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ARM并不是唯一,中国大爱RISC-V架构或将借IOT实现芯片弯道超车

2020-09-15 11:23

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处理器的架构一直以来是x86和ARM的天下,而自2010年RISC-V诞生以后,隐约呈现出了三足鼎立的趋势。

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  • x86主要应用于传统PC市场,善于处理大数据,IP掌握在英特尔和AMD手中。
  • ARM主要统治移动市场,处理快数据为主。
  • RISC-V可以同时兼顾数据传输速度与传输量,而x86和ARM并不是很胜任。

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x86属于复杂指令集(CISC)架构,ARM、MIPS和RISC-V属于精简指令集(RISC)架构。x86已经不对外授权,而ARM需要支付高额的专利授权费才能使用。RISC-V允许任何人自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件,而不必支付专利授权费。

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能够完全买断ARM架构的只有苹果、高通、三星、华为、联发科这样资金雄厚的公司,他们有几十至几百人的研发团队可以快速的消化ARM架构产出自己的芯片。但绝大多数的普通人想深入的了解和学习ARM架构是非常困难的。

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RISC-V允许几个人的小团队花费几个月至几年的时间去创造属于自己的芯片。开放免费的生态有助于形成强大的生态系统,如Linux和Android。

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RISC-V的缺点在于还没有形成赖以它生长的一整套生态系统,比如:Windows基于x86,Android基于ARM。RISC-V基金会其实对此并不做任何定义,生态系统的搭建交予使用者来自行发挥,最主要的原因就是生态系统并非一蹴而就。

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但RISC-V基金会内部已经形成了较为完善的生态圈。迄今为止,该基金会已经吸引了全球28个国家300多家会员加入。

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RISC与ARM、RISC-V

指令集架构其实一直分为复杂指令集(CISC)架构和精简指令集(RISC)架构。在传统电脑领域复杂指令集占据了优势,在移动端为王的时代以及未来的万物互联时代精简指令集将会占据绝大多数市场份额。

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复杂指令集架构需要足够多的训练,才能完成“吃饭”的一系列的动作,如果要完成其他的动作,又要与之相对应的指令。而精简指令集拆解成了最简单的步骤,“舀一勺饭”改成“舀一勺菜”就完成了从吃饭到吃菜的动作。我们不能通过人的正常思维去思考这个问题,毫无疑问对于机器精简指令集的执行效率比复杂指令集高,反应速度也会更快,这样就可以减少硬件的复杂程度从而减少功耗。

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RISC是1981年在David Patterson的带领下,加州大学伯克利分校的一个研究团队起草了RISC-1,就是今天的RISC架构的基础。RISC的设计理念催生了一系列新架构,如:MIPS、IBM PowerPC、ARM。

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2010年伯克利大学并行计算实验室(Par Lab)的1位教授和2个研究生想要做一个项目,需要选一种计算机架构来做。当时面临的选择是x86、ARM,但不管选择哪个都或多或少地出现问题,比如:授权费价格高昂、不能开源、不能扩展更改等等。

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所以他们在2010年5月开始规划自己做的一个新的、开源的指令集RISC-V(第五代精简指令集)。到了2015年,RISC-C在学术界已经开始出名了,3位创始人还从两个方面推动RISC-V在技术和商业上的发展:
  • 成立RISC-V基金会,维护RISC-V指令集架构的完整性和非碎片化。
  • 成立SiFive公司,推动RISC-V商业化。
  • 开发了用于RISC-V处理器设计的Chisel语言。

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x86和ARM的架构篇幅动则数千页,RISC-V的规范文档仅有145页,且“特权架构文档”的篇幅页仅有91页,基本的RISC-V指令数目仅有40多条。

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现在可能大家还看不出精简指令集的优势,在未来的物联网大概会有300亿个设备被链接起来。

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它们并没有很强悍的硬件去匹配比较复杂的指令集架构,它们需要的是功耗小、响应快、故障率低。在这个时候,精简指令集的潜力就完全地被挖掘出来了。正如基于x86的CPU并不适用于移动设备一样,ARM就是乘着这样一阵风飞起来的,未来精简指令集也会,并且会飞得更高。

为什么这里没有明确指出是RISC-V,因为还有其他的精简指令集架构,如:MIPS。

MIPS或将成为RISC-V未来赛道上的最强竞争者

MIPS、RISC-V两者的架构相差不大,MIPS也在2018年12月宣布开源。

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MIPS是最早出现的商业RISC架构芯片之一,在80年代中期在很多地方都能看到MIPS的身影,如:Sony、Nitendo的游戏机、Cisco路由器、SGI超级计算机等,基于MIPS指令集的芯片已经有100亿颗的出货,这就意味着MIPS处理器在很多的市场已经非常成熟了。

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RISC体系遭到x86碾压式竞争的时候,MIPS是RISC中唯一一个盈利的。在智能手机时代,由于MIPS选择消费电子,而ARM选择了手机市场,就导致了它们两不同的命运。

中国企业大爱RISC-V架构,或将借IOT实现弯道超车

RISC-V的开源、免费的特性,使得国内渴望掌握芯片核心技术的企业可以持续的使用和壮大下去。同时因为RISC-V是模块化的设计,可以直接应用模块,它的使用、开发门槛也低。

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美国加码实体清单针对中国企业,会更加坚定国内企业研究自主可控芯片的决心。在未来,中国或将借着IOT这波东风实现弯道超车。

本文源自汇聚魔杖 ,转载目的在于传递更多信息,版权归原作者所有。


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