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RISC-V架构：让ARM感到紧张的是它的灵活性

PC时代成就了x86 ， 移动互联网时代ARM是绝对的主流 ， 即将到来的IoT时代 ， 哪种指令集架构会成功？不少人看好RISC-V 。随着RISC-V在全球范围内 ， 特别是在中国关注度的提升 ， ARM显然感受到了压力 ， 并公开质疑RISC-V面临的成本、生态系统、碎片化、安全性、设计保证方面的问题 。让ARM真正感受到压力的 ， 既不是开源也不是性能 ， 而是灵活性？RISC-V架构：让ARM感到紧张的是它的灵活性
RISC-V基金会成员RISC-V的中国热潮RISC-V是一个精简指令集架构（ISA） ， 源自加州大学伯克利分校2010年的一个新项目 ， 其架构简单、完全开源 ， 且可通过扩展指令做定制化 。 推出几年后受到了全球范围内巨头们的支持 ， 英伟达、西部数据、谷歌、高通、微软、华为、阿里巴巴等都加入了RISC-V基金会 。 并且 ， 在印度政府的大力资助下 ， RISC-V还成为了印度的国家指令集 。国内RISC-V指令集更是受到关注 ， 特别是去年的中兴事件引发了全民对中国芯的关注 。 “中国RISC-V产业联盟”和“中国开放指令生态系统(RISC-V)联盟”也在去年相继成立 ， 上海市经济信息委发布的《上海市经济信息化委关于开展2018年度第二批上海市软件和集成电路产业发展专项资金（集成电路和电子信息制造领域）项目申报工作的通知》中包含了基于RISC-V指令集架构的处理器芯片方向 ， 可以被视为国内首个支持RISC-V的相关政策 。除了联盟和政策 ， 国内的企业也在推动RISC-V的发展 ， 中天微去年9月发布了支持物联网安全的RISC-V处理器 ， 同月 ， 华米也发布了RISC-V开源指令集可穿戴处理器 。此时 ， 非营利性组织RISC-V基金会希望进一步加速RISC-V生态系统在中国的发展 ， 为此成立了中国顾问委员会 ， 并任命半导体资深人士方之熙博士担任主席 ， 带领委员会在中国推广RISC-V的应用 ， 对RISC-V基金会的教育与应用推广战略提供指导性意见 ， 同时作为RISC-V基金会和中国政府之间的桥梁 。RISC-V的热潮仍在持续 ， 2019年5月6日 ， RISC-V基金会开启了为期11天 ， 跨越5个城市的RISC-V中国路演 ， 在开幕站深圳 ， 阿里巴巴集团平头哥半导体、芯来科技、晶心科技、UltraSoC、GreenWaves、SiFive等国内外的公司分享了他们在RISC-V方面的最新进展以及对RISC-V发展的见解 。RISC-V能让中国芯能避开走不通的两条路方之熙在半导体领域有30余年的丰富经验 ， 拥有近40项全球专利 ， 曾任英特尔副总裁 ， 并担任了英特尔中国研究院第一任院长 。对于中国的RISC-V热潮 ， 方之熙接受专访时表示：“RISC-V在中国受关注有许多原因 ， 但最主要的原因还是中兴通讯事件之后 ， 从民众到产业界都意识到芯片是一个非常重要的产业 ， 中国必须有一套自主可控的芯片 。 ”“但有两条路被证明是走不通的 ， 一条就是关起门来自己做一套东西 ， 比较典型的就是龙芯 。 因为芯片还是一个商品 ， 性能再高 ， 没人用就无法体现出价值 ， 所以必须有相应的生态系统发挥价值 。 第二条路就是跟在别人后面 ， 国内有许多公司做x86、ARM、IBM Power的芯片 ， 在某些特殊领域 ， 用这些指令集架构确实可以做一些事情 ， 但是因为受到ISA所属公司知识产权（IP）的控制 ， 很难取得成功 。 ”方之熙进一步指出 。RISC-V这个全球开放的架构没有知识产权的限制 ， 对中国而言是一个很好的机会 。 方之熙表示 ，RISC-V既不是关起门来自己做 ， 也不是跟在别人后面 ， 提供了很好的机会 ， 希望中国能够抓出这个机会 ， 开发出自己的CPU或者MPU（微处理器） 。不过 ， 生态的建设对于一个指令集的成功至关重要 ， 因为在芯片行业里 ， 在构建生态系统时 ， 一开始就有软件支持架构 ， 之后的形态就很难改变 。 RISC-V生态的建设刚刚起步 ， 其中涉及到很多软件 ， 特别是系统软件 ， 但系统软件本身不赚钱 ， RISC-V又是开源 ， 因此美国RISC-V基金会董事会提了很多建议 ， 希望美国的大公司或政府能出资 。“系统软件很难由一家公司来做 ， 因为这是为所有的RISC-V公司服务 ， 目前美国方面还没有热烈的响应 。 我认为如果中国能有一些项目或者资金的投入 ， 对于增强中国在RISC-V领域的发言权 ， 以及研发中国的CPU ， 都是很好的机会 。 ”方之熙表示 。灵活性才是RISC-V最大的竞争力从构建中国自主可控的芯片的角度看 ， 开源开放的RISC-V确实是一个不错的选择 。 那么从技术角度看 ， RISC-V的竞争力是价格、性能还是功耗？方之熙认为是灵活性 。 RISC-V是免费开源的指令集 ， 包含基本指令集、可选择指令集、用户指令和特权指令 。 基本指令集是任何使用RISC-V的公司或个人都必须实现的 ， 操作系统和软件也建立在这个基本指令集上 。可选指令集让使用者可以选择支持或者不支持 ， 用户和特权指令集则可以根据应用场景需求增加 。RISC-V架构：让ARM感到紧张的是它的灵活性
RISC-V的优势可扩展指令集可能带来碎片化问题 ， 这也是ARM对RISC-V提出的质疑之一 。 对此 ， 方之熙表示：“开源的硬件和软件确实要关注碎片化的问题 ， 对于RISC-V ， 由于基本指令集是必须实现的 ， 系统软件也局限在基本指令集上 ， 因此通过必须实现的基本指令集和系统软件的方法避免碎片化 。 ”他进一步表示 ， 正是因为RISC-V提供了可拓展指令集 ， 也让RISC-V具备了灵活性 ， 这一点非常重要 。x86和ARM的处理器都很好 ， 但是某一家公司希望英特尔为x86处理器增加某些特性的时候 ， 英特尔几乎不可能这样做 ， 即便增加了特定的功能 ， 价格也将随之上涨 。ARM作为通用的设计非常好 ， 但许多MCU的公司都用相同的内核 ， 差距更多的是在I/O上 ， 同质化很严重 ， 最终就成了价格的比拼 。还有不少人可能期待RISC-V的免授权费带来的价格优势 ， 方之熙认为这并不会成为RISC-V最大的优势 ， RISC-V会将低端的设计完全开源免费 ， ARM也能够把简单的设计开源免费供大家使用 ， 想要使用RISC-V的公司还是应该关注RISC-V可以根据应用场景实现的差异化 。性能和功耗方面 ， 由于没有x86或ARM指令集背负的兼容性的包袱 ， 从这个角度看RISC-V指令集对提升功耗和性能有很大的好处 。但方之熙强调：“指令集与性能和功耗的关系不是太大 ， 最主要的还是设计功力 ， 一个团队如果设计过几个芯片后就会有比较强的功力 ， 同样的指令集架构他们就能设计出功耗和性能更好的处理器 。 ”RISC-V的灵活性在AI中同样可以发挥作用 。 方之熙表示 ， AI中的信息安全更加重要 ， RISC-V的方案比较灵活 ， 更容易实现安全的性能 。RISC-V的灵活性将在四大领域展现优势既然灵活性是RISC-V最重要的特性 ， 那这种灵活性在哪些领域能体现出来？方之熙认为 ， 第一个领域是IoT ， 这个市场本身也面临碎片化的问题 ， 开发者可以开发RISC-V的用户指令集 ， 满足从低功耗的可穿戴设备到普通家电再到工控市场等的芯片 。第二个市场是专用芯片 ， 比如西部数据以及Nvidia开发专用的RISC-V控制器 ， 他们可以加入新的指令 ， 不仅能降低功耗和提高性能 ， 还能够设计不同的安全机制和安全算法 。 在国内 ， 高铁、电网等细分市场对专用芯片也有很强的需求 ， 还能够满足自主可控的要求 。第三个市场是数据中心市场 ， 亚马逊、谷歌、Facebook都有自己的数据中心 ， 但现在的数据中心处理器的功耗是非常大的问题 ， 由于这些公司在软件上不依赖于其他公司 ， 因此他们可以根据自己的需求以及商业模式设计适合自己的RISC-V处理器 。 特别是在AI时代 ， 不同的深度学习算法对于硬件架构的要求差距很大 ， 这时候灵活的RISC-V处理器能够更好地满足要求 。第四个市场是边缘计算市场 ， 这个市场目前正在快速发展 ， 但被业界广泛地看好 。 在边缘计算市场 ， 同样有非常多的应用场景 ， 比如智能家庭、智能交通、智能楼宇、智能工业 ， 这些应用对芯片的性能、功耗、安全性都有不同的要求 ， RISC-V的灵活性可以很好的发挥作用 。值得注意的是 ， 目前RISC-V的标准指令集里还没有安全指令 ， 但可以用国际通用的方法比如TrustZone去实现安全机制 。 但ARM的经验告诉我们 ， 这样统一的方法很容易被黑客发现问题或者攻击 。因此RISC-V基金会进行了许多讨论 ， 发现信息安全在不同的领域和不同的国家很难有统一的方法 ， 因此信息安全委员会目前更倾向于不在RISC-V中加入统一的安全指令 ， 而是让不同的领域和地区自己确定安全指令 。 当然 ， 这些安全指令相互不重叠 。方之熙表示：“真正理解RISC-V的优点 ， 利用好RISC-V的灵活性优势 ， 能够根据应用的需求设计出差异化且合适的RISC-V芯片满足市场需求 ， 它一定比ARM好 ， 将来会成为这个领域的第一名 。 ”使用RISC-V需要抛弃短平快的想法据雷锋网了解 ， 今年1月份国内大概有60多家公司想使用RISC-V ， 但其中想设计RISC-V CPU的公司不到三分之一 。因此 ， 方之熙也特别指出 ， RISC-V虽然是开源的 ， 但不是像Linux和Android一样拿来就可以用 ， RISC-V是一个指令集架构 ， 想要使用它还要做很多设计工作 ， 这些工作不仅必要而且辛苦 ， 甚至比ARM的设计还要难一些 。“想要做RISC-V的公司一定要抛弃短平快的想法 ， 因为芯片和互联网不一样 ， 不是更早把芯片推向市场就能占有市场 。 性能、可靠性、安全性更强 ， 但推出时间晚一些同样能占领市场 ， 关键还是要沉下心认真研究应用的需求 ， 让RISC-V芯片适应这个市场 ， 让客户愿意用 。 ”方之熙进一步表示 。


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