프로파일: RVA23과 호환성

왜 프로파일이 필요한가: 조합 폭발

2장에서 본 것처럼 RISC-V는 작은 베이스 위에 확장을 골라 얹는 모듈식 ISA다. 마이크로컨트롤러는 RV32IMC만으로 충분하고, 서버 칩은 벡터와 하이퍼바이저까지 갖춘다. 필요한 것만 고를 수 있다는 점은 하드웨어 입장에서는 큰 장점이다. 그런데 소프트웨어 입장에서는 골칫거리가 된다.

확장이 N개 있으면 가능한 조합은 대략 2^N가지다. 확장 40개면 조합은 1조 개를 넘는다. 리눅스 배포판은 패키지 수만 개를 미리 컴파일해서 나눠 주는데, 어느 조합을 가정하고 컴파일해야 할까? 너무 적게 가정하면(예: RV64I만) 곱셈 명령조차 못 쓰는 느린 바이너리가 되고, 너무 많이 가정하면 그 확장이 없는 칩에서 잘못된 명령 예외로 죽는다.

그래서 RISC-V International은 프로파일(profile)을 정했다. 프로파일은 새 명령어를 만들지 않는다. 이미 비준된 확장 중에서 무엇이 반드시 있어야 하는지(필수), 무엇은 있을 수도 있어 소프트웨어가 대비해야 하는지(선택)를 이름 하나로 묶을 뿐이다. 길고 다루기 힘든 ISA 문자열(예: rv64imafdcv_zicsr_zifencei_zba_zbb_…)을 짧은 이름 하나로 줄여 주는 효과도 있다.

프로파일 이름 읽기

프로파일 이름은 정해진 순서로 이어 붙인 문자열이다. 규격은 RV 접두어, 계열(family) 이름, 연도, 특권 모드, XLEN의 다섯 부분으로 정의한다.

U 프로파일과 S 프로파일

특권 모드 글자는 “그 실행 환경에서 가장 높은 특권 모드”를 뜻한다. U64 프로파일은 응용 프로그램이 보는 세계, S64 프로파일은 운영체제 커널이 보는 세계다. S 프로파일은 U 모드도 포함하므로 U 모드에서 ecall을 하면 S 모드 처리기로 가는 contained 트랩이 되고, S 모드에서 ecall을 하면 바깥 실행 환경(펌웨어, 22장의 SBI)으로 나가는 requested 트랩이 된다(1장의 트랩 분류).

ISA 문자열과의 관계

프로파일 이름은 ISA 이름 문자열 안에 그대로 넣을 수 있게 설계되었다. 그래서 규격은 “프로파일 이름 규칙과 겹치는 이름의 표준 확장은 만들지 않는다”고 약속한다. 실제로 최근 Clang과 GCC는 -march=rva23u64처럼 프로파일 이름을 아키텍처 값으로 받는다. 한편 프로파일과 함께 등장한 Ziccif, Za64rs, Svade 같은 이름은 새 기능이 아니라 원래 규격에 있던 성질에 이름만 붙인 “프로파일 정의 확장(profile-defined extensions)”이다. 이름이 있어야 필수 목록에 적을 수 있기 때문이다.

필수와 선택: 네 종류의 옵션

모든 프로파일은 비준된 베이스 ISA(지금은 RV32I 또는 RV64I) 하나와, 비준된 확장들을 두 범주로 나눠 담는다.

• 필수(Mandatory): 구현은 반드시 제공해야 한다. 베이스와 필수 확장을 합쳐 프로파일 의무 사항(profile mandates)이라 하고, 소프트웨어는 이것이 늘 있다고 가정해도 된다.
• 선택(Optional, 옵션): 있을 수도 있다. 소프트웨어 생태계는 이 옵션들이 있을 때 쓸 수 있도록 준비하고, 적어도 옵션이 있다고 오류나 경고를 내서는 안 된다.

목록에 없는 확장은 비프로파일 확장이다. 프로파일과 충돌하지 않는 비프로파일 확장(예: 사용자 정의 X 확장 일부)을 더 넣어도 여전히 그 프로파일과 호환이지만, 필수 확장의 동작을 바꾸거나 충돌하는 확장을 넣으면 호환이 아니다. 대표적인 예가 Zfinx 계열이다. 부동소수점 값을 정수 레지스터에 두는 이 확장(12장)은 F·D를 필수로 하는 RVA 프로파일과 함께 쓸 수 없다고 규격에 적혀 있다.

RVA23 규격의 근거(rationale) 절은 선택 확장을 성격에 따라 네 종류로 나눈다. RVA23U64는 실제 옵션 목록을 이 네 제목 아래 적어 두었다.

RVI20 → RVA20 → RVA22 → RVA23

지금까지 비준된 프로파일 문서는 두 묶음이다. 2023년 4월 2일 날짜의 RISC-V Profiles v1.0이 RVI20·RVA20·RVA22를, 2024년 10월 17일 날짜의 RVA23 v1.0과 RVB23 v1.0이 각각 RVA23과 RVB23을 정의한다. 아래 표는 사용자 모드(U64) 프로파일의 필수·선택 확장을 규격 원문 그대로 옮긴 것이다.

¹ RVI20에서 Zicsr는 단독으로는 지원되지 않고 Zicntr나 F와 함께 들어온다. ² Zifencei는 U64 프로파일의 옵션이 아니다. 여러 하트가 도는 환경에서는 fence.i 하나로 명령어 캐시를 맞출 수 없으므로 OS 호출(리눅스의 __riscv_flush_icache)을 쓰라는 이유다. 대신 모든 S64 프로파일에서는 필수다. 이 밖에 RVI20·RVA 모든 프로파일에서 fence.tso는 베이스의 일부로 필수다.

RVA23 자세히 보기

RVA23은 지금까지의 프로파일 중 가장 큰 도약이다. 규격은 목표를 분명히 적는다. 바이너리 소프트웨어 생태계가 넓은 필수 집합과 소수의 굵직한 옵션에 기댈 수 있게 하는 것이며, “최소 기능만 두고 잘게 쪼갠 확장을 많이 허용해 하드웨어 자유도를 높이는 것은 명시적으로 목표가 아니다”라고 한다.

RVA23U64에서 새로 필수가 된 것

RVA23S64: 하이퍼바이저가 필수

RVA23S64는 특권 규격 1.13(Ss1p13)을 바탕으로 하고, RVA23U64의 모든 필수 확장에 Zifencei와 다음 특권 확장을 더한다. RVA22S64에서 이어진 것은 Svbare, Sv39, Svade, Ssccptr, Sstvecd, Sstvala, Sscounterenw, Svpbmt, Svinval이고, 새로 필수가 된 것은 다음과 같다.

• Svnapot(19장), Sstc(S 모드 타이머, 18장), Sscofpmf(카운터 오버플로·모드별 필터링), Ssu64xl(UXLEN=64 지원) — 모두 RVA22S64에서 옵션이었다.
• Ssnpm — S 모드의 포인터 마스킹 제어(senvcfg.PME, henvcfg.PME가 최소 PMLEN=0·7을 지원).
• Sha — “증강 하이퍼바이저(augmented hypervisor)” 확장. H(21장)와 함께 반드시 있어야 하는 Ssstateen, Shcounterenw, Shvstvala, Shtvala, Shvstvecd, Shvsatpa, Shgatpa를 한 이름으로 묶은 프로파일 정의 확장이다.

RVB23: 같은 뼈대, 더 많은 옵션

RVB23은 RVA23과 같은 날 비준되었다. 목표가 다르다. RVA는 여러 회사의 칩에서 같은 바이너리 커널과 응용을 돌리는 것이 목표지만, RVB는 “다양한 바이너리 배포판을 지원하는 단일 표준 인터페이스를 제공하는 것이 명시적으로 목표가 아니다”. 그래서 비용이 큰 기능은 옵션으로 돌린다.

내 CPU는 어느 프로파일을 만족할까

아래 검사기에서 CPU가 지원하는 확장을 눌러 켜고 끄면, 여섯 프로파일 각각에 대해 필수 확장을 얼마나 갖췄는지와 빠진 것이 무엇인지 바로 보여 준다. 판정 기준은 위 표와 같은 규격 원문의 필수 목록이다. 프리셋 버튼으로 대표적인 하드웨어 수준을 불러올 수도 있다.

실행 중에 기능 알아내기

프로파일은 “최소한 이것은 있다”는 바닥을 정할 뿐이다. 옵션 확장을 쓰려면 프로그램이 실행 중에 하드웨어가 무엇을 갖췄는지 알아내야 한다. RISC-V에서 이 정보가 흘러가는 길은 다음과 같다.

misa만으로는 왜 부족한가

misa CSR(17장)은 A부터 Z까지 한 글자 확장마다 비트 하나를 둔다. 그래서 Zba, Zicond 같은 수많은 Z 확장은 표현할 수 없다. 게다가 misa는 M 모드 CSR이라 S 모드 커널이나 U 모드 프로그램은 직접 읽을 수 없다. 그래서 확장 목록은 펌웨어가 장치 트리나 ACPI(RISC-V의 RHCT 표)에 적어 커널에 넘기는 방식을 쓴다.

리눅스: /proc/cpuinfo와 hwprobe

사람이 읽기에는 좋지만 문자열을 파싱하는 것은 느리고 틀리기 쉽다. 그래서 리눅스 6.4부터는 riscv_hwprobe 시스템 호출이 있다. 키-값 쌍 배열을 넘기면 커널이 값을 채워 준다. 예를 들어 키 RISCV_HWPROBE_KEY_IMA_EXT_0의 값은 RISCV_HWPROBE_IMA_FD, RISCV_HWPROBE_IMA_C, RISCV_HWPROBE_IMA_V, RISCV_HWPROBE_EXT_ZBA … 같은 비트로 이루어진 비트마스크다. 여러 CPU를 묻는 경우 불리언 성격의 키는 모든 CPU의 논리곱(AND)으로 답한다. 이기종 코어가 섞인 칩에서도 “모든 코어가 가진 것”만 믿게 하려는 것이다.

함수 다중 버전(FMV)

매번 이런 코드를 손으로 쓰기는 번거롭다. RISC-V C API 규격은 target_clones·target_version 속성을 정의하고, 이를 지원하는 컴파일러는 한 함수를 여러 버전으로 컴파일한 뒤 IFUNC 해석기가 실행 시점에 (리눅스에서는 hwprobe로) 알맞은 버전을 고르게 만든다. default 버전이 반드시 있어야 해서, 기준 프로파일(예: RVA20)만 갖춘 칩에서도 프로그램이 돈다.

배포판과 하드웨어 현황

프로파일이 의미를 가지려면 운영체제 배포판이 “우리는 이 프로파일을 기준으로 빌드한다”고 선언해야 한다. 2026년 10월 현재 확인한 공개 자료를 정리하면 다음과 같다. 이 분야는 빠르게 바뀌므로 아래 내용은 날짜와 함께 읽고, 실제로 쓰기 전에는 각 프로젝트의 공식 공지를 다시 확인하자.

확인 퀴즈

더 읽을거리

• RISC-V Profiles v1.0 (2023-04-02) — Components of a Profile, RVI20, RVA20, RVA22 (이 장의 RVI20·RVA20·RVA22 목록 출처)
• RVA23 Profile v1.0 (2024-10-17) — RVA Profiles Rationale(네 종류의 옵션), RVA23 Profiles (RVA23U64/S64 목록 출처)
• RVB23 Profiles v1.0 (2024-10-17) — Introduction, RVB23 Profiles
• ISA Manual Vol. I — ISA Extension Naming Conventions (v20260120)
• Linux kernel documentation — RISC-V Hardware Probing Interface
• RISC-V C API Specification — target_clones / target_version 함수 다중 버전
• Canonical, “RISC-V profiles – why is RVA23 significant?”, Phoronix, Ubuntu 25.10 RVA23 기준 계획
• Debian 13 “trixie” 릴리스 공지 (2025-08-09), Debian Wiki: RISC-V
• Phoronix, Linux 7.0의 SpacemiT K3 메인라인 지원, Ubuntu의 SpacemiT K3 지원