年,加州大学伯克利分校的研究团队开始了一项新的探索项目:希望创建一个全新的开源指令集架构,这个架构具有易于理解的简洁指令集,并且能够满足高性能和低功耗的需求。这个项目就是RISC-V。
经过十余年的发展,如今RISC-V已经成为和x86、ARM并列的三大主流芯片架构,并被广泛应用于物联网、智能家居、AI、高性能计算等多个领域。RISC-V为何能在一众指令集架构中脱颖而出,并且全球落地开花的呢?
RISC-V架构的优势
首先,先了解一下什么是RISC-V。RISC-V,中文名称是第五代精简指令集(ReducedInstructionSetComputing),是一种基于精简指令集原则的开源指令集架构。
所谓指令,顾名思义,就是给芯片下任务。处理器是一块芯片,而芯片并不会自己工作,需要有人告诉它该做什么操作。例如“告诉芯片下个操作做乘法”,即一条指令,而一个芯片指令的合集就叫指令集。
通常,指令集可分为两类:以x86为代表的复杂指令集,通过单条指令完成复杂操作;以ARM、RISC-V为代表的精简指令集,通过多条简单指令的配合完成复杂任务。
PC时代,x86架构凭借先发优势垄断市场;移动互联网时代,精简指令集逐步展现其优势,形成了ARM与x86平分天下的格局;万物互联时代,RISC-V已成为成长最快、最有可能威胁x86和ARM架构的开源指令集。
综合来看,RISC-V特点和优势包括:
第一,完全开源。RISC-V是开源指令集架构(ISA),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。显然,这让RISC-V的使用并不会受到单一公司的绑定,也一度被认为是我国实现芯片自主的希望。
第二,结构精简高效。RISC-V吸取了过去处理器发展的精华,抛弃了各种补丁沉重的包袱,在设计上十分精简高效。其基础指令不到50条,大大降低了开发者的入门门槛。
第三,模块化设计。RISC-V采用模块化设计将其不同部分组织在一起,从而使得通过统一架构满足各种不同的应用成为可能。但ARM却难以做到模块化兼容,其架构中应用操作系统、实时和嵌入式三个领域,彼此之间并不兼容。
第四,易于移植。RISC-V提供了特权指令和用户指令,可以很方便地将Linux和Unix移植到RISC-V平台。
第五,具有完整的工具链。RISC-V社区提供了完整的工具链,并且RISC-V基金会会持续维护,避免工具链开发的繁重工作。
“与专利壁垒森严的x86架构、ARM架构相比,RISC-V采用开源、免费的商业模式,大大降低了芯片开发的门槛,打破了长期以来芯片产业被垄断的格局。”中科育成投资董事长、总经理陈静鹤表示。
RISC-V杀出重围
RISC-V架构主要发明人之一、SiFive联合创始人兼首席架构师KrsteAsanovic在公开演讲中指出:“RISC-V没有性能天花板和应用限制,将拥有更好的处理器和生态系统,未来两到三年有望超越传统架构。”
KrsteAsanovic的言论看起来虽然很大胆,但从RISC-V过往的发展速度来看,KrsteAsanovic的言论还是有很大实现的可能。
根据RISC-V基金会的数据,年采用RISC-V芯片架构的处理器核已出货亿颗。相比之下,ARM架构是经过了17年反复更迭,到年才走到这个里程碑,RISC-V仅用了12年就实现了。从这个角度来看,RISC-V的发展速度大概是ARM架构的1.5倍左右。
分析机构SemicoResearch预测认为,这期间RISC-V内核出货量的年复合增长率可能将达到.9%。在年,RISC-V一年的内核出货量可能高达亿颗。届时,RISC-V在各个主要市场的市占率将会有一个显著的提升。比如在物联网市场,市占率将达到28%,在工业市场的市占率将达12%,在汽车市场的市占率将达10%。
与此同时,RISC-V生态不断壮大。系统方面,年安卓官方宣布把RISC-V架构升级为一级平台加以支持(和ARM同等级),同时,RISC-V已实现了对LiteOS、FreeRTOS、Linux、安卓AOSP等众多操作系统的兼容,打通了通过云、桌面、终端等承接各类应用的能力;软件方面,Synopsys、Cadence、西门子等EDA企业,IARSystems、SEGGER等工具链企业也纷纷加入RISC-V生态系统,全方位支持RISC-V芯片落地。
今年6月,由谷歌、英特尔、英伟达、高通等13家企业发起的全球RISC-V软件生态计划“RISE”,其主要目的是加速RISC-V的软件生态建设及应用商业化进程,将进一步加速RISC-V在移动通信、数据中心、边缘计算及自动驾驶等领域的技术和商业化进程。
除了生态壮大,RISC-V参与企业也呈现指数级增长,据RISC-V国际基金会数据,截至年6月底,有超过70个国家或地区的家单位和个人成为RISC-V基金会会员,过去几年的会员增长率均超过%,包括高通、英特尔、谷歌等众多头部企业。
RISC-V全球“开花”
RISC-V能够发展如此迅猛,和各国的重视是密不可分的。
中国:占据全球市场的半壁江山。
目前,中国已经是全球RISC-V产业最繁荣的区域以及最大市场。数据显示,在截至年底,RISC-V架构的处理器的亿颗的累计出货量当中,有一半是来自中国市场。中国工程院院士、中国科学院计算技术研究所研究员倪光南曾表示,“今天,RISC-V是中国CPU领域最受欢迎的架构。中国芯片产业和整个芯片生态将会越来越多地聚焦于RISC-V架构,中国的巨大市场将成为支撑RISC-V的重要基地。”
在目前RISC-V基金会的多家会员单位当中,中国企业/机构占据了半壁江山。此外,在技术贡献、产品研发及生态开拓方面,中国厂商也是持续位居全球RISC-V阵营的前列。
RISC-V基金会成员;图片来源:Semiwiki比如,年11月,平头哥半导体发布全新的RISC-V芯片处理器——玄铁C。数据显示,玄铁C的主频性能最高达2.0GHz,计算能效较业界同性能处理器提升超20%,更能满足低碳时代的算力需求,可用于智能交互、多媒体终端、AR/VR、无线通讯等场景。
年,赛昉科技向业界推出了全球首款量产的高性能RISC-VSoC——昉·惊鸿-(JH-),JH-集成高性能四核RISC-VCPU和3DGPU,工作频率最高可达1.5GHz,拥有丰富的外围接口,满足严格的工规和商规测试,可被广泛应用于工业控制、边缘计算、消费电子、开源硬件等领域。
目前,基于JH-,赛昉科技联合客户推出了多款全球首创的产品:全球首批交付的RISC-V笔记本电脑ROMA,全球首款RISC-V平板电脑,全球首款RISC-V工业防火墙等。
今年8月17日,赛昉科技又发布两款自主研发的高性能RISC-V处理器内核新产品:昉·天枢-90(Dubhe-90)与昉·天枢-80(Dubhe-80)。其中,Dubhe-90主打极致性能,是DubheMaxPerformance系列旗舰产品,性能比肩ARMCortex-A76,达到了SPECint.4/GHz。
图片来自于赛昉科技