當前位置: 華文問答 > 數位

RISC

2023-12-01數位

在談論RISC-V之前,先看一下芯片架構是什麽東西?

芯片架構(Chip architecture)是指芯片設計中的整體結構和組織方式。 它是對芯片的功能、效能、功耗、布局以及連線等方面進行有效組織和規劃的過程。

芯片的架構不必要定義芯一些內容和附加的內容。芯片的架構並非一個特指詞,在SOC的芯片架構裏,是指嵌入式的型別,在x86和最常使用的ARM架構,則是指令集。芯片的架構設計需要考慮多方面的因素,包括功能性、可靠性、可延伸性和可制造性等。

目前主流的芯片架構有X86,ARM和 RISC-V。

1、X86架構

X86架構 (The X86 architecture)是微處理器執行的電腦語言指令集,指一個intel通用電腦系列的標準編號縮寫,也標識一套通用的電腦指令集合。

X86指令集是美國Intel公司為其第一塊16位元CPU(i8086)專門開發的,美國IBM公司1981年推出的世界第一台PC機中的CPU–i8088(i8086簡化版)使用的也是X86指令。Intel後續在X86功能上不斷研發和完善,一直沿用至今。X86主要占據PC和伺服器市場。

使用和更新X86架構的公司有 英特爾 , AMD 、威盛 三家公司。其中x86架構中英特爾和AMD是霸主地位。國內做的比較好的企業 兆芯 ,早期,購買了大量原屬於VIA的中央處理器等,花費了大量的知識費用,並獲得了X86指令集授權,可以生產X86芯片。

2、ARM架構

ARM架構 ,曾稱進階精簡指令集機器(AdvancedRISCMachine)。是一個32位元精簡指令集(RISC)處理器架構。

X86架構是屬於三家公司所家,同時自家生產X86架構的處理器。而釋出ARM架構的ARM 公司本身並不靠自有的設計來制造或出售CPU ,而是將處理器架構 授權給有興趣的廠家。ARM 提供了多樣的授權條款 ,包括售價與散播性等計畫。對於授權方來說,ARM 提供了 ARM 內核的整合硬體敘述,包含完整的軟體開發工具 (編譯器 、debugger、SDK),以及針對內含 ARM CPU 矽芯片的銷售權。

ARM架構,自ARM7/9/11改成Cortex-A、M、R三線,Cortex-A走向CPU;Cortex-M走向MCU領域;而Cortex-R是運算功能的MCU,一般使用在車用、工控處理器。雖然X86架構主要用個人PC和伺服器市場。而ARM架構主要用行動裝置。但也不是一塵不變的。現在也用ARM架構的處理器用於個人PC和伺服器市場。像比較有名的蘋果公司就用ARM架構生產的M系列芯片用在PC上。

3、RISC-V架構

RISC-V 是一種指令集,一般被念做:risk five。V,即羅馬數位5。該指令集是RISC系列指令集的第五代產品。也泛指RISC-V指令集及其衍生出來的一系列生態。而RISC-V指令集,類似於INTEL的X86 ,ARM指令集,是一個被CPU讀取到記憶體後,指導電腦執行的指令集合。

CPU指令集有兩種架構:CISC與RISC,目前大部份公司還是很認可RISC-V架構,特別是中國,大力支持。

RISC-V誕生於2007年,創始人SiFive。到目前為主積累了較多廠商,包含高通和SK海麗仕、NXP、阿裏巴巴和華為等多個 半導體 公司,其中高通也參與了RISC-V架構的投資,這也意味著未來的高通不完全依賴於ARM架構。

RISC-V發展迅速,套用領域不斷擴大。

中國市場套用廣泛的是穿戴裝置類,還有一些套用在內核和芯片上,如CPU IP核,SoC芯片的套用,威騰電子設計的SSD和HDD 控制器 ,內核是SweRV Core,中科藍芯開發的藍芽耳機芯片,南京沁恒電子的藍芽MCU、32位元通用MCU和高速介面的MCU,它們的內核都是RISC-V。

目前,在MCU領域RISC-V對ARM替代已經沒有問題,正在逐漸地往新的市場延伸,現在已經有了RISC-V膝上型電腦、RISC-V伺服器、RISC-V萬兆交換機等。雖然這些領域的RISC-V生態有待逐漸完善,但它肯定會越來越往高端發展,尤其當處理器能力越來越強,軟體生態越來越豐富以後,向新的更高效能領域拓展的趨勢將會更加勢不可擋。目前階段RISC-V和X86、ARM在生態上相比還有一些劣勢。

RISC-V的優點,主要有三項:開源免費、架構簡單、模組化設計。

開源免費這個大家容易理解,就是不要錢,任何人都可以使用也不會被斷供卡脖子等。就不會發生華為海思這樣ARM不給最新的ARM架構授權的問題。模組化設計,則是指RISC-V的架構,可以將不同的部份以模組化的方式組在一起,不同場景的CPU,可以分開設計,比如低功耗的、高效能的等,非常靈活。

但是這些優點的背後,也是缺點。開源免費是優點,但同時也是缺點,所有廠商都可以使用還可以自行擴充套件指令集,那麽大家做出來的CPU,其實是不一樣的,會讓RISC-V芯片難以協同統一。

而架構簡單的背後,同樣是所有廠商,各搞各的,自己拓展自己的指令集,最後生態也不統一,很難有一個像wintel這樣的生態聯盟,把軟、硬體廠商都繫結在一起。

所以,RISC-V芯片開源、免費、簡單的結果就是過度分散,難以協同,這在一定程度上拖慢了RISC-V生態的完善,導致在軟體、工具鏈、人才和智慧財產權上還與主流架構存在差距。