以太坊 聯合創辦人 Vitalik Buterin 已經提出以 RISC-V 架構取代以太坊虛擬機（EVM）的方案。
這項重大轉變，標誌著全球第二大區塊鏈平台自誕生以來，最具影響力的技術革新之一。
隨著去中心化應用遍及金融、供應鏈管理及數位身份認證等領域，以太坊的底層運算架構亦正面臨前所未有的擴展需求。
本文將探討 RISC-V 的技術基礎、它對以太坊生態圈可能帶來的影響，以及對區塊鏈技術未來的深遠啟示。
認識 RISC-V：開源硬件革命
起源與設計理念
RISC-V 誕生於 2010 年加州大學柏克萊分校，旨在回應專有指令集架構（ISA）的局限。與需授權費、限制用途的封閉系統（如 ARM、x86）不同，RISC-V 核心精神就是開源，與區塊鏈強調透明、公平和普及的理念不謀而合。
RISC-V 採用簡化指令集運算（RISC）原則，著重精簡與高效率，並透過精心設計的指令集達到上述目標。這與 x86 等複雜指令集運算（CISC）架構的特點形成鮮明對比，後者通常以豐富功能為主，但電力效率相對較低。
技術規格與模組化
RISC-V 的架構以模組化見稱，主要包括：
- 基本整數指令集（RV32I/RV64I）：提供基礎運算功能
- 標準擴展：如 「M」乘除法、「A」原子操作、「F/D」浮點運算
- 自訂擴展：支援領域專屬優化
模組化設計令客製化前所未有，例如加入加密指令集，可提升區塊鏈橢圓曲線運算效能。據 RISC-V International 技術文檔顯示，定制擴展針對特定運算負載性能可達 5-10 倍提升。
市場採用與成長速度
RISC-V 普及化呈爆炸式增長，市場分析預計至 2027 年複合年增長率（CAGR）達 73.6%。Semico Research 更預測 2025 年 RISC-V 核心出貨量將達 624 億顆，特別是在 IoT 及嵌入式系統領域（與區塊鏈應用頻繁交集）。
RISC-V 生態系統大幅擴展，現時有逾 3,000 個組織成員加入 RISC-V Foundation。
行業巨頭如 Nvidia、Qualcomm 和 Western Digital 均積極投資開發 RISC-V，其中 Western Digital 更計劃每年於儲存設備中出貨逾 20 億顆 RISC-V 核心。
以太坊虛擬機：現有架構與限制
EVM 基礎設計
EVM 由 Gavin Wood 於 2014 年《Ethereum Yellow Paper》中提出，是以太坊智能合約的分布式運算引擎。EVM 為堆疊式虛擬機，處理由 Solidity 等高階語言編譯出的位元碼，每個操作需消耗指定「Gas」- 以太坊的計算費率機制。
EVM 目前技術規格包括：
- 256 位元字大小（優化加密運算）
- 堆疊深度上限 1024
- 記憶體以 32 字節為單元擴充
- 執行環境受 Gas 限制
- 所有節點執行結果具決定性
效能瓶頸及技術負債
儘管 EVM 具備強大安全模型，其架構也產生不少效率問題。鏈上交易分析顯示，約四成 Gas 開支來自於堆疊操作，而非實際計算工作。例如 SWAP、DUP 等 opcodes（僅改動堆疊資料順序），在典型智能合約執行時約佔 25%。
另外，EVM 以直譯模式執行，每一條指令需翻譯成機器碼，隨著智能合約複雜度增加，延時惡化。Ethereum 研究團隊測試證實，該模式僅有原生執行的 35-50% 效率。
這些限制在零知識證明（ZK Proof）場景下最明顯，而 ZK Proof 又是以太坊 Layer-2 擴展的基礎。執行 EVM 指令所需運算量龐大，單一複雜交易可需數十億次算術運算。根據 zkEVM 計劃數據，對標準 ERC-20 轉帳生成證明需消耗約 50 萬 Gas，更複雜操作資源消耗只會更多。
Vitalik Buterin 的 RISC-V 提案：技術分析
核心技術架構
Buterin 於 Ethereum Magicians 論壇（主題 #23617）詳細闡述其提案，用以注冊式架構取代 EVM 的堆疊模式。這將會：
- 直接執行 RISC-V 指令，消除直譯帶來的額外負擔
- 以高效率的暫存器操作代替低效堆疊操作
- 為加密運算帶來硬件級優化
- 簡化零知識證明生成流程
建議實施時將取用 RISC-V 的 RV32I 基本整數指令集，並加上「M」乘法擴展及自訂加密指令。這種組合可在兼顧運算力和簡化驗證的同時，維持以太坊安全層級。
基準測試與效能預測
Ethereum Foundation 初步測試結果顯示，採用 RISC-V 可帶來明顯優勢：
- Gas 效率：常見操作 Gas 開支減少 30-40%
- 證明生成：ZK 證明生成速度提升 50-80%
- 吞吐量：理論上交易每秒可提升 3-4 倍
- 驗證成本：驗證者運算開支減少約 60%
尤其在零知識運算上，RISC-V 優勢尤為突出。像 Ingonyama 這類企業，專為橢圓曲線優化的 RISC-V 實現，比一般 CPU 提升最多三倍效能，大大強化以 Rollup 為主的 Layer-2 擴展。
整合路線與遷移策略
但 Buterin 亦充分意識到以太坊龐大智能合約生態的過渡複雜度，路線圖規劃如下：
- 第一階段：為 Solidity 與 Vyper 開發 RISC-V 編譯工具鏈
- 第二階段：過渡期同時支援 EVM 和 RISC-V 雙執行環境
- 第三階段：提供遺留合約的轉譯層
- 第四階段：原生 RISC-V 成為主要執行環境
漸進式法則保障兼容性，明智地推進架構升級。以太坊研究團隊估計，由正式採用到全面轉型約需 24-36 個月。
對區塊鏈技術的深遠啟示
跨鏈標準化與互操作性
RISC-V 的應用不限於以太坊，作為開放標準，有望推動不同區塊鏈間前所未有的互通。現時至少有 74 個專案自稱「EVM 相容」，包括 Polygon、Avalanche、BNB Chain，總鎖倉價值超過 800 億美元。
採用 RISC-V 可以建立跨鏈兼容新基礎，減少開發碎片化，意即智能合約經 RISC-V 編譯後可橫跨任何採用 RISC-V 標準的區塊鏈，不同鏈上的部署、執行更一致，有助降低多鏈開發成本。
硬件加速與驗證者經濟模型
RISC-V 鼓勵區塊鏈專用硬件誕生。Tenstorrent 及 SiFive 等公司，已推出針對加密運算特製的 RISC-V 處理器，能源消耗較一般硬件降低最多 70-80%。
對於以太坊驗證者來說，運營成本有望大降。現時以太坊權益證明（PoS）全網用電約為全球 0.01%（即每年 0.0002 TWh）。
RISC-V 的優化方案可進一步將能耗再減十倍，有力強化以太坊較比特幣更環保的形象。
去中心化影響與公平參與
應用 RISC-V 可降低運行全節點的硬件門檻，是去中心化的關鍵。現時以太坊節點主要分布於北美和西歐（約 65%），資源集中問題明顯。
採用 RISC-V 後，較低的運算需求有助促進各地更公平參與，進一步推動去中心化發展。 markets. 例如，能夠驗證交易的低功耗 RISC-V 實現，即使在電力供應不穩的地區也可以依靠太陽能運作，潛在地將以太坊驗證者的參與範圍擴展到現時在非洲、東南亞及拉丁美洲等代表性較低的地區。
Challenges and Implementation Considerations
技術挑戰及相容性考慮
這次轉型帶來重大技術挑戰：
- 編譯器優化：現有的 Solidity 編譯器是專為 EVM 位元碼設計，若要轉向 RISC-V，需要進行重大的架構重整
- Gas 重新定價：整個收費結構必須重新調整，以反映 RISC-V 不同指令成本
- 安全驗證：必須針對 RISC-V 智能合約開發新的形式驗證技術
- 狀態轉換：在架構過渡時要保證狀態有效性，需要細緻的協議設計
這些難題雖然不容易，但並非不可克服。以太坊過去曾經由工作量證明順利轉型至權益證明，顯示社群有能力在維持網絡安全的同時，成功推行複雜的協議變革。
地緣政治及供應鏈考量
RISC-V 開源特性在某程度上能緩解半導體供應鏈受地緣政治影響的風險。不過，實體芯片的生產仍然集中於特定地區，這有機會造成新的集中化問題。
美國 CHIPS 法案（527 億美元投資）及歐盟 Chips Act（430 億歐元）等推動製造分散方案，或有助緩解這些憂慮，推動產能地理多元化。
硬件安全實踐參考
在不斷變化的加密生態下實現最理想的安全措施：
- 實施隔離式簽署：使用從不直接連接互聯網的專用硬件錢包
- 啟用地址白名單：預先批准支持的收款地址，限制發出交易
- 加入時間鎖：設定交易延遲，若有未經授權操作可即時取消
- 模擬交易：在簽署前預覽所有智能合約互動
- 分設錢包：分開管理交易、DeFi 參與及長線儲存用途的錢包
最後想法：RISC-V—以太坊演進的催化劑
由 EVM 轉向 RISC-V，不單止是技術升級，更體現以太坊持續創新及優化的承諾。擁抱與區塊鏈透明度及可及性理念一致的開放硬件標準，讓以太坊在日益普及下奠定可持續增長的基礎。
RISC-V 帶來的效能提升——包括較低的運算開銷及更高效的零知識證明——正面針對所有主流公鏈面對的可擴展性挑戰。更重要的是，這次架構轉型為新一代高運算需求的區塊鏈應用（如去中心化即時 AI 市場及高頻金融工具）打下基礎。
隨著生態系統進行此過渡，硬件與軟件優化的互動將定義區塊鏈的進化。RISC-V 模組化的思維正好呼應以太坊逐步解決問題、保持整體遠景一致的開發哲學。這種架構協同說明，EVM 過渡到 RISC-V，雖然技術上複雜，但屬於自然演進而非徹底顛覆。
無論對開發者、投資者還是用戶而言，這次轉型都帶來機遇與挑戰。能理解 RISC-V 技術細節及其對智能合約發展影響的人將有力打造新一代優化去中心化應用。而更廣泛的加密社群亦可受惠於更佳的網絡效能、更低手續費及更強安全保障。
未來數年將見證 Buterin 所提出 RISC-V 支援以太坊的願景能否落實。不論結果如何，此方案本身已反映生態圈積極處理基本技術瓶頸，而非只做表面功夫。在區塊鏈科技急速變化的環境下，這種著重基礎架構穩健性的思維，或最終比短期優化更具價值。