではなく、未来の信頼できる計算、オープンVM、オンチェーン実行モデルの基盤となる可能性を秘めている。

四、RISC-V命令セットの概要

RISC-Vはオープンソース命令セットアーキテクチャ（ISA）として、その最も中心的な特徴の一つが簡潔性とモジュール化設計である。この特性は、学術界および産業界で急速に普及しただけでなく、柔軟性と適応性を高め、ブロックチェーン仮想マシンのような高度にカスタマイズされたシナリオに特に適している。本章では、RISC-V命令セットの構成、拡張モジュール、カスタム機構、およびブロックチェーン分野への潜在的価値を体系的に紹介する。

4.1 基礎命令セット（RV32I / RV64I）

RISC-Vの設計は最小限で実用可能な基本から始まる。これがいわゆるRV32IとRV64Iであり、それぞれ32ビットと64ビットの整数アーキテクチャの基本命令セットを指す。「I」はInteger（整数）を意味し、算術演算、論理演算、条件分岐、メモリアクセス、ジャンプなど、プログラム実行の基本要素を含む。

RV32Iは約47本の基本命令を含み、通常32ビットの固定長で符号化される。この固定長形式により、命令デコードロジックが単純になり、ハードウェア実装コストが安くなる。一方、RV64Iはこれを拡張し、64ビット整数をサポートし、より高性能で、メモリ空間が大きい用途に適している。

すべてのRISC-V実装は、RV32IまたはRV64Iのいずれかの最小セットをサポートしなければならず、これによりソフトウェア・ハードウェア開発者に明確な出発点が提供される。

4.2 モジュール化拡張設計

従来の閉鎖的ISAとは異なり、RISC-Vはモジュール化アーキテクチャを採用し、基本命令セットの上に各種機能モジュールを選択的に追加できる。これらのモジュールは単一文字で命名され、組み合わせることで完全な命令セット構成を形成できる。例えば、RV64IMACは64ビットアーキテクチャで、整数乗除算（M）、アトミック操作（A）、圧縮命令（C）をサポートすることを意味する。

主な拡張には以下がある：

M拡張（整数乗除算）

M拡張は、乗算および除算のハードウェアサポートを追加し、特に多倍精度整数演算に重要である。ブロックチェーンのシナリオでは、ハッシュ計算、巨大整数操作などで恩恵を受ける。

A拡張（アトミック操作）

A拡張はアトミックな読み取り-変更-書き込み命令（LR/SC：Load-Reserved/Store-Conditional）を提供し、マルチスレッド同期と並列計算の実現に不可欠である。オンチェーンのマルチコア実行環境や信頼できる実行環境で特に重要。

F / D 拡張（浮動小数点演算）

F拡張は単精度浮動小数点演算をサポートし、D拡張は倍精度をサポート。現在の主流ブロックチェーンVMではあまり使われていないが、経済モデルのシミュレーション、オンチェーン科学計算などでは潜在的な応用がある。

C拡張（圧縮命令）

C拡張は、一部の32ビット命令を16ビット形式に圧縮でき、コード密度を大幅に向上させる。ストレージリソースが限られる組み込み機器、エッジノード、軽量ノードのブロックチェーン端末に重要。

V拡張（ベクトル計算）

V拡張はRISC-Vにベクトル処理能力を提供し、大規模並列データ操作を可能にする。暗号学、ゼロ知識証明（ZKP）など高強度計算タスクに理想的なツール。SIMDと同様に、楕円曲線演算、複数ハッシュの並列処理、SNARK/ZK-STARKの前処理などに大きな可能性を秘める。

4.3 カスタム命令サポート

RISC-Vのもう一つの重要な特徴はオープンで拡張可能であることである。ユーザーまたは企業は、標準ISA互換性を保ったまま、独自のカスタム命令を追加できる。このメカニズムは専用ハードウェアの最適化に有利であり、ブロックチェーンのように特定アルゴリズムの高頻度呼び出しがあるシナリオに特に適している。例えば：

BLS署名検証命令（カスタムアクセラレータ）；
SHA-256、Keccakなどのハッシュ命令；
ゼロ知識証明回路用プリコンパイル命令セット；
証明付きコード（proof-carrying code）命令の最適化。

この方法により、エコシステムの一貫性を損なうことなく、ソフトウェア・ハードウェアの協調高速化を実現できる。

4.4 命令セット仕様とバージョン管理

RISC-Vの標準はRISC-V International組織が策定・維持しており、モジュール化されたバージョン管理メカニズムを採用している。各拡張モジュールは独自のバージョン番号を持ち、これにより異なるベンダーおよび開発者が互換性を保ちながら実装できる。

現在の主流バージョンは2.xシリーズ。例えばRV64GC v2.2（GはIMA FDなどの汎用命令セットの組み合わせを意味する）。この構造はバージョンアップに有利であり、さまざまなアプリケーションシナリオでの設定カスタマイズも容易にする。

4.5 ツールチェーンとデバッグエコシステム

オープンソースコミュニティの活発な発展のおかげで、RISC-Vは完備したツールチェーンサポートを備えている：

コンパイラ：GCCおよびLLVM/ClangがRISC-Vを全面的にサポート。
エミュレータ：Spike（公式ISAリファレンスモデル）、QEMU（ユーザーモードおよびシステムモードのエミュレーション）、Renode（ハードウェアレベルの協調シミュレーション）。
デバッグツール：GDBがRISC-Vデバッグをサポート。OpenOCDなどもJTAGデバッグインタフェースに対応。
言語サポート：RustコンパイラもRISC-Vプラットフォームをサポートしており、オンチェーンでの安全で信頼できる実行環境構築に便利。

これらのツールは、RISC-Vブロックチェーン仮想マシンやソフトウェア・ハードウェア協調プラットフォーム構築のインフラを共同で形成している。

まとめ

RISC-V命令セットは、簡潔性、モジュール化、拡張性、オープンソースライセンスにより、基盤計算プラットフォームの構図を徐々に変えつつある。安全性、決定性、柔軟性、パフォーマンスのバランスを追求するブロックチェーンシステムにとって、RISC-Vはまったく新しい可能性を提供している。我々は特定の仮想マシン向けにカスタム命令セットを設計できるだけでなく、ハードウェアとブロックチェーンシステムを深く融合させ、ライセンス不要で革新を探求できる。これはブロックチェーン計算パラダイムの進化における重要な一歩かもしれない。

五、RISC-Vエコシステムと発展

命令セットの生命力は技術そのものだけでなく、それを取り巻くエコシステムにも依存する。RISC-Vは相対的に「若い」命令セットであり、2010年に正式に提唱されてから15年未満で、すでに巨大な上下流体系を形成している。本章では、チップ実装、開発ツールチェーン、OSおよびエミュレータのサポート、国際政策の四つの側面から、RISC-Vのエコシステムと発展状況を包括的に分析する。

5.1 チップおよびSoC実装の現状

RISC-Vの最大の成功の一つはその「実用化スピード」である。長い歴史を持つが閉鎖的なx86やARMと比べ、モジュール化、オープンソース、実装の容易さという特性により、多くの企業がプロセッサ設計に参入し、組み込みSoCから汎用プロセッサまで急速に進化している。

チップおよびSoC分野の代表的ベンダーには以下がある：

SiFive（米国）：RISC-Vの提唱者の一人Krste Asanovićが共同創業。現在最も代表的なRISC-V商用化企業。複数の64ビットプロセッサIP（U7、U8シリーズなど）をリリースし、高性能プラットフォーム設計にも参加。
StarFive（中国）：オープンソースSoCチップおよびボード（VisionFiveシリーズなど）に注力。RISC-Vを国産組み込み開発ボードおよびエッジAIシナリオの普及に貢献。
Alibaba T-Head（中国）：玄鉄（XuanTie）シリーズプロセッサを複数リリース。IoTおよびエッジ端末アプリケーションに広く展開し、一部IP実装を公開して開発エコシステムを促進。
Andes、Codasip、GreenWavesなど：IoT、音声認識、スマートビジョンなどのニッチ市場で活躍し、RISC-Vの柔軟な適応能力を示している。

さらに、Esperanto（千コアAIアクセラレータを目指す）、Tenstorrent、Vitesse、MetaXなどのスタートアップもRISC-Vに基づき、高性能プロセッサやGPUを構築している。こうした活発さは、x86やARMの歴史においても極めて稀である。

5.2 開発ツールチェーン：GCC、LLVM、QEMU、Rustのサポート

ISAの生命力は、そのツールチェーンサポートの完全性に大きく依存する。RISC-Vはこの点で著しい進展を遂げている：

GCCサポート：2015年からGCC公式がRISC-Vをサポート。現在はRV32/RV64全ラインの命令セットおよび主要拡張をカバー。
LLVM/Clangサポート：Google、SiFiveらの推進により、LLVMのRISC-Vサポートは継続的に強化され、現代システムおよびブロックチェーンプロジェクトの好まれるコンパイラになっている。
QEMUエミュレータ：RISC-Vユーザーモードおよびシステムモードのエミュレーションをサポート。プログラムやOSの迅速な検証が可能。
Rustサポート：RISC-Vは正式にRustコンパイラバックエンドに採用されており、no_stdモードおよび組み込み開発をサポート。活発なコミュニティが複数のHAL crateを維持。
デバッガサポート：GDB、OpenOCD、J-Linkなどが広くRISC-Vに対応し、ブレークポイントデバッグ、レジスタ監視などをサポート。
ビルドシステムおよびSDK：PlatformIO、Yocto、Zephyr SDKなどがRISC-Vをサポートし、組み込みシステムやカスタムイメージの直接構築が可能。

これらのツールの充実により、開発者はRISC-Vを既存のワークフローにシームレスに統合でき、これはブロックチェーンシステムの仮想マシン移行やオンチェーンWASM/zkVMプロジェクトの誘導に極めて重要である。

5.3 OSおよびエミュレータのサポート

裸のマシンからフル機能OSまで、RISC-Vは完全な操作環境サポート体系を段階的に構築している：

Linuxシステム：メインラインカーネルは2018年からRISC-Vをサポート。現在はDebian、Fedora、Arch Linuxなどの汎用ディストリビューションを構築可能。
組み込みRTOS：Zephyr、FreeRTOS、NuttX、RT-ThreadなどがRISC-V移植版を提供し、低消費電力デバイスに広く使用。
シミュレーションおよび検証ツール：
Spike：UC Berkeley提供のゴールデンリファレンスエミュレータ。RV32/RV64ユーザーモードおよび特権モードをサポート。
FireSim：FPGAベースのオープンソース全システムシミュレーションプラットフォーム。Linuxを実行し、マイクロアーキテクチャ性能テストが可能。
Renode：複数アーキテクチャに対応するプログラマブルシミュレーション環境。仮想ブロックチェーンテストネット構築に適している。
gem5：RISC-Vを部分的にサポート。アーキテクチャ研究に適している。
Verilator：RTL検証用。PicoRV、VexRiscvなどのRISC-Vソフトコアに対応。

これらのエミュレータおよびシステムサポートは、仮想マシン開発、オンチェーン検証ロジック、クロスアーキテクチャテストに良好な基盤を提供している。

5.4 RISC-Vの国際化と政策支援（特に中国）

オープン標準として、RISC-Vは複数の国の政府および業界団体から高い関心と支援を受けている：

国際組織RISC-V International：スイスに登録。300以上のメンバーを擁し、標準進化と国際協力を推進。
欧州RISC-V戦略：EUはRISC-Vを「デジタル主権」戦略の中核と位置付け、複数の高性能オープンソースSoCプロジェクトを支援。
米国DARPAおよびNASA：RISC-Vベースの検証可能チッププラットフォーム研究を支援。
中国の政策的支援と布陣：

・工業情報化部および地方政府が「オープンソース代替」を推進；

・大学および研究機関（中科院、清華大学など）が積極的にRISC-V標準策定に参加；

・数十の国内企業（アリババ、中科藍訊、平頭哥、兆易創新など）がチップ設計およびIPエコシステムに継続投資；

・国産開発ボード（VisionFive、Milk-Vなど）が国産開発者エコシステム形成を加速；

・中国RISC-V産業連盟（CRVA）が技術と商業の橋渡しを推進。

中国は事実上、RISC-Vの世界的な発展の中心地となっており、数量および活発さの両面で世界トップクラスにある。

本章はチップ実装、ツールチェーン成熟度、OSサポートからグローバル政策および産業動向まで、RISC-Vのエコシステムの繁栄を包括的に示した。ブロックチェーンシステムにとって、このエコシステムの完全性は、オンチェーン仮想マシンが既存のソフトウェア・ハードウェアエコシステムを活用して迅速に実用化でき、ゼロから孤軍奮闘する必要がないことを意味する。

六、ブロックチェーン仮想マシン分野への応用

仮想マシンは現代ブロックチェーンシステムのインフラであり、伝統的なOSにおけるランタイム環境と類似の役割を果たす。スマートコントラクトの実行、ユーザーが提出したトランザクションの処理を行い、オンチェーンコードの検証可能性、決定性、安全性を確保する。仮想マシンの選択と設計は、開発体験を左右するだけでなく、チェーンの実行効率と拡張能力に深く影響を与える。

本章では、ブロックチェーンプラットフォームが仮想マシンに求める要件、現在の主流仮想マシンアーキテクチャを中心に、RISC-Vがこの分野で果たす新たな役割を段階的に紹介し、代表的な先行事例を具体的に分析する。

6.1 ブロックチェーンプラットフォームが仮想マシンに求める要件

従来の計算プラットフォームとは異なり、ブロックチェーン仮想マシンは分散的、非信頼、監査可能な実行環境で動作する。この背景により、ブロックチェーンが仮想マシンに求める要件は以下の突出した特徴を持つ：

決定性（Determinism）：任意のノード上で、同じ入力に対して同じ出力が生じる必要があり、合意の一貫性を確保。
安全性（Security）：悪意あるコントラクトがシステムリソースを乱用することを防ぎ、バッファオーバーフロー、無限ループなどの攻撃手段を回避。
リソース計測（Gas System）：実行時間、メモリ使用量などの細かいリソース消費を計測可能で、制限に使用。
パフォーマンスおよび拡張性：決定性を犠牲にしない前提で、できるだけ実行効率を高め、より複雑なビジネスロジックをサポート。
監査可能性および検証可能性：オンチェーンまたはオフチェーンでの実行トレーサビリティをサポートし、監査および裁定に便利。

仮想マシンの基盤設計（採用する命令セットを含む）は、これらの特徴の実現コストと能力範囲を直接決定する。

6.2 現在の主流仮想マシンの紹介

実際のブロックチェーンプラットフォームでは、現在の主流仮想マシン体系には以下がある：

1.EVM（Ethereum Virtual Machine）

・イーサリアムのネイティブ仮想マシン。256ビットスタックアーキテクチャに基づく。

・利点：シンプル、成熟、ツールエコシステムが整備。

・欠点：パフォーマンスが低い。命令セマンティクスが現代CPUと一致せず、並列実行および最適化に不利。

2.WASM（WebAssembly）

・ W3Cが提唱。当初はブラウザ用だったが、現在はマルチチェーンプラットフォームの人気の選択肢。

・代表プラットフォーム：Polkadot、NEAR、Cosmos（CosmWasm）など。

・利点：現代ハードウェアに近い。命令が詳細で、パフォーマンスが良い。

・欠点：オンチェーンシナリオ向けに設計されておらず、リソース計測およびサンドボックス分離は別途実装が必要。

3.Move VM

・ Libra/Diem（現Aptos/Sui）が提唱したリソース指向言語およびその仮想マシン。

・特徴：線形型システムに基づき、リソースの複製不可能性および転送安全性を実現。

・高セキュリティスマート資産ロジックに向けているが、オンチェーン実行環境への適応はさらなる最適化が必要。

その他、SolanaのBPF VM、FuelVM、zkVMなどもあり、それぞれ高性能またはゼロ知識証明シナリオに焦点を当てている。しかし、これらの仮想マシンの共通の問題は、多くが基盤ハードウェアISAに直接設計またはバインドされていないことだ。

これにより、新たな問題が提起される：軽量で検証可能な真の命令セットを直接オンチェーン仮想マシン構築に使用すれば、どのような新たな可能性が生まれるだろうか？

6.3 RISC-Vが仮想マシンで果たす役割：ホストプラットフォームかゲストアーキテクチャか？

RISC-Vの導入により、ブロックチェーン仮想マシンアーキテクチャ設計に2つの異なるが補完的な入り口が提供される：

1.ホストプラットフォーム（Host ISA）として

・ブロックチェーンノード自体がRISC-Vプロセッサ上で動作（例：RISC-V SBC）。仮想マシンは引き続きEVM/WASMなどを使う。

・軽量ノード、オフラインウォレットデバイス、信頼できる実行環境（TEE）への展開に利点。

・典型的なシナリオ：ハードウェアウォレット、IoTチェーンネット端末など。

2.ゲストアーキテクチャ（Guest ISA）として

・ RISC-Vを仮想マシン実行環境のターゲットISAとする。つまり、スマートコントラクトがRISC-V命令にコンパイルされ、オンチェーンで実行される。

・この設計により、既存のコンパイラチェーン（GCC、LLVMなど）を直接再利用でき、マルチ言語コントラクト展開が簡素化。

・命令セットの制限、gasモデル、サンドボックスメカニズムの導入により、決定性と安全性を実現。

後者が近年最も注目されている革新方向であり、「ハードウェアレベルの命令セット」を仮想実行環境に導入し、ソフトウェアVMと実CPUの境界をぼかしている。

6.4 RISC-VをブロックチェーンVM命令セットとして使用した先例

以下は、現在RISC-Vを実際にブロックチェーン仮想マシンまたはオンチェーン実行モデルに使用している代表的事例である：

1.Cartesi

・「RISC-V Linux仮想マシン」をスマートコントラクト実行環境として画期的に導入。

・開発者は標準Linuxツールチェーンを使ってコントラクトを記述可能。プログラミングの自由度が大幅に向上。

・ VMはRISC-Vユーザーモードエミュレーションに基づき、オンチェーン検証メカニズムと組み合わせ、決定性を確保。

2.Sonic（Fuel Labsが提唱）

・ zk-rollupの実行エンジンとして「RISC-Vゼロ知識仮想マシン」構築を提唱。

・コントラクトロジックをRISC-V命令にコンパイルし、STARK証明を生成。高性能オフチェーン実行＋オンチェーン検証を実現。

・利点：ハードウェア接近度、マルチ言語コンパイル互換性、検証可能性。

3.Polyjuice（Godwoken）

・完全にRISC-Vベースではないが、CKB-VMを基盤に動作。元のVM設計はRISC-Vから着想を得ている。

・ EVM互換性を提供し、RISC-Vスタイルのリソースモデルと組み合わせ、Nervos Layer1とシームレス統合。

4.Golem

・分散型計算プラットフォーム。複数のタスク実行アーキテクチャをサポート。

・新バージョンでは、RISC-Vをランタイム標準ISAとして検討。タスクの移植性と軽量性を向上。

・異種デバイス（モバイル、組み込みデバイスなど）が計算タスクに参加するのに特に適している。

これらのプロジェクトの共通認識は、RISC-Vがもたらすオープンソース、モジュール化、検証可能性という特性は、高セキュリティ、高制限というオンチェーン実行環境に非常に適しているということだ。

RISC-Vがブロックチェーン仮想マシンに登場したことは、従来アーキテクチャの盲目な代替ではなく、「信頼できる計算」を再考する契機である。次の章では、RISC-V命令セット自体が仮想マシンの実装とパフォーマンスにどう影響するかをさらに深く分析し、イーサリアムの視点からRISC-Vの戦略的意義と将来の可能性を見つめる。

七、命令セットが仮想マシンに与える影響

仮想マシンの基盤実行モデルは命令セットのサポートなしには成り立たない。命令セットはコントラクトの実行効率を決めるだけでなく、仮想マシンの実装複雑さ、拡張能力、実行安全性、さらにはエコシステムの持続可能性に深く影響する。決定性とリソース管理が極めて敏感なブロックチェーンのような環境では、命令セットの選択は特に重要である。

本章では4つの核心的次元を中心に、異なるタイプの命令セットが仮想マシンの設計と展開にどう影響するかを考察し、RISC-Vがこれらの点で持つ独自の優位性をさらに評価する。