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ARM or RISC-V 誰才是微小型嵌入式系統(tǒng)的最佳選擇?

2018-09-12
作者:王偉
關(guān)鍵詞: ARM RISC-V

  ARM架構(gòu)過去稱作進(jìn)階精簡(jiǎn)指令集機(jī)器(Advanced RISC Machine),又稱“高級(jí)RISC機(jī)器”,是一個(gè)32位精簡(jiǎn)指令集(RISC)處理器架構(gòu)。RISC-V是一種新的開放且免費(fèi)的指令集架構(gòu)。二者架構(gòu)都源自1980年代的精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)RISC,正是這一架構(gòu),讓曾任斯坦福大學(xué)校長(zhǎng)的John L. Hennessy和曾任加州大學(xué)伯克利分校教授的David A. Patterson獲得了2017年度圖靈獎(jiǎng)。

  ARM公司以早期RISC架構(gòu)為基礎(chǔ),衍生出了ARM的芯片設(shè)計(jì),并將這種設(shè)計(jì)授權(quán)給多家芯片廠商,現(xiàn)在幾乎所有的智能手機(jī),都離不開它。而RISC-V誕生于2010年,主要由美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校的Krste Asanovic教授、Andrew Waterman和Yunsup Lee等人員開發(fā)。相對(duì)于大多數(shù)傳統(tǒng)ISA封閉的生態(tài)以及高昂的授權(quán)費(fèi)用而言,其最大特色就是開放和免費(fèi)。

  RISC-V與ARM最大的不同就在于其推崇的大道至簡(jiǎn)的技術(shù)風(fēng)格和徹底開放的模式。由于ARM是一種封閉的指令集架構(gòu),眾多使用ARM架構(gòu)的廠商,只能根據(jù)自身需求,調(diào)整產(chǎn)品頻率和功耗,不得改變?cè)性O(shè)計(jì)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展,CPU架構(gòu)變得極為復(fù)雜和冗繁,ARM架構(gòu)文檔長(zhǎng)達(dá)數(shù)千頁(yè),指令數(shù)目復(fù)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(gòu)授權(quán)問題。反觀RISC-V,在設(shè)計(jì)之初,就定位為是一種完全開源的架構(gòu),規(guī)避了計(jì)算機(jī)體系幾十年發(fā)展的彎路,架構(gòu)文檔只有二百多頁(yè),基本指令數(shù)目?jī)H40多條,同時(shí)一套指令集支持所有架構(gòu),模塊化使得用戶可根據(jù)需求自由定制,配置不同的指令子集。

  開放而免費(fèi)的RISC-V架構(gòu)誕生,不僅對(duì)于高校與研究機(jī)構(gòu)是個(gè)好消息;為前期資金缺乏的創(chuàng)業(yè)公司、成本極其敏感的產(chǎn)品、對(duì)現(xiàn)有軟件生態(tài)依賴不大的領(lǐng)域,都提供了另外一種選擇,使其可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用對(duì)指令集進(jìn)行擴(kuò)展和裁剪,在不用花費(fèi)高額授權(quán)費(fèi)用的情況下針對(duì)具體情況實(shí)現(xiàn)處理器內(nèi)核,因此得到了業(yè)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(yíng),圍繞著RISC-V的生態(tài)迅速成長(zhǎng)。

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  RISC-V聯(lián)盟部分成員

  與大多數(shù)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(shè)計(jì)、制造和銷售RISC-V芯片和軟件。雖然這不是第一個(gè)開源指令集,但它具有重要意義,因?yàn)槠湓O(shè)計(jì)使其適用于現(xiàn)代計(jì)算設(shè)備(如倉(cāng)庫(kù)規(guī)模云計(jì)算機(jī)、高端移動(dòng)電話和微小嵌入式系統(tǒng))。設(shè)計(jì)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(diǎn)。RISC-V可以幫助客戶以更低的成本更靈活自主的方式進(jìn)行定制化芯片,所以也有越來越多的芯片甚至系統(tǒng)公司加入其中。眾多的芯片公司已經(jīng)開始使用或者計(jì)劃使用RISC-V開發(fā)其自有的處理器用于其產(chǎn)品。

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  中天微發(fā)布中國(guó)自研CPU架構(gòu)RISC-V處理器

  只有對(duì)手才真正了解對(duì)手,或許是RISC-V的成長(zhǎng)速度讓ARM感受到了威脅,2018年6月底,ARM建立了一個(gè)域名為 riscv-basics.com 的網(wǎng)站,里面的內(nèi)容主題為“設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片之前需要考慮的五件事”,從成本、生態(tài)系統(tǒng)、碎片化風(fēng)險(xiǎn)、安全性和設(shè)計(jì)保證上對(duì) RISC-V 進(jìn)行攻擊。

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  此舉自然引起了 RISC-V 的強(qiáng)烈不滿,7月9日 RISC-V 也建立一個(gè)域名為 arm-basics.com 的網(wǎng)站,并用“設(shè)計(jì)系統(tǒng)芯片之前需要考慮的六件事”為題(在 ARM 列出的五項(xiàng)上新增了社區(qū)支持),對(duì) ARM 進(jìn)行反擊,并呼吁廠商采用真正自由的架構(gòu) RISC-V。一天之后,這場(chǎng)戰(zhàn)爭(zhēng)以riscv-basics.com 網(wǎng)站悄然下線落下帷幕。

  為什么ARM會(huì)做出此不合時(shí)宜的過激反應(yīng)?可以說在全球領(lǐng)域,ARM無論在技術(shù)、生態(tài)以及產(chǎn)業(yè)上,都有著完整的體系。為什么會(huì)懼怕尚不成熟的在發(fā)展中的RISC-V? 或許RISC-V對(duì)ARM技術(shù)上的制衡僅僅是一個(gè)原因,RISC-V崛起的時(shí)間點(diǎn)也是一個(gè)因素。每一次應(yīng)用場(chǎng)景的變遷,都會(huì)孕育新的技術(shù)平臺(tái)的變革。當(dāng)前,人工智能、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、車載電子系統(tǒng)等被稱為是下一個(gè)萬億級(jí)的市場(chǎng),不僅有著巨大的機(jī)會(huì),其細(xì)分化、碎片化的特質(zhì)要求更完善的服務(wù)、軟件與硬件的結(jié)合要求多元化的整合。以物聯(lián)網(wǎng)為例,前期的嵌入式系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)里,目前采用比較多的是ARM的處理器架構(gòu),數(shù)據(jù)顯示在嵌入式領(lǐng)域有75%的系統(tǒng)設(shè)計(jì)是采用了ARM公司的微處理器架構(gòu)。而RISC-V很大程度上改變了運(yùn)算平臺(tái)芯片的設(shè)計(jì)生態(tài),因?yàn)樗敲赓M(fèi)開源的,而且可以靈活地進(jìn)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(jù)IPnest的調(diào)研,ARM公司在2017年的IP授權(quán)收入下滑了6.8%,原因之一是因?yàn)镽ISC-V加入了競(jìng)爭(zhēng)。

  RISC-V對(duì)ARM,殺勢(shì)已成!


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