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三星准备抛弃ARM,开发RISC-V架构自主CPU内核

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    发表于 2021-12-5 12:24:43 | 显示全部楼层 |阅读模式

    有人预言,RISC-V或将是继Intel和Arm之后的第三大主流处理器体系。欢迎访问全球首家只专注于RISC-V单片机行业应用的中文网站

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    本帖最后由 塞巴斯蒂安 于 2021-12-5 12:24 编辑

    在2016年,三星的半导体部门已经开始尝试一些大的飞跃,其运用于Galaxy S7旗舰的Exynos 8890处理器,首次采用了自主定制的CPU内核M1。现在来看,三星正计划扩大芯片定制开发的实力,因为日前根据业内人士透露的消息了解,三星设备解决方案(Device Solution)事业部正在为研发32位的MCU微控制器定制一种CPU内核,并且似乎是以可穿戴设备或物联网市场为目标。

    据称,三星研发中的这个CPU内核基于开源的RISC-V指令集架构,而不是我们常见的ARM架构(例如三星旗舰机长期所用的ARMv6-M最新的ARMv8-M架构)。这就意味着,三星不必支付ARM授权许可费。更进一步来说,三星的CPU战略目标正在发生转变,从之前获取ARM Cortex CPU核心授权定制转变为完全自主设计。

    流言还表示,三星自主  MCU研发目前仅限于一定范围晶体管数量,大概是10000到20000这个区域。正常来说,只要小于20000的晶体管数量,就能够使MCU核心保持与ARM Cortex-M0相近的功耗了。ARM的M0和M0+定位超低功耗核心,提供一定的32位性能,但足够用于打造最低成本的8位AVR组件。这就表明,虽然2013年三星将其8位微控制器业务出售给了IXYS,但仍可能再次启动,做好进军低功耗物联网领域的准备。

    匿名人士表示,“虽然我们不清楚三星的RISC V核心与ARM相比是否具有竞争优势,但是我们对三星的举动十分感兴趣,因为三星有自行定制CPU核心的能力以及实际运用到移动AP处理器的经验。”

    RISC-V处理器架构由加州大学伯克利分校开发,提供免费BSD许可,重点是已收到了一批重大科技公司的支持,其RISC V基金会正是由包括谷歌、高通、IBM和NVIDIA在内的大企业支持,并提供免费的编译器和开放的ISA开发环境。事实上,NVIDIA和高通已经在使用RISC-V架构开发自己的物联网处理器和GPU内存控制器。

    尽管RISC-V架构可能无法提供与同类架构相同的性能速度,或者与ISA总线成熟的兼容性,但是无需授权使用费以及费用超低这些特点,导致其依然是微处理器开发中相当有吸引力的选择之一。

    此前三星曾表示,2016年上半年已经开始研发微控制器,因此第一枚商业化的芯片有可能在明年某个时候亮相。

    一、开源的处理器架构RISC-V

    IoT(Internet of things,物联网)做为下世代的产业应用,欲借着在现有的设备中加入微型电脑,将所有东西连上网路来创造新的应用。然而,现行的微型电脑价格依然过高,拖慢IoT 的发展。其中,在整个微型电脑架构中,最贵的非CPU 莫属了。

    现在的IoT 市场,大多考虑采用ARM 架构的CPU。虽然相较于其他的处理器平台,ARM 的授权相对灵活,但对IoT 厂商来说价格仍偏高,使得行动CPU 的成本价格迟迟降不下来。因此,现行市场急需低成本且稳定的新架构。于是,RISC-V,做为开源的新架构, 跃上舞台。

    在CPU 中,指令集架构(Instruction Set Architecture,ISA),扮演着重要的角色,ISA 是电脑的基础,整个系统皆顺其而生。此外,ISA 会影响作业系统的种类以及软体的支援程度,因此,每个ISA 皆有各自的生态。那么市场上常见的ISA 有哪些呢?

    现行市场主流的指令集架构,能见度最高的就属X86 和ARM,X86 由Intel 主导,也是目前个人电脑的主流,ARM 则是采用授权的方式释出,在行动装置崛起后,在手机、平板等各式嵌入式系统中广为使用。其他ISA 在这种状况下可说是愈来愈少见了。

    然而,X86 和ARM 的专利被少数几家把持住,厂商需要付出高额的授权费才能使用ARM,X86 甚至不授权给予其他厂商使用。在物联网装置都需要内建微型电脑来运作下,为ISA 授权金垫高的成本就造成了另一种阻碍。

    二、避免授权金突围,RISC-V 登场

    做为开源的ISA,RISC-V 是由UC Berkeley 所发展的,RISC-V 正试着挑战现行主流的指令集架构。藉由RISC-V,UC Berkeley 正试着从头打造一个全新的生态系,并将其开放,让所有人都可以使用。但是,为何要重新建造一个全新的指令集架构?

    以开源的角度来说,软体的生态系比芯片的生态系完善。在软体世界中,任何一套商业软体大多有和其功能类似的开源版本,且功能不逊于商业版本。但是,至今却没有高能见度的开源ISA 在市场中出现,如果有一套稳定且好用的开源ISA 出现,或将打破现行被垄断的情形,避免授权所带来的开发成本,也可能改善现在持有ISA 专利的厂商对授权的态度。

    三、简单易上手开发的优势

    除了授权的问题外,X86 和ARM 的手册皆有上千多页,对工程师而言是相当大的负担,因为要设计一颗CPU,工程师就要熟悉ISA 中的所有规定,越熟悉才能设计出越好的CPU。至于RISC-V 则只需要约100 页左右,大幅缩小工程师的负担。

    从官网上的文件可以知道,RISC-V只有大约100个Instructions,且不会再增加。如此便不需为了新增指令而增加新的电路,增加芯片的面积。此外,RISC-V提供16、32、64bits等多种存储定址方式,让厂商有更多的选择。

    在软体支援方面,因为RISC-V 是全新的指令集架构,因此现行的软体都要做修整方能配合使用。为了做后续的发展,他们已经为RISC-V 开发出GCC / glibc / GDB、LLVM / Clang、Linux、Yocto、Verification Suite 等软体。

    在硬体开发工具部分,他们设计出全新的硬体描述语言Chisel,以Scala 为语言核心,辅以硬体开发工具,可以将Scala 所开发出的电路轻易地转换成C++ 的电路模拟,或者FPGA 、ASIC 用的Verilog Code,并进行合成和绕线,提升硬体设计的效率。

    四、实做产品足以挑战 ARM

    为了证明RISC-V 的实际效能,UC Berkeley 甚至实际设计出一颗芯片,并将其制作出来。为了确保公平性,还特别选用和ARM Cortex-A5 相同的台积电制程。从下图可以得知,采用RISC-V 的CPU 不但面积比较小,运算速度较快,而且还耗较少的电。足以证明RISC-V 做为新进者,已经具有挑战ARM 的潜力。
    国外芯片技术交流-三星准备抛弃ARM,开发RISC-V架构自主CPU内核risc-v单片机中文社区(1)
    (Source:RISC-V官网)

    至此,可以了解RISC-V 的基本生态圈已经建立起来。但是,距离正式商业性产品的发表还需要一段时间,将来会如何发展尚未明了。不过,从RISC-V Rocket 的效能来看,要进入IoT 的市场是相当容易的。此外,他们已经将设计且验证完的CPU 程式码变成open source,在官网中便可找到。






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    题主优质好文
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    天下 苦 ARM 久矣 啊
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