在设计 zkVM 时，选择合适的指令集架构（ISA）是基础。虽然大多数新的 zkVM 项目由于简洁性和不断扩大的生态系统而默认采用 RISC-V，ZKM 却有意选择了一条更困难的路线：基于 MIPS32r2 构建。这个决定并不是为了追求新奇，而是为了在大规模可验证计算中选择最合适的工具。MIPS32r2 的复杂性可能会带来工程上的额外负担，但我们认为其架构优势使其更适合高效 zkVM 设计。

指令密度

MIPS32r2 包含诸如 MOVZ、MOVN 和 MADDU 等指令，可以用更少的步骤编码复杂逻辑。这带来了更短的程序和更小的执行轨迹。相比之下，RISC-V 的 RV32I 基础集是有意保持极简的。表达相同逻辑往往需要多条指令，导致代码和轨迹长度膨胀。

编码格式

两种 ISA 都使用固定的 32 位指令格式。然而，MIPS32r2 在其整个指令集中保持这种一致性，使得编码和解码更为简单。RISC-V 从干净的 32 位基础开始，但实际应用中往往需要扩展（如 M、A、F），这引入了多样性和实现分歧。

控制流

MIPS32r2 提供了对条件执行的内建支持，例如 MOVZ 和 JAL 指令，可以高效地实现分支和函数调用。RISC-V 通过多条简单指令的序列实现类似行为，从而增加了步骤数量，并为电路约束引入更多表面面积。

生态成熟度

MIPS32r2 已经在硬件和嵌入式系统中标准化并经过数十年的实战检验。它有固定的规范，使其在长期 zkVM 集成中保持稳定。而 RISC-V 虽然发展迅速，但仍在演化之中，导致不同实现和工具链之间存在碎片化。

与 ZK 电路的契合度

MIPS 的高密度指令格式意味着完成相同计算所需的操作更少。这直接减少了执行轨迹的长度和 ZK 电路所需的约束数量。而在 RISC-V 中，步骤数量增加会转化为更长的轨迹和更多需要证明的约束。

安全与应用溯源

MIPS 并非理论化的，它支撑了如 Optimism 的欺诈证明 VM 等系统，并在关键软件中有着悠久的部署历史。RISC-V 虽然在 zkRollups 中初露锋芒，但在安全关键型基础设施中的部署仍处于成熟和统一的过程中。

轨迹复杂度

MIPS32r2 的高密度指令带来更少的轨迹行，从而降低整体证明成本。RISC-V 程序往往需要更多步骤来实现等效逻辑，从而增加了必须在零知识证明中提交和验证的行数。

每个程序的电路开销

尽管每条 MIPS 指令由于其复杂性可能带来更高的单条电路成本，但程序所需的指令总数更少。这带来了更低的累计开销。而 RISC-V 的简单操作码需要组合更多操作来表达高级逻辑，从而增加了表示一个程序所需的电路面积。

MIPS32r2 与 RISC-V：zkVM 的架构比较

选择 MIPS32r2 并非一条容易的道路，但却是扩展可验证计算的合理选择。ZKM 做出了更困难的工程决策，从而让基于 zkMIPS 构建的开发者继承一个更高效、更一致、更具可扩展性的 zk 执行基础。

总结

在 zkVM 的架构选择中，ZKM 选择了更具工程挑战的 MIPS32r2，而非主流的 RISC-V。这一选择并非追求新颖，而是基于 MIPS32r2 在指令密度、编码一致性、控制流效率和生态成熟度上的优势。对于零知识证明而言，MIPS32r2 能有效减少执行轨迹长度和电路约束数量，从而降低整体证明成本。尽管每条指令的复杂性提高了单次电路开销，但其减少了总指令数，带来了更优的累计性能。这一架构决策为 zkMIPS 提供了一个更高效、一致且可扩展的基础。

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