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ARM or RISC-V 誰才是微小型嵌入式系統的最佳選擇?

2018-09-12
作者:王偉
關鍵詞: ARM RISC-V

  ARM架構過去稱作進階精簡指令集機器(Advanced RISC Machine),又稱“高級RISC機器”,是一個32位精簡指令集(RISC)處理器架構。RISC-V是一種新的開放且免費的指令集架構。二者架構都源自1980年代的精簡指令集計算機RISC,正是這一架構,讓曾任斯坦福大學校長的John L. Hennessy和曾任加州大學伯克利分校教授的David A. Patterson獲得了2017年度圖靈獎。

  ARM公司以早期RISC架構為基礎,衍生出了ARM的芯片設計,并將這種設計授權給多家芯片廠商,現在幾乎所有的智能手機,都離不開它。而RISC-V誕生于2010年,主要由美國加州大學伯克利分校的Krste Asanovic教授、Andrew Waterman和Yunsup Lee等人員開發。相對于大多數傳統ISA封閉的生態以及高昂的授權費用而言,其最大特色就是開放和免費。

  RISC-V與ARM最大的不同就在于其推崇的大道至簡的技術風格和徹底開放的模式。由于ARM是一種封閉的指令集架構,眾多使用ARM架構的廠商,只能根據自身需求,調整產品頻率和功耗,不得改變原有設計。經過幾十年的發展,CPU架構變得極為復雜和冗繁,ARM架構文檔長達數千頁,指令數目復雜,版本眾多,彼此之間既不兼容,也不支持模塊化,并且存在著高昂的專利和架構授權問題。反觀RISC-V,在設計之初,就定位為是一種完全開源的架構,規避了計算機體系幾十年發展的彎路,架構文檔只有二百多頁,基本指令數目僅40多條,同時一套指令集支持所有架構,模塊化使得用戶可根據需求自由定制,配置不同的指令子集。

  開放而免費的RISC-V架構誕生,不僅對于高校與研究機構是個好消息;為前期資金缺乏的創業公司、成本極其敏感的產品、對現有軟件生態依賴不大的領域,都提供了另外一種選擇,使其可以根據實際應用對指令集進行擴展和裁剪,在不用花費高額授權費用的情況下針對具體情況實現處理器內核,因此得到了業界主要科技公司的擁戴,包括 Google、特斯拉、三星、高通等科技公司已加入 RISC-V 陣營,圍繞著RISC-V的生態迅速成長。

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  RISC-V聯盟部分成員

  與大多數指令集相比,RISC-V指令集可以自由地用于任何目的,允許任何人設計、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。雖然這不是第一個開源指令集,但它具有重要意義,因為其設計使其適用于現代計算設備(如倉庫規模云計算機、高端移動電話和微小嵌入式系統)。設計者考慮到了這些用途中的性能與功率效率。該指令集還具有眾多支持的軟件,這解決了新指令集通常的弱點。RISC-V可以幫助客戶以更低的成本更靈活自主的方式進行定制化芯片,所以也有越來越多的芯片甚至系統公司加入其中。眾多的芯片公司已經開始使用或者計劃使用RISC-V開發其自有的處理器用于其產品。

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  中天微發布中國自研CPU架構RISC-V處理器

  只有對手才真正了解對手,或許是RISC-V的成長速度讓ARM感受到了威脅,2018年6月底,ARM建立了一個域名為 riscv-basics.com 的網站,里面的內容主題為“設計系統芯片之前需要考慮的五件事”,從成本、生態系統、碎片化風險、安全性和設計保證上對 RISC-V 進行攻擊。

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  此舉自然引起了 RISC-V 的強烈不滿,7月9日 RISC-V 也建立一個域名為 arm-basics.com 的網站,并用“設計系統芯片之前需要考慮的六件事”為題(在 ARM 列出的五項上新增了社區支持),對 ARM 進行反擊,并呼吁廠商采用真正自由的架構 RISC-V。一天之后,這場戰爭以riscv-basics.com 網站悄然下線落下帷幕。

  為什么ARM會做出此不合時宜的過激反應?可以說在全球領域,ARM無論在技術、生態以及產業上,都有著完整的體系。為什么會懼怕尚不成熟的在發展中的RISC-V? 或許RISC-V對ARM技術上的制衡僅僅是一個原因,RISC-V崛起的時間點也是一個因素。每一次應用場景的變遷,都會孕育新的技術平臺的變革。當前,人工智能、物聯網技術、車載電子系統等被稱為是下一個萬億級的市場,不僅有著巨大的機會,其細分化、碎片化的特質要求更完善的服務、軟件與硬件的結合要求多元化的整合。以物聯網為例,前期的嵌入式系統的產業里,目前采用比較多的是ARM的處理器架構,數據顯示在嵌入式領域有75%的系統設計是采用了ARM公司的微處理器架構。而RISC-V很大程度上改變了運算平臺芯片的設計生態,因為它是免費開源的,而且可以靈活地進行修改并加入新的功能,所以RISC-V正在吸引越來越多的科技公司采用。根據IPnest的調研,ARM公司在2017年的IP授權收入下滑了6.8%,原因之一是因為RISC-V加入了競爭。

  RISC-V對ARM,殺勢已成!


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