不仅中国公司对RISC-V感兴趣,日本、印度、美国的半导体公司也在积极发展RISC-V产品,而且RISC-V芯片的性能越来越强大,同时支持它的系统及软件也会更丰富。苹果、华为、微软等世界级大厂都在探索RISC-V架构,都有不同程度在往RISC-V这个领域下注。

源于加州大学伯克利分校(UC-Berkeley)的RISC-V指令集架构天然拥有开放的基因。经过几十年来计算机发展过程中各指令集架构的经验与教训哺育,RISC-V指令集从设计理念上摒弃历史包袱,显示出了技术性能上极简、统一、模块化、可扩展的属性,具备了后发优势。

近日,提供RISC-V内核的SiFive公司高管Jack Kang日前表示,“最近几年,中国对RISC-V的兴趣越来越大,这刺激了该架构的普及,到2025年,将有超过600亿个 RISC-V 内核集成到物理IC中。” 由此可见,新兴的RISC-V作为第三大芯片架构正改变做全球芯片架构竞争格局。

为何RISC-V架构那么火?

目前比较主流的指令集有X86、ARM、MIPS和RISC-V。RISC-V和其他指令集相比,优势在哪里?为什么这么多厂商在RISC-V上投入研究?

第一个优势应该是后发优势。由于X86、ARM、MIPS架构诞生更早,很多问题当时根本没有发现,或者在那时不是问题,研究人员没有给予足够的重视。比如ARM架构最基础要求支持乘除法指令,即ARM架构的CPU就得会乘除法。但后来的实践证明了一个CPU可以不需要硬件支持乘除法,再不济软件也能实现。

因此,RISC-V指令集的基础指令集模块RV32I就没有支持乘除法,而是支持了一个简单的移位运算。这样的好处就是如果将CPU放在低性能的设备上使用时,RISC-V处理器的芯片面积和功耗可以更低。

再举个MIPS的例子,MIPS支持分支延迟槽。当时看来,延迟槽在低性能处理器上应用还可以,但是用在高性能处理器上就发现了问题。高性能处理器分支预测做得很好,指令预测得很准,完全不需要延迟槽,而且延迟槽对硬件设计是个负担。

而RISC-V架构因诞生较晚,一些“雷”都被踩过了,自然就不容易犯错了。

第二个优势是RISC-V没有历史包袱,没有利益熏心。比如X86完全就是为了适应时代发展和兼容之前软件而不断修改增加指令个数。从开始的80条指令一路增长到现在3000多条?为了兼容性,X86没有选择,过去的错误设计也都不得不传承下去。

ARM也是这种做法,唯一的区别就是ARM年轻,还没走到X86的地步。那为什么他们要这么做呢?商业原因是主要因素。而RISC-V呢?RISC-V基金会只会出于技术原因修改或增加指令,力求指令集的干练简洁,为计算机科学进步做出贡献。因为RISC-V主体是基金会,没有商业的羁绊。

第三个优势是RISC-V是模块化ISA。RISC-V有最基础的RV32I指令集,其他的例如RV32F、RV32M等扩展指令是可以选配的。兼容与否是看硬件和软件需要。这样的好处是,低性能处理器可以使用基础指令集以减少芯片面积,着重降低芯片功耗和成本。高性能处理器则可以全部兼容获得更强的性能。而软件经过不同的编译都能在RISC-V芯片上运行,兼容性得到了保证。

中国成RISC-V架构崛起的最大助力

据了解,RISC-V不属于任何公司,其本质上是一种开放标准,呈现形式是几本手册,无需企业授权,全世界谁都可以下载,根据手册开发自己的RISC-V处理器。

RISC-V国际公司的首席执行官Calista Redmond在嵌入式世界展览会上表示RISC-V架构芯片出货量已突破百亿,RISC-V始自2010年,此前ARM实现这一目标却花了18年,可以看出RISC-V已达到新阶段,对ARM形成巨大的威胁。

RISC-V是学术界和产业界合作的结晶,有望成为未来主流架构之一。而RISC-V得到大发展则是在中国芯片加入后,随着ARM逐渐垄断移动芯片市场,中国的知名院士倪光南认为ARM依然受到美国等的影响,因此呼吁中国芯片企业重视RISC-V这个新生的芯片架构。2018年倪光南院士等联合国内业界人士推动中国成立了RISC-V产业联盟。

2019年美国对华为的举措再为RISC-V架构添了一把火,中国芯片企业都担忧与ARM的合作可能面临的风险,从那时候起中国诸多芯片企业都加入了RISC-V阵营。

在如今地缘政治等因素的推动下,RISC-V可绕开西方技术垄断的钳制,对中国芯片产业也有了更加重大的意义。RISC-V火的背后,体现的是中国对CPU自主可控的期待。过去多年国产CPU发展不如人意的原因很多,没有做好生态就是一个主要因素,如今RISC-V开放了指令集标准,这使得中国有机会从头建立一个完整而干净的处理器新生态。

目前,不仅中国公司对RISC-V感兴趣,日本、印度、美国的半导体公司也在积极发展RISC-V产品,而且RISC-V芯片的性能越来越强大,同时支持它的系统及软件也会更丰富。苹果、华为、微软等世界级大厂都在探索RISC-V架构,都有不同程度在往RISC-V这个领域下注。

不过,RISC-V虽然有以上优点,但是RISC-V用在手机、电脑等设备的可能性不大,更多的可能是用在手表这类产品上。毕竟苹果ARM架构发展已经很成熟了,因为RISC-V这些优点而大改阵营的可能性不大。

本文内容参考快科技、TechSugar柏铭锐谈综合报道

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