《电子技术应用》

ARM or RISC-V 谁才是微小型嵌入式系统的最佳选择?

作者:王伟
2018/9/12 17:13:00

  ARM架构过去称作进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine),又称“高级RISC机器”,是一个32位精简指令集(RISC)处理器架构。RISC-V是一种新的开放且免费的指令集架构。二者架构都源自1980年代的精简指令集计算机RISC,正是这一架构,让曾任斯坦福大学校长的John L. Hennessy和曾任加州大学伯克利分校教授的David A. Patterson获得了2017年度图灵奖。

  ARM公司以早期RISC架构为基础,衍生出了ARM的芯片设计,并将这种设计授权给多家芯片厂商,现在几乎所有的智能手机,都离不开它。而RISC-V诞生于2010年,主要由美国加州大学伯克利分校的Krste Asanovic教授、Andrew Waterman和Yunsup Lee等人员开发。相对于大多数传统ISA封闭的生态以及高昂的授权费用而言,其最大特色就是开放和免费。

  RISC-V与ARM最大的不同就在于其推崇的大道至简的技术风格和彻底开放的模式。由于ARM是一种封闭的指令集架构,众多使用ARM架构的厂商,只能根据自身需求,调整产品频率和功耗,不得改变原有设计。经过几十年的发展,CPU架构变得极为复杂和冗繁,ARM架构文档长达数千页,指令数目复杂,版本众多,彼此之间既不兼容,也不支持模块化,并且存在着高昂的专利和架构授权问题。反观RISC-V,在设计之初,就定位为是一种完全开源的架构,规避了计算机体系几十年发展的弯路,架构文档只有二百多页,基本指令数目仅40多条,同时一套指令集支持所有架构,模块化使得用户可根据需求自由定制,配置不同的指令子集。

  开放而免费的RISC-V架构诞生,不仅对于高校与研究机构是个好消息;为前期资金缺乏的创业公司、成本极其敏感的产品、对现有软件生态依赖不大的领域,都提供了另外一种选择,使其可以根据实际应用对指令集进行扩展和裁剪,在不用花费高额授权费用的情况下针对具体情况实现处理器内核,因此得到了业界主要科技公司的拥戴,包括 Google、特斯拉、三星、高通等科技公司已加入 RISC-V 阵营,围绕着RISC-V的生态迅速成长。

  1.jpg

  RISC-V联盟部分成员

  与大多数指令集相比,RISC-V指令集可以自由地用于任何目的,允许任何人设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。虽然这不是第一个开源指令集,但它具有重要意义,因为其设计使其适用于现代计算设备(如仓库规模云计算机、高端移动电话和微小嵌入式系统)。设计者考虑到了这些用途中的性能与功率效率。该指令集还具有众多支持的软件,这解决了新指令集通常的弱点。RISC-V可以帮助客户以更低的成本更灵活自主的方式进行定制化芯片,所以也有越来越多的芯片甚至系统公司加入其中。众多的芯片公司已经开始使用或者计划使用RISC-V开发其自有的处理器用于其产品。

  2.jpg

  中天微发布中国自研CPU架构RISC-V处理器

  只有对手才真正了解对手,或许是RISC-V的成长速度让ARM感受到了威胁,2018年6月底,ARM建立了一个域名为 riscv-basics.com 的网站,里面的内容主题为“设计系统芯片之前需要考虑的五件事”,从成本、生态系统、碎片化风险、安全性和设计保证上对 RISC-V 进行攻击。

  3.jpg

  此举自然引起了 RISC-V 的强烈不满,7月9日 RISC-V 也建立一个域名为 arm-basics.com 的网站,并用“设计系统芯片之前需要考虑的六件事”为题(在 ARM 列出的五项上新增了社区支持),对 ARM 进行反击,并呼吁厂商采用真正自由的架构 RISC-V。一天之后,这场战争以riscv-basics.com 网站悄然下线落下帷幕。

  为什么ARM会做出此不合时宜的过激反应?可以说在全球领域,ARM无论在技术、生态以及产业上,都有着完整的体系。为什么会惧怕尚不成熟的在发展中的RISC-V? 或许RISC-V对ARM技术上的制衡仅仅是一个原因,RISC-V崛起的时间点也是一个因素。每一次应用场景的变迁,都会孕育新的技术平台的变革。当前,人工智能、物联网技术、车载电子系统等被称为是下一个万亿级的市场,不仅有着巨大的机会,其细分化、碎片化的特质要求更完善的服务、软件与硬件的结合要求多元化的整合。以物联网为例,前期的嵌入式系统的产业里,目前采用比较多的是ARM的处理器架构,数据显示在嵌入式领域有75%的系统设计是采用了ARM公司的微处理器架构。而RISC-V很大程度上改变了运算平台芯片的设计生态,因为它是免费开源的,而且可以灵活地进行修改并加入新的功能,所以RISC-V正在吸引越来越多的科技公司采用。根据IPnest的调研,ARM公司在2017年的IP授权收入下滑了6.8%,原因之一是因为RISC-V加入了竞争。

  RISC-V对ARM,杀势已成!


继续阅读>>