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芯片架构RISC-V崛起 生态建设尚在初期

2020年8月14日 07:51  21世纪经济报道  作 者:倪雨晴

RISC-V作为新兴架构,以其精简的体量,或许在未来的IoT领域中能取得绝对优势。

近期ARM的争斗、收购事件持续在业界引发热议,芯片设计领域的企业再次进入到公众视野。而与此同时,发展迅猛的ARM还面临着新晋者RISC-V架构的挑战。

或者说,芯片设计、芯片架构的高壁垒行业中,RISC-V这股新势力正在快速崛起。尤其是近年来面对着异构计算的趋势,甚至有业内专家预测,未来X86、ARM、RISC-V有机会三分天下。

此处所说的芯片架构便是指令集架构,处理器能识别的指令的集合就叫做指令集(ISA,Instruction Set Architecture)。通俗一点说,指令集就像是一整套语言系统,CPU能够读懂并按照要求运行程序、硬件。而这套高效的语言规范,需要在设计CPU的时候都制定好。

发展至今,CPU主要有两大指令集,复杂指令集(CISC)架构x86,精简指令集(RISC)架构阵营有ARM、MIPS和RISC-V。而RISC-V正是基于“精简指令集”原则的第五代指令集架构,并且对外开源,由于开源、中立、精简的属性,且不太受美国政策的影响,因此被不少国家视为弯道超车的机会。

睿思芯科副总裁王卫告诉21世纪经济报道记者,David Patterson教授(他提出了精简指令集)的目标是把RISC-V做成硬件行业中的Linux,“现在大家接受程度也越来越高,但是一个RISC-V 逐渐发展的过程。今年在舆论的发声上非常热闹,也是和地缘政治有关系,但从技术本身发展过程来讲,还是需要时间积累。”

新生力量

当年的英特尔坚持研发复杂指令集,赢得了胜利,现在也依然强大。但是不得不面对的现实是,精简指令集拿下了移动端市场,几乎90%以上的移动处理器使用ARM架构,并且精简指令集在物联网领域大有风生水起之势,包括后起之秀RISC-V。

根据公开资料显示,1979 年加州大学伯克利分校David Patterson 教授提出的精简指令集,其本质是主张硬件专注于加速常用的程序指令,优点是架构设计简单,且功耗面积低,非常适合手机和平板电脑等终端,但是一直无法和x86或者ARM进行抗衡。

直到2010 年,加州大学伯克利分校的一个研究团队想要为新项目选择一个指令集,发现x86架构非常封闭,而ARM指令集授权费又十分昂贵,于是转向RISC-IV,并和Patterson 教授一起改良,推出RISC-V,走完全开源的模式。

TrendForce集邦咨询分析师姚嘉洋告诉21世纪经济报道记者:“RISC-V的优势在于在指令集发展上以开源方式为主,在RISC-V基本的指令集不变的情况下,任何人(或厂商)皆可以在基本的指令集上,进一步建构属于符合市场所需的指令集。由于开源的关系,社群彼此之间可以交流互通有无,对于RISC-V社群形成更多贡献,进而有助于技术上的长足发展。”

西南证券的研究报告指出,RISC-V虽然与ARM同属于精简指令集架构,但因RISC-V是近年来才推出,没有背负向后兼容的历史包袱,架构短小精悍。相比于X86和ARM动辄几百数千页,RISC-V的规范文档仅有145页,且“特权架构文档”的篇幅也仅为91页。

此外,RISC-V的中立性质,也为其获得更多拥护者。2015年,RISC-V基金会成立,目前基金会成员包括高通、英伟达、三星和谷歌、阿里、华为、华米等300多家全球企业。今年,由于对潜在贸易限制的担忧,总部位于美国的RISC-V基金会正式迁移至瑞士。王卫表示:“RISC-V基金会的成立,使其不会受制于某一两家公司,是一个相对中立的平台,包括基金会成员、物理位置都是在一个相对中立的环境下。”

生态初期

因此,国内外都有不少企业投入到RISC-V的生态当中。

国内来看,阿里巴巴旗下的中天微已经推出支持 RISC-V第三代指令系统架构处理器 CK902,平头哥推出了运用12纳米工艺,搭载16个核心的RISC-V处理器玄铁910;华米科技2017年启动RISC-V芯片研发计划,2018年发布了基于RISC-V开源指令集打造的可穿戴处理器黄山1号;睿思芯科的Pygmy是面向AIOT的RISC-V多核异构AI SOC,可应用于智能语音、智能玩具、机器人、工业视觉、可穿戴等应用场景。

王卫向记者表示,睿思芯科的芯片将在今年年底量产,“在我们的做法中,当需要AI加速的时候,有专门的做矩阵运算的CPU扩展指令集,直接就可以加速并行运算。这和外挂ASIC芯片的区别在于可编程性,作为CPU的一条命令,可以直接通过编译器,不需要了解硬件结构。当然,特定场景下结合特定算法,会有最优解,我们的产品面向终端、边缘。”

但是目前RISC-V还在发展初期,这股新兴力量的商业化仍在探索阶段,在王卫看来:“主要的挑战在于,CPU领域不是靠自己单打独斗,还需要更多生态环境的配合,包括编译器、工具链等,需要更多的伙伴参与生态的建设,RISC-V早期产生和发展都是在国外,发展节奏里,国际协作是非常关键的。作为新的指令集,RISC-V现在在早期阶段,生态环境不够完整。在发展初期,主要是一些软件生态环境的成熟性和丰富性,需要一定时间发展,但是在特定的边缘应用领域对这个依赖度没有那么高,发展的会更好一些。”

西南证券报告指出, 在半导体的历史上,X86、ARM作为主流架构一直都占有着很大的市场。随着物联网时代的来临,而RISC-V作为新兴架构,以其精简的体量,或许在未来的IoT领域中能取得绝对的优势,其他的应用场景还包括手机、服务器、存储等市场。

姚嘉洋向记者分析道:“商业化发展最为重要的关键,还是终端应用是否有意愿大量使用RISC-V架构的主流产品,例如智慧电表、智慧穿戴或是智能马达控制。广泛地讲,这些产品都可被归类在互联网(IoT)领域中,由于这个领域应用范围极为多元,拥有相对较高客制化的需求,其实是RISC-V可以发挥其特色的舞台。

另一方面,如EDA与晶圆代工业者,大多都与ARM阵营有较为深厚的合作关系。若能取得EDA与晶圆代工业者的合作,在28与22nm制程方面能有突破性的进展,以取得效能与成本上的优势,这将有机会取得一些芯片与OEM业者的青睐。”

编 辑:章芳
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