在第 1 部分中，我们阐述了 ZKM 选择 MIPS32r2 作为 zkVM 基础的架构性原因：更高的指令密度、稳定的规范以及经过硬件验证的工具链成熟度。在这篇后续文章中，我们将更深入一层——探讨 MIPS 的微架构特性如何与零知识电路设计契合，以及 RISC-V 在哪些方面引入了必须主动化解的复杂性。

ZK 中的指令解码：为何重要

在传统计算中，指令解码由硬件逻辑完成，几乎没有性能损耗。然而在 zkVM 中，指令解码逻辑必须通过算术约束来表达。每一个需要匹配、选择或转换的比特都会增加 trace 的行数和约束系统中的选择器。此处的复杂度会直接影响证明者的性能。

MIPS：由设计带来的规则性与平坦性

MIPS32r2 的设计核心是简洁性、统一性和固定格式。这些特性在 zkVM 场景下显著减少了算术负担：

• 固定指令宽度：所有 MIPS32r2 指令均为 32 位，避免了处理可变长度解码的需求。在 ZK 中，这意味着指令获取和解码阶段的约束更简单。
• 字段可预测性：MIPS 指令遵循一致的字段布局（操作码、源/目的寄存器、功能码）。约束系统可以直接索引并匹配固定的比特位置，无需动态分支或基于查表的消歧。
• 紧凑的操作码空间：MIPS 拥有有限且稳定的核心操作码。较低的编码熵带来更简单的约束选择器，避免了冗长的选择链或复杂的匹配逻辑。

这些特性使 ZK 中的指令解码具备确定性和低开销。同时也减少了对中间表示（IR）或基于查表的操作码分发系统的依赖，而这些通常是其他 zkVM 为弥补结构化不足的 ISA 所采用的方案。

RISC-V：模块化的代价

RISC-V 的指令集面向硬件模块化和长期可扩展性设计。从芯片设计角度来看这是合理的，但在证明环境中却带来了额外开销：

• 可变长度指令：RISC-V 支持压缩的 16 位指令、标准 32 位指令以及未来扩展的更长编码。这在解码阶段增加了约束复杂度，因为虚拟机必须匹配并解释不同长度。
• 动态扩展面：可选扩展或自定义操作码意味着解码逻辑必须通用且开放——这会引入条件性约束逻辑，或需要通过 IR 进行预处理。
• 更高的熵：RISC-V 的操作码空间中包含大量保留或厂商定义的槽位。在 ZK 中，这意味着更宽的选择器和更多电路分支，除非对架构进行严格限制。

这些挑战是可以克服的，目前已有多个 zkVM 团队在积极探索解决方案。但代价确实存在：更多的约束、更长的 trace，通常还会带来更慢的证明性能。

MIPS vs RISC-V 在 zkVM 中的比较

ZK 电路偏好确定性

核心原则是：零知识电路奖励确定性，惩罚可变性。指令集越结构化、越可预测，所需的门电路就越少，来保证正确性。MIPS 天然提供了这种结构性，同时不牺牲表达能力。

对基于 MIPS 的 zkVM 来说，这意味着：

• 更短的单条指令解码逻辑
• 更少的选择器约束
• 更窄更短的 trace
• 无需 IR 展开或动态分发电路

这些并非理论优势，而是直接影响证明者吞吐量、内存占用以及在递归系统中的可组合性。

超越 ISA：全栈掌控

ZKM 的方法不仅限于 ISA 选择。我们构建整个栈——从编译器到约束系统，再到递归验证器。这使我们能够自由调优每一层，而不受外部工具链或协议不匹配的限制。

在构建可验证计算系统时，架构的简洁性会产生复合效应。它让证明生成更快、电路审计更容易、版本升级更安全。MIPS 不仅在操作码层面提供了这种简洁性，更在电路边界上延伸了这一优势。

因此，生产级 zkVM 基于 MIPS 构建，不仅因为它性能更好——更因为它验证得更好。

总结

整体来看，MIPS 的简洁与规则性使得其在 zk 环境中更易实现低开销、高确定性的电路设计，减少中间表示和复杂逻辑的需求。RISC-V 虽然具备模块化与扩展灵活性，但在零知识证明系统中往往需要额外的处理与优化，导致证明成本更高。

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