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文 / 飛翔的鴨子
2010 年誕生的 RISC-V 架構(gòu)最近火到?jīng)]朋友，除了有 IBM、英偉達(dá)、高通、三星、谷歌、特斯拉、華為等 100 多家科技公司追捧外，印度、中國等還紛紛出臺(tái)政策，制定扶持標(biāo)準(zhǔn)，寄希望于搶先一步利用新興技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)處理器技術(shù)領(lǐng)域多年被 x86 和 ARM 壟斷下的突圍。就在飛鴨開始著手寫本文的 8 月 2 日，印度已經(jīng)在政府資金的支持下研制出第一款面向民用核反應(yīng)堆控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的 RISC-V 芯片原型 Shakrti。
芯片指令集架構(gòu)是溝通軟硬件運(yùn)算之間的橋梁。RISC-V 是伯克利大學(xué)發(fā)明的一種特定指令集架構(gòu)，嚴(yán)格說起來，并不是一種全新的架構(gòu)，它與我們熟悉的 ARM 同屬 RISC（精簡指令集，Reduced Instruction Set Computer）范疇。目前市面上主流的架構(gòu)分為 RISC 和 CISC（復(fù)雜指令集，Complex Instruction Set Computer）兩種，RISC 專注于低功耗、高性能功耗比，主要面向小體積以及移動(dòng)設(shè)備領(lǐng)域，CISC 強(qiáng)調(diào)運(yùn)算性能，專注桌面電腦、服務(wù)器和超算市場。RISC 的代表為 ARM，而 CISC 的代表則是我們耳熟能詳?shù)?x86。
RISC-V 可以看做是現(xiàn)有 RISC 的更升級(jí)版，從架構(gòu)的推出在時(shí)間上來說，具備后發(fā)優(yōu)勢，可以規(guī)避許多現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)中存在的漏洞，如前段時(shí)間大熱的 Spectre 以及 meltdown 漏洞，已經(jīng)明確是與現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系中分支預(yù)測和亂序執(zhí)行功能有關(guān)。由于計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)成為比較成熟的技術(shù)，多年來在不斷成熟的過程中暴露的問題都已經(jīng)被研究透徹，ARM 和 x86 無法輕易堵住的問題，RISC-V 架構(gòu)的新誕生沒有向后兼容的歷史包袱，則可以輕松避免。
RISC-V 為何受追捧？
如上文描述，現(xiàn)代計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)很是成熟，ARM 和 x86 在強(qiáng)調(diào)低功耗的物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域以及強(qiáng)調(diào)高性能的超算、電腦存儲(chǔ)等領(lǐng)域各自為營且生態(tài)完善。為何 RISC-V 的誕生還是受到了業(yè)界的大力追捧？答案有以下四點(diǎn)：?
1、 免費(fèi)是最好的招牌
?像當(dāng)年與 ios 打擂臺(tái)的 android 是基于 Linux 的開放源代碼操作系統(tǒng)一樣，RISC-V 最大的吸引點(diǎn)就是開源、免費(fèi)，是可以被任何學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)或商業(yè)組織自由使用的指令集架構(gòu)。雖然同樣基于 RISC 范疇的 ARM 公司已經(jīng)開發(fā)并能夠提供種類眾多的先進(jìn)處理器 IP，但是高昂的 IP 授權(quán)費(fèi)用，無處不在的使用限制還是很考驗(yàn)使用者的錢袋和開發(fā)水平。?
2、 大道至簡?
這是有關(guān) RISC-V 特點(diǎn)介紹中提到最多的描述語，也是其受到追捧的最重要原因之一，代碼簡單規(guī)則性強(qiáng)，文檔精簡易上手。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，現(xiàn)代的 ARM 與 x86 架構(gòu)的架構(gòu)文檔長達(dá)幾百數(shù)千頁。RISC-V 架構(gòu)文檔共計(jì) 236 頁。雖然內(nèi)容還在豐富中,但是基本的 RISC-V 指令數(shù)目僅有 40 多條，加上其他的模塊化擴(kuò)展指令總共幾十條指令。
??上圖為 RISC-V 指令格式，可以看出不同 type 之間規(guī)律性很。指令越有規(guī)律，解碼器所要的 gate 越少，芯片面積越小，運(yùn)行速度也就越快。?
3、 RISC 領(lǐng)域市場巨大?
ARM 公司是 RISC 架構(gòu)的典型應(yīng)用代表和標(biāo)準(zhǔn)締造者，目前，全球共有超過 100 家公司與 ARM 簽訂了技術(shù)使用許可協(xié)議，其中包括 Intel、IBM、LG、NEC、SONY、NXP 和 NS 這樣的大公司。與我們?nèi)粘Ｉ钕⑾⑾嚓P(guān)的全球絕大部分手機(jī)處理器架構(gòu)均是基于 ARM 架構(gòu)，不管你的手機(jī)系統(tǒng)是 iOS 還是 Android。軟銀集團(tuán)董事長及總裁孫正義曾經(jīng)介紹說，2016 年基于 ARM 生產(chǎn)的芯片產(chǎn)品有 170 億顆，而全球人口也只有 70 億，相當(dāng)于人均 2.4 顆左右。在未來的物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，基于 ARM 架構(gòu)芯片還將達(dá)到萬億級(jí)別，智能汽車、數(shù)據(jù)中心、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域在未來 5 年還有超過 300 億美元市場的增長空間。顯然，這些基于 RISC 架構(gòu)的潛在市場，也是 RISC-V 未來的逐鹿戰(zhàn)場。
?2017 年 5 月，ARM 在深圳成立合資公司，并建設(shè)國內(nèi)重要的、由中方控股的集成電路核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)(IP)開發(fā)與服務(wù)平臺(tái)，旨在進(jìn)一步開拓中國市場。
4、 新技術(shù)意味著新機(jī)遇
?RISC-V 的誕生，為沉寂多年的計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)領(lǐng)域注入了新鮮的空氣，原本由 ARM 和 x86 牢牢壟斷的現(xiàn)代計(jì)算領(lǐng)域展露出一線可乘之機(jī)。許多強(qiáng)調(diào)計(jì)算、多年來不得不彎腰的企業(yè)首先嗅的商機(jī)。CPU 領(lǐng)域如高通、三星、華為、中天微等企業(yè)早就加入了 RISC-V 基金會(huì)， FPGA 企業(yè) Microsemi 則已率先推出業(yè)界首個(gè) RISC-V 內(nèi)核的 FPGA 系列產(chǎn)品，國內(nèi) FPGA 企業(yè)高云也緊隨其后，宣布將在 2018 年中將 FPGA 芯片中嵌入 RISC-V 軟核，將在晨熙家族率先進(jìn)行。Microsemi SoC FPGA 營銷總監(jiān) Ted Marena 在介紹采訪是曾表示“完全開源的 RISC-V 內(nèi)核采用開放式指令集架構(gòu)（ISA），通過許可的 BSD 授權(quán)，具備全面可移植性，由于開發(fā)人員可以查看 RISC-V 的所有源碼，因此安全性更高，非常適合現(xiàn)在嵌入式應(yīng)用對于平臺(tái)架構(gòu)的要求。”
?RISC-V 對 ARM 的影響
免費(fèi) RISC-V 的誕生對同屬 RISC 陣營的 ARM 影響巨大。飛鴨一就職于 ST,不愿透露姓名的朋友說，雖然目前還沒有基于 RISC-V 的芯片量產(chǎn)，但是 ARM 以后日子肯定不太好過了。
“ARM 最火的是其 AArch64 執(zhí)行狀態(tài)，AArch64 執(zhí)行狀態(tài)主要針對 64 位處理技術(shù)，基本全是軟硬一體的打包方案，用戶換硬件的時(shí)候就是換軟件的時(shí)候，沒有人關(guān)心前向兼容問題，即沒人要求自己的手機(jī)今后 10 年都要支持 Android 2.3。AArch64 的最佳設(shè)計(jì)來自高通和蘋果，ARM 自己的設(shè)計(jì)基本都是給二流廠商用的?！?/p>
同時(shí)由于 ARM 的授權(quán)費(fèi)天下苦 ARM 久矣。Cortex-A 系列的典型下游企業(yè)蘋果、谷歌和高通，蘋果已經(jīng)多次換 arch 了，可謂輕車熟路，高通的 CPU 本來就是自己寫的，換個(gè) arch 輕而易舉，谷歌是純軟件商，編譯器支持什么它支持什么?！斑@三家反水易如反掌，只要 RISC-V 時(shí)機(jī)成熟，估計(jì)離他們改弦更張已經(jīng)不遠(yuǎn)了?！薄爸劣谄渌抑苯佑?Cortex A + Mali 的企業(yè)，很多都是墻頭草，誰家便宜用誰的。如果高通和谷歌轉(zhuǎn)投 RISC-V，它們還會(huì)給 ARM 交近百元一部的設(shè)備授權(quán)費(fèi)？那用高通 RISC-V 的小米能分分鐘碾壓它們”，朋友補(bǔ)充道。不知道以 ST-M32 聞名的 ST 被同是歐洲大廠，有很多業(yè)務(wù)重合的英飛凌收購，是不是和 RISC-V 的誕生和威脅論有關(guān)。
RISC-V 對 x86 的影響
與 ARM 相比，RISC-V 的誕生對基于 CISC 的 x86 影響相對較小。一方面是因?yàn)槎嗄陙?CISC 和 RISC 應(yīng)用之爭基本已經(jīng)形成了渭分明的市場劃分，CISC 適合于強(qiáng)調(diào)運(yùn)算和性能的通用機(jī)，如電腦、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等領(lǐng)域，RISC 則主要針對特殊應(yīng)用領(lǐng)域，適合對功耗比要求更高的專用領(lǐng)域。
除此之外，以 x86 為代表的 Intel 本身就是一家設(shè)計(jì)實(shí)力很強(qiáng)的芯片公司(還有自己的 fab 廠)，而非專利授權(quán)公司，圍繞 x86 已經(jīng)形成了龐大的應(yīng)用生態(tài)體系鏈路，產(chǎn)業(yè)鏈路上下游企業(yè)反水的可能性不大。此外，用戶對于商業(yè)計(jì)算機(jī)較長的使用周期要求也非便攜式設(shè)備能比，這就需要不管是 Intel、AMD 還是國內(nèi)的兆芯、海光都要考慮產(chǎn)業(yè)兼容問題，即二進(jìn)制歷時(shí)遺留問題，滿足不同用戶的應(yīng)用需求。
最重要的一點(diǎn)，x86 陣營與 ARM 陣營不同，x86 玩家俱樂部中的成員需要交叉授權(quán)，入門門檻極高。除了初始幾年，Intel 吸納了 AMD、VIA（即現(xiàn)在的兆芯）之外，后來者幾乎無法踏入其門檻。表面上雖然顯得勢單力薄了些，但與此同時(shí)，經(jīng)過多年的歷史積累，也大大凝聚了 3 家企業(yè)的一致性與向心性，畢竟隔夜的金子不如到手的銅啊。
與非網(wǎng)原創(chuàng)內(nèi)容，未經(jīng)允許，不得轉(zhuǎn)載！
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