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RISC

2023-12-01数码

在谈论RISC-V之前,先看一下芯片架构是什么东西?

芯片架构(Chip architecture)是指芯片设计中的整体结构和组织方式。 它是对芯片的功能、性能、功耗、布局以及连接等方面进行有效组织和规划的过程。

芯片的架构不必要定义芯一些属性和附加的属性。芯片的架构并非一个特指词,在SOC的芯片架构里,是指嵌入式的类型,在x86和最常使用的ARM架构,则是指令集。芯片的架构设计需要考虑多方面的因素,包括功能性、可靠性、可扩展性和可制造性等。

目前主流的芯片架构有X86,ARM和 RISC-V。

1、X86架构

X86架构 (The X86 architecture)是微处理器执行的计算机语言指令集,指一个intel通用计算机系列的标准编号缩写,也标识一套通用的计算机指令集合。

X86指令集是美国Intel公司为其第一块16位CPU(i8086)专门开发的,美国IBM公司1981年推出的世界第一台PC机中的CPU–i8088(i8086简化版)使用的也是X86指令。Intel后续在X86功能上不断研发和完善,一直沿用至今。X86主要占据PC和服务器市场。

使用和更新X86架构的公司有 英特尔 , AMD 、威盛 三家公司。其中x86架构中英特尔和AMD是霸主地位。国内做的比较好的企业 兆芯 ,早期,购买了大量原属于VIA的中央处理器等,花费了大量的知识费用,并获得了X86指令集授权,可以生产X86芯片。

2、ARM架构

ARM架构 ,曾称进阶精简指令集机器(AdvancedRISCMachine)。是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构。

X86架构是属于三家公司所家,同时自家生产X86架构的处理器。而发布ARM架构的ARM 公司本身并不靠自有的设计来制造或出售CPU ,而是将处理器架构 授权给有兴趣的厂家。ARM 提供了多样的授权条款 ,包括售价与散播性等项目。对于授权方来说,ARM 提供了 ARM 内核的整合硬件叙述,包含完整的软件开发工具 (编译器 、debugger、SDK),以及针对内含 ARM CPU 硅芯片的销售权。

ARM架构,自ARM7/9/11改成Cortex-A、M、R三线,Cortex-A走向CPU;Cortex-M走向MCU领域;而Cortex-R是运算功能的MCU,一般使用在车用、工控处理器。虽然X86架构主要用个人PC和服务器市场。而ARM架构主要用移动设备。但也不是一尘不变的。现在也用ARM架构的处理器用于个人PC和服务器市场。像比较有名的苹果公司就用ARM架构生产的M系列芯片用在PC上。

3、RISC-V架构

RISC-V 是一种指令集,一般被念做:risk five。V,即罗马数字5。该指令集是RISC系列指令集的第五代产品。也泛指RISC-V指令集及其衍生出来的一系列生态。而RISC-V指令集,类似于INTEL的X86 ,ARM指令集,是一个被CPU读取到内存后,指导计算机运行的指令集合。

CPU指令集有两种架构:CISC与RISC,目前大部分公司还是很认可RISC-V架构,特别是中国,大力支持。

RISC-V诞生于2007年,创始人SiFive。到目前为主积累了较多厂商,包含高通和SK海力士、NXP、阿里巴巴和华为等多个 半导体 公司,其中高通也参与了RISC-V架构的投资,这也意味着未来的高通不完全依赖于ARM架构。

RISC-V发展迅速,应用领域不断扩大。

中国市场应用广泛的是穿戴设备类,还有一些应用在内核和芯片上,如CPU IP核,SoC芯片的应用,西部数据设计的SSD和HDD 控制器 ,内核是SweRV Core,中科蓝芯开发的蓝牙耳机芯片,南京沁恒电子的蓝牙MCU、32位通用MCU和高速接口的MCU,它们的内核都是RISC-V。

目前,在MCU领域RISC-V对ARM替代已经没有问题,正在逐渐地往新的市场延伸,现在已经有了RISC-V笔记本电脑、RISC-V服务器、RISC-V万兆交换机等。虽然这些领域的RISC-V生态有待逐渐完善,但它肯定会越来越往高端发展,尤其当处理器能力越来越强,软件生态越来越丰富以后,向新的更高性能领域拓展的趋势将会更加势不可挡。目前阶段RISC-V和X86、ARM在生态上相比还有一些劣势。

RISC-V的优点,主要有三项:开源免费、架构简单、模块化设计。

开源免费这个大家容易理解,就是不要钱,任何人都可以使用也不会被断供卡脖子等。就不会发生华为海思这样ARM不给最新的ARM架构授权的问题。模块化设计,则是指RISC-V的架构,可以将不同的部分以模块化的方式组在一起,不同场景的CPU,可以分开设计,比如低功耗的、高性能的等,非常灵活。

但是这些优点的背后,也是缺点。开源免费是优点,但同时也是缺点,所有厂商都可以使用还可以自行扩展指令集,那么大家做出来的CPU,其实是不一样的,会让RISC-V芯片难以协同统一。

而架构简单的背后,同样是所有厂商,各搞各的,自己拓展自己的指令集,最后生态也不统一,很难有一个像wintel这样的生态联盟,把软、硬件厂商都绑定在一起。

所以,RISC-V芯片开源、免费、简单的结果就是过度分散,难以协同,这在一定程度上拖慢了RISC-V生态的完善,导致在软件、工具链、人才和知识产权上还与主流架构存在差距。