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挑战X86、ARM架构,RISC-V GoGoGo!(2)

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    发表于 2019-12-25 09:50:03 | 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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    虽然 Intel持续迈向X86高效能设计,而ARM则专注于低成本、低功耗的研发方向。两者看似有着不同的方向,但在Intel强大的统治下,ARM并不好过。
    在这个情况下,ARM决定改变他们的产品策略,他们不再生产芯片, 转而以IP授权的商业模式,将芯片设计方案转让给其他公司。简单来说就是,ARM不再像Intel一样,一颗芯片的设计、制作、封装都由自己来完成,它相当于出售自己的“设计图纸”,剩下的由购买方自己去完成。
    没想到正是这种模式,开创了属于ARM的全新时代。
    1991年,ARM将产品授权给英国GEC Plessey半导体公司。
    1993年,ARM将产品授权给Cirrus Logic和德州仪器(Texas Instruments,TI)。
    与德州仪器的合作,给ARM公司带来了重要的突破。而且,也给ARM公司树立了声誉,证实了授权模式的可行性。
    此后,越来越多的公司参与到这种授权模式中,与ARM建立了合作关系。其中就包括三星、夏普等公司。
    因为 手机不需要像电脑那样强大的性能,它们更需要便捷性与低功耗,所以手机厂商不需要X86架构那样强大的性能,因此大量使用ARM架构去设计,随着移动手机井喷式的增长,ARM架构也随之水涨船高。
    2007年,真正的划时代产品出现了。那就是iPhone。
    苹果iPhone的出现,彻底颠覆了移动电话的设计,开启了全新的时代。第一代iPhone,使用了ARM设计、三星制造的芯片。
    iphone的热销,App Store的迅速崛起,让全球移动应用彻底绑定在ARM指令集上。紧接着,2008年,谷歌推出了Android(安卓)系统,也是基于ARM指令集。
    至此,智能手机进入了飞速发展阶段,ARM也因此奠定了在智能手机市场的霸主地位。
    2011年, 就连传统Wintel联盟(windows+intel)的微软,也宣布Windows8平台将正式支持ARM架构处理器。这是计算机工业发展历史上的一件大事,标志着X86架构处理器的主导地位发生动摇, 也标志着ARM架构处理器正式成为另一新的巨头。
    巨头弊端显现,夹缝中杀出的RISC-V
    两大巨头,一个演绎着PC时代的神话,一个在移动互联网时代称霸。两种不同架构各有侧重。 可以说是优势互补、无法替代的关系。
    而在下一个时代,物联网的时代,他们是否还能继续稳稳坐在第一的位置上?
    CISC(复杂指令集)和RISC(精简指令集)是当前CPU的两种架构分别采用的指令集。X86架构采用CISC,ARM架构采用RISC。
    从性能上看,X86架构的芯片,无论如何都比ARM架构的芯片在更快、更强。
    X86架构的CPU运行起来,随便就是1G以上的运行内存,并可以采用双核、四核等模式来加强性能,通常使用45nm(甚至更高级)制程的工艺进行生产。而ARM架构方面:CPU通常是几百兆的运行内存,最近才出现1G左右的CPU,制程通常使用不到65nm制程的工艺。
    可以说, 在性能和生产工艺方面ARM架构根本不是X86架构的对手。
    但ARM架构的优势不在于性能强大而在于效率,ARM架构采用RISC流水线指令集,在完成综合性工作方面处于劣势,但在一些任务相对固定的应用场合其优势就能发挥得淋漓尽致。
    从拓展能力来看,X86架构的设备采用“桥”的方式与扩展设备,如硬盘、内存等,进行连接,而且X86架构的设备出现了近30年,其配套扩展的设备种类多、价格也比较便宜,所以X86架构的电脑能很容易进行性能扩展,如增加内存、硬盘等。
    ARM架构的设备是通过专用的数据接口使CPU与数据存储设备进行连接,所以ARM的存储、内存等性能扩展难以进行,一般在产品设计时已经定好其内存及数据存储的容量,所以采用ARM架构的系统,一般不考虑扩展。基本奉行“够用就好””的原则。
    从功耗来看,高功耗导致了一系列X86架构无法解决的问题出现:系统的续航能力弱、体积无法缩小、稳定性差、对使用环境要求高等问题。从这里我们可以发现X86架构与ARM架构是在两个完全不同领域方面的应用,它们之间根本不存在替换性。
    在服务器、工作站以及其他高性能运算等应用方面,可以不考虑功耗和使用环境等条件,这时X86架构占了优绝对优势;但受功耗、环境等条件制约且工作任务固定的情况下 ARM架构就占有很大的优势,在手持式移动终端领域,X86架构的功耗更使其毫无用武之地。
    国外芯片技术交流-挑战X86、ARM架构,RISC-V GoGoGo!(2)risc-v单片机中文社区(1)






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     楼主| 发表于 2019-12-25 09:51:07 | 显示全部楼层
    相比于X86架构和ARM架构,RISC-V架构显得有点名不见经传。

    RISC-V,一般念做:riskfive。V,就是罗马数字5。

    很多人提到RISC-V,都会说它是 开源芯片。其实这种说法不是很准确。准确来说,RISC-V是一个基于“RISC(精简指令集)”原则的开源指令集架构,是RISC架构的子集。

    既然是RISC架构的子集,那么它为什么敢挑战两大架构的地位?

    其实这与芯片行业目前的格局与发展方向有关。

    现如今,随着5G、物联网、人工智能等技术的蓬勃发展,越来越多的企业希望生产和制造服务于各个垂直行业的终端和模组。

    但X86架构一直是Intel和AMD两家公司掌握的封闭性技术,没有明确的知识产权授权模式。而ARM架构则需要上亿高昂的授权费用。这都使得中小企业、创新企业望而却步。

    这时,RISC-V出现在了人们的视野。 RISC-V基于小型、快速、低功耗等现实情况设计,而且其设计者也并没有对特定的微架构进行过度的设计,恰巧可以满足物联网时代传感器:低性能,结构简单,低功耗的需求。

    突围成功还是失败

    RISC-V的众多优点是可以看得到的, RISC-V架构采用的开源方式,其指令集可以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给任何公司专利费。

    虽然这不是第一个开源指令集,但它具有重要的意义:RISC-V的设计可以完全适用于现代计算设备(如仓库规模云计算机、高端移动电话和微小嵌入式系统);设计者考虑了不同用途的性能与功率效率;RISC-V还拥有众多支持软件,这解决了新指令集通常的弱点。

    中国工程院院士倪光南多次在公开演讲中表示,RISC-V的优势, 在于其包含了CPU发展过程中优秀的创新点,在技术上非常完备。因为“年轻”,它不仅非常精简,而且没有所谓的“历史包袱”。比如,一个技术手册,由于ARM和英特尔都需要与自己的上一代产品兼容,可能需要2000多页,而RISC-V却只需要几百页。

    但倪光南院士也给出几点警示,对于移动端和 PC 端市场而言,RISC-V 的生态远未成熟到与英特尔、ARM 等“王朝元老”相匹敌的地步。

    首先RISC-V架构开源规则本身有一定的局限性。RISC-V强调完全开源的设计,并且让取用者可任意加上专属指令集,甚至可以自由选择将架构封闭还是维持开源。这样就导致了 RISC-V架构可能出现,虽然拥有更多的指令集,却无法共用的问题。

    当各个公司做出具有本身公司特色的芯片时,如果他们选择将自己的专属指令集保密,那么若干年后,很可能出现芯片互不兼容的情况, 而这样的碎片化问题往往是不利于产业发展的。

    就像Android(安卓)系统本身是一个开源的系统,但经过华为、小米、OPPO等厂商各自开发成自己的系统之后,就变得不在互相兼容了,这也是RISC-V架构开源规则本身的局限性。

    此外, RISC-V架构生态欠缺。目前, 英特尔推动的x86架构市场依旧庞大,几乎从传统PC 到数据中心规模的服务器都在使用基于x86架构的处理器,同时相关软件带动的应用服务也有长达40年的优化发展历史。

    对于ARM架构已产生的庞大市场应用规模,RISC-V架构更加难以取代,而且ARM的IP授权模式已经趋于完善,尽管授权费用高昂,但各大厂商依旧乐此不疲,例如我国华为海思、展讯、中兴、全志等芯片皆是采用ARM架构。

    虽然RISC-V架构刚刚起步,还面临着众多不确定性,但从1958年集成电路发明以来,我们也看到了整个产业发生了多次的变迁,无论是市场的转变,还是技术的创新,行业一直在带给我们惊喜。


    RISC-V架构具有简单和灵活的特性,非常适合部署到物联网、控制器、数据中心的专用芯片和边缘计算等应用场景,具有广大前景。未来,希望具备“得天独厚”优势的 RISC-V能随着我国物联网的先发优势而大放异彩,成为赶超欧美的新动力。

    挑战X86、ARM架构,RISC-V能否成为中国物联网时代赶超欧美的希望

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