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处理器结构之争,“小鲜肉”RISC-V胜算几何?

最新更新时间:2019-11-21
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前不久,在乌镇举办的第六届互联网大会上,5G和AI当仁不让地继续扮演着主角,不过除此之外,还有一个“角色”也引起了人们的关注,这就是新一代微处理器精简指令集架构RISC-V。


互联网大会上,阿里巴巴旗下的平头哥半导体宣布将开源RISC-V内核MCU芯片设计平台,为开发者提供基于RISC-V指令集的玄铁902处理器、基础接口IP、操作系统、软件驱动、开发工具等全套设计资源。

与此同时,中科院倪光南院士也在主题发言中呼吁中国要“培养基于RISC-V的新型开放生态”,抓住计算架构变革的新机遇。倪院士在这个国家级活动上的发声,从某种意义上也代表了学界乃至政府行业主管部门对RISC-V的兴趣和思考。

世界的变化就是这么快,当很多人还站在Arm结构处理器面前希望得门而入时,RISC-V又成了大家一个不可不知的“知识点”。



后生可畏


熟悉微处理器发展史的人都知道,这个领域曾经也是“诸侯”遍地的世界,不过几经厮杀,目前盘踞在市场上的仅剩下两大处理器架构:主导PC和服务器领域的x86架构,和统御移动计算和嵌入式应用的Arm架构。


但是市场竞争的胜利者并不代表着“完美”。由于历史“悠久”,这两种架构的有些技术根基从现在的技术视角看已经并不那么先进了,而且由于是商业产品,它们不可避免地会背上“向后兼容”的包袱,这也决定了其迈出的步子有时候不能太大。是否能够甩开这些包袱,以最新的技术理念为起点,打造一个全新的微处理器架构适应未来的需求,就成了所有技术理想主义者的追求。


也正是基于这样的“初心”,2010年加州大学伯克利分校的一个研究团队开始设计一套全新的精简指令集(RISC),用于构架新的微处理器系统,并将这个新指令集命名为“RISC-V”,即“第五代RISC”。


如果我们将RISC-V视为与x86、Arm这些处理器架构“老戏骨”同台飙戏的“小鲜肉”,那么事实证明它并非只是空有流量的噱头明星,其真正的实力确实不俗。


可以说,作为一个微处理器圈儿的“新人”,RISC-V算是将后发优势发挥到了极致。有网友总结出了RISC-V与x86、Arm相比的三大技术优势:

  • 架构“轻”:由于没有“向后兼容”的历史包袱, RISC-V的架构非常“小巧”,技术文档短小精悍,易于掌握。



  • 模块化:RISC-V采用了独特的模块化的架构,用户能够灵活地对不同模块进行组合,以满足不同的应用场景,而反观那些“老”架构,在通用性和灵活性上就乏善可陈了。
  • 指令简洁:“轻”架构和模块化,让RISC-V架构非常简洁:基本的RISC-V指令数目仅有40多条,模块化扩展指令总共也只有几十条。


而从运作模式上看,由一个开放、非盈利的RISC-V基金会运作的RISC-V指令集,是完全开源共享的,任何商业公司、学术研究机构,乃至个人都可以自由免费使用。而且RISC-V基金会允许用户在RISC-V架构上进行非标准的指令扩展,且不需要对外公开,这对于那些希望借助RISC-V形成自身封闭、完善、差异化的指令结构体系的商业公司来讲,就十分有价值了。



正是由于这种技术上的创新性和运作模式上开放性,让那些不满于处理器架构垄断,或是自身有实力和想法,想利用新技术打造技术壁垒的公司,从RISC-V身上看到了希望。

风头正劲

也正因为此,近年来业界对RISC-V投入了极大的热情,RISC-V基金会成立运作仅四年,已拥有了300+家成员,很多重量级的商业巨擘都参与其中。


而且除了商业方面的考量,当下国际贸易环境的变化,也让很多公司在规划技术路径时,会避免“将鸡蛋放在一个篮子”里,会认真地考虑如何将新技术作为一个突破口,减少对单一技术的过度依赖,绕开知识产权和贸易等壁垒,为自己多准备几个“备胎”。


由此也不难理解,RISC-V这种具有“弯道超车”潜质的技术,在新兴市场中更容易引起共鸣。比如在中国,各个公司和机构除了积极参与RISC-V国际组织的活动外,在2018年先后成立了两个自己的行业组织:中国RISC-V产业联盟和中国开放指令生态联盟。仔细观察两个组织的成员会发现,前者大多以传统半导体圈子的公司为主,而后者中则不乏互联网、OEM等产业链下游业者的身影,这充分说明全产业链已经闻RISC-V而动了。这次平头哥半导体宣布开源RISC-V内核MCU芯片设计平台,也算是中国RISC-V界短期内的一份答卷吧。


后势可期

可以说,RISC-V作为一枚“小鲜肉”,在起步阶段走出了一个“高开”的行情,但是后面是否能够“高走”,最终胜出,还有很多影响因素。


首先,对最终用户来说技术替代门槛是现实存在的。开发一个芯片产品容易,但要说服客户从一个成熟处理器架构转向新架构,则是一个漫长而艰苦的过程。毕竟客户是现实的,是否值得去尝鲜或者何时去尝鲜,需要反复权衡。



其次,生态系统将成为成败的关键。我们复盘Arm的成功时会发现,它的成功的要素除了创新的技术、商业模式和市场机遇,很重要的一点就是与之配套的生态系统,完善的开发生态让用户上手快、门槛低、支持易。这也是众多芯片公司放弃自有处理器架构,而投身Arm阵营的根本原因。RISC-V玩家在未来是否有足够的智慧和实力,营造一个可以与x86、Arm比肩的生态系统,还需要观察。

再有,就是来自竞争对手的阻击。前不久,Arm宣布在Armv8-M架构新增Arm Custom Instructions(定制化指令)功能,以帮助设计人员更容易地增加定制化数据路径扩展,这对于以往只开放IP授权而对指令集架构看得很紧的Arm来说,是一个很明显的“变化”。有人将Arm此举解读为“为应对RISC-V的竞争压力所采取的行动”。随着RISC-V的成长,这样新旧势力间的“碰撞”也会越来越直接和强烈,RISC-V是否能扛得住而最终从对手的阻击中突围,其中也会有很多变数。



不过,半导体行业永远是一个“喜新厌旧”的行业,在微处理器架构领域,即使不是RICS-V,迟早也会有别的挑战者出现。今天虽然我们对RICS-V胜算几何还无法下定论,但在这个圈子里厮杀,勤思考和快行动,保持一定的焦虑感总是必要的。

 
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