RISC-V与ARM架构相比有何优势和劣势?

RISC-V与ARM架构相比有何优势和劣势?,第1张

EDN电子技术设计:请用您自己的话为读者大致介绍一下RISC-V。

胡振波:

RISC-V是一种简单、开放、免费的全新指令集架构。RISC-V最大的特点是“开放”,它的开放性允许它可以自由地被用于任何目的、允许任何人设计、制造和销售基于RISC-V的芯片或软件,这种开放性,在处理器领域是彻底的第一次。

RISC-V这种开放架构的诞生可以说是时代发展的必然。RISC-V生态体系正在全球范围内快速崛起,成为半导体产业及物联网、边缘计算等新兴应用领域的重要创新焦点。

RISC-V基金会于2015年由硅谷相关公司发起并成立,至今已有150多个企业或单位加入,包括谷歌、华为、英伟达、高通、麻省理工学院、普林顿大学、印度理工大学、中科院计算所等。目前RISC-V由基金会统一维护。

美国国防高级研究计划局(DAPRA)已连续多年通过专项方式支持RISC-V指令集的研究和实用化。2017年,印度政府大力资助基于RISC-V的处理器项目,RISC-V成为印度的事实国家指令集。我国RISC-V虽然处于起步阶段,但是发展非常迅速。今年7月,上海市政府率先发布了中国大陆首个支持RISC-V的政策,这对于RISC-V指令集在中国的发展起到了重要的推动作用。10月17日,中国RISC-V产业联盟成立,标志着我国在RISC-V生态系统建设上正式迈出了坚实的一步。

EDN电子技术设计:请分别从技术和商业的角度,分析RISC-V相对于ARM架构的优势和劣势。

胡振波:

优势非常明显,RISC-V是一种开放的架构,从 历史 的经验来看,开放的生态一定会比封闭的好。RISC-V技术是后发技术,所以能够总结前人的经验教训,做到相对简洁和干净。

但是,劣势也很明显,由于RISC-V诞生时间太短,相关的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE)以及其它生态要素还在发展。目前RISC-V具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境,这是RISC-V的巨大优势,但是开源版本相比ARM的商用编译器和IDE而言,还颇有差距。

RISC-V必须依靠强有力的商业玩家来长期支持和推进,方能得到持续发展。目前从全世界范围来看,在RISC-V技术阵营中,台湾的Andes公司(晶心 科技 )开发的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE)是最为完善和先进的,几乎可以和ARM的工具相媲美。另外,还有很多RISC-V的新创公司(譬如芯来 科技 ),也会 探索 新的商业模式。

EDN电子技术设计:哪些市场应用和产品将会成为RISC-V架构快速发展的驱动力?

胡振波:

从技术的角度来讲,RISC-V架构理论上是能够实现从低功耗处理器内核到支持Linux *** 作系统的高性能处理器内核的全方位产品。譬如,目前美国的SiFive公司以及台湾地区专业处理器IP公司Andes(晶心 科技 )都推出了有竞争力的、支持Linux的RISC-V处理器内核。芯来 科技 目前提供面向低功耗领域的RISC-V处理器内核。

处理器领域的生态建设需要一定的时间,短期内比较容易落地的是物联网和边缘计算领域:

• 由于RISC-V拥有精简、低功耗、模块化、可扩展等技术优势,因此尤其适合对生态依赖比较小的封闭或半封闭产品、深嵌入式或新兴的物联网、包含嵌入式人工智能等应用的边缘计算领域及需要定制化的场景。

• RISC-V能够为物联网行业带来显著的灵活性和成本优势,在未来的20年,物联网和边缘计算领域的处理器内核年出货量预计会达到万亿颗的规模。中国大陆由于拥有几乎全球最大的市场空间,理论上RISC-V会大有可为。

EDN电子技术设计:RISC-V对中国半导体产业的发展会带来哪些影响?

胡振波:

从长远来看,RISC-V对中国半导体产业会产生划时代的意义,主要体现在以下5个方面:

• 通过RISC-V架构摆脱国外的垄断,实现处理器内核的国产自主。这种处理器内核不是闭门造车做出来的,而是拥有全世界认可的主流架构和主流生态。

• 通过RISC-V可以极大地加强我国处理器IP话语权。IP产业处于行业最上游,远离其它产业,并没有得到产业和国家的重视。RISC-V给了中国IP产业机会,虽然目前我国在RISC-V上仍然落后,但相对于其它IP技术,落后并不太远。

• RISC-V可以推动创新和差异化。由于RISC-V的开放、简洁、可扩展以及低成本,可以给终端应用市场带来巨大创新。

• RISC-V可以明显降低芯片研发成本。RISC-V的产业链日趋完善,从处理器内核到硬件设计、 *** 作系统、开发工具、基准测试以及解决方案,全产业链具备完整性,使得行业可以均摊一切成本。

RISC-V的逐渐普及在一定程度上促进了行业本土化的发展,创造了更多行业机会,为产业界和学术界积累大量CPU人才。

EDN电子技术设计:您认为哪些因素会妨碍中国IC设计公司采用RISC-V架构?

胡振波:

以下三个主要因素会起到妨碍作用:

首先,ARM在中国影响力巨大。在芯片处理器内核方面,由于中国长期缺乏自主的通用处理器内核,几乎都是购买国外的ARM处理器内核,形成了习惯。对于RISC-V这样一种新架构的出现,很长一段时间内人们持怀疑态度。ARM在中国还成立了合资公司(全球唯一的国家),所以ARM在中国市场尤其显得强势,这使RISC-V在中国的传播相比别的国家显得非常缓慢。

其次,RISC-V被误导为免费。RISC-V架构是一种Free的指令集架构,准确地说Free应该理解为“自由“而不是“免费”,指令集架构也不是一款具体的处理器内核。大多数人对于处理器的一些基本概念并不了解,将RISC-V与“一款免费开源的处理器“划上等号,而免费往往是劣质的代名词。这种误导严重影响了RISC-V在中国的正常传播和发展。

最后,RISC-V还被误导为一种全新的设计语言和流程。虽然目前很多开源的RISC-V内核使用的是全新的设计语言和流程,但并不代表RISC-V处理器内核就等价于全新的设计语言和流程。全新的设计语言和流程带来的不确定性和质量隐忧会让IC设计公司(尤其是国内公司)感到排斥和不安,这种误导也会影响RISC-V处理器内核在国内的采纳和传播。其实RISC-V只是一种全新的处理器架构(以及衍生出的新生态),无关乎设计语言和流程。使用工业级成熟、稳健的设计方法更能设计出稳健可靠的RISC-V处理器内核,如芯来 科技 、台湾Andes公司(晶心 科技 )以及其它一些公司使用工业级成熟、稳健的设计方法设计出的RISC-V处理器内核。

EDN电子技术设计:您专门写了一本设计RISC-V处理器的书,请为有志于从事RISC-V架构设计的IC设计工程师和高校学生提几点建议和心得体会。

胡振波:

我认为目前学习RISC-V架构正当时,因为:

RISC-V的开放性使得任何公司与个人均可依据开放的RISC-V架构设计自己所需的处理器。很多科研机构开始使用RISC-V开发处理器,独立的RISC-V处理器IP公司开始出现,一些实力雄厚的巨头(如NVIDIA、三星等)开始使用RISC-V架构开发其自有的处理器内核,可以说是旧时王谢堂前燕,飞入寻常百姓家。因此,掌握RISC-V架构,会变成一种通用技能,对科研、学习和就业大有裨益。

当前国内CPU产业热潮方兴未艾,x86、ARM、MIPS等传统商用处理器架构在国内呈全面开花之势。龙芯、兆芯、飞腾等资深专业CPU公司在不断突破;华为、展讯等一线大公司也相继开始研发自主的处理器内核;海光、华芯通等新锐纷纷摩拳擦掌。开放的RISC-V架构的诞生,更是为此番繁华增添了精彩。同时,各种人工智能AI处理器也采用RISC-V作为核心,RISC-V的相关知识完全能够应用于AI处理器芯片领域。

综上所述,我认为学习RISC-V正当时。

但是,计算机体系结构相关书籍往往不利于初学者入门,尤其是RISC-V诞生时间太短,全英文版的指令集手册专业性强,晦涩难懂,非常不利于国内用户学习上手。另外很多对RISC-V感兴趣的初学者基本背景知识比较薄弱,需要补足。

为了促进RISC-V在国内的普及,尤其是被广大初学爱好者接受,我撰写了国内第一本关于RISC-V处理器的通俗书籍《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》,详细介绍了相关的基础背景知识,系统通俗地讲述了RISC-V的前世今生,还配套了自己开发的开源蜂鸟E203处理器内核。

目前有关如何使用RISC-V的嵌入式软件开发方面的中文资料仍然欠缺,我撰写的另一本新书《RISC-V架构与嵌入式开发快速入门》也即将上市,相信会在某种程度上缓解这一问题。

EDN电子技术设计:您创立芯来 科技 公司专门开发RISC-V内核,请谈一下公司的商业模式和愿景。

胡振波:

芯来 科技 (Nuclei System Technology Co, Ltd)作为中国大陆本土唯一专注于RISC-V处理器内核开发的公司,是RISC-V基金会银级会员,中国RISC-V产业联盟副理事长单位。

在商业模式上,主要是传统的处理器IP授权模式和面向垂直领域的深度定制模式,同时还在进行一些全新的商业模式 探索 。

我们有两个愿景:一方面,IoT和边缘计算领域的处理器内核IP年出货量会达到万亿颗。如此巨大的市场,我们希望至少这个市场的一部分属于我们本土公司,从而让大多数本土芯片公司用上国产的RISC-V处理器内核。另一方面,目前国内的RISC-V技术力量非常薄弱,希望芯来 科技 能够为RISC-V阵营做出我们中国人应该做出的贡献。

EDN电子技术设计:除了RISC-V内核外,要开发出商用的RISC-V处理器还需要哪些开发工具和环境?

胡振波:

处理器是软硬件的交汇点,所以必须有完善的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE),处理器内核才能够被用户顺利使用起来。

目前RISC-V具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE),这是RISC-V的巨大优势,但是开源版本相比ARM等传统架构的编译器和IDE而言,还颇有差距。

除了开源版本之外,还有专业公司提供的专业版本。目前从全世界范围来看,在RISC-V技术阵营中,台湾的Andes公司(晶心 科技 )开发的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE)最为完善和先进,几乎可以和ARM的工具相媲美,这一点也值得我们去学习。

延伸阅读:

RISC-V真的是中国芯片实现自主、可控、创新和繁荣的希望吗?

1物联网主要应用领域

物联网的应用领域广泛,简单介绍几个应用场景:物流与仓储、健康与医疗、智能环境、社交智能交通、智能建筑、文物保护、古迹的实时监测、智能家居、定位导航、物流管理、视频监控、数字医疗等产业都有广泛的应用。

物联网应用范围

2 简单介绍几个应用例子

1)智慧城市

一般利用物联网、人工智能、云边计算、大数据挖掘分析、机器学习和深度学习等技术,还有运用三维可视化大数据平台、物联网云平台、移动终端以及各个智能硬件设备,实现城市物联感知、城市管理、城市服务等功能,提高政府监管服务、决策的智能化水平,形成高效、便捷、便民的新型管理模式,为城市构建智能型,管理型决策平台。

智慧城市下智慧园区

智慧城市主要应用功能包括智能交通系统、智慧能源系统、智慧物流及建筑服务系统、城市指挥中心、智慧医疗、城市公共安全、城市环境管理、政府公共服务平台等八个方面组成。

2)智能农业

智能农业基于物联网技术,通过各种无线传感器实时采集农业生产现场的光照、温度、湿度等参数及农产品生长状况等信息而进行远程监控生产环境。将采集的参数个信息进行数字化和转化后,实时传输网络进行汇总整合,利用农业专家智能系统进行定时、定量、定位云计算处理,及时精确的遥控指定农业设备自动开启或是关闭。

智能农业

3)智能交通

智能交通系统是将先进的电子传感技术、信息技术、数据通信传输技术、控制技术、计算技术以及物联网技术等有效地集成运用于整个交通管理的一个体系,建立起一种能在大范围、全方面发挥作用的,实时、准确、高效的综合交通管理系统。

车联网

3 个人经历

我之前是学习机械的,所以物联网相关知识都是自学的。本科毕业工作几年,发现工业物联网行业是未来的风口。就辞职考研了,研究生期间主要研究的是机电一体化与物联网控制。物联网涉及的知识面比较广,除了在工业方面,它是涵盖单片机、传感器、通信技术、云存储技术、数据可视化和数据挖掘等一系列学科。诸如:嵌入式技术、无线传感网络技术、传感器技术、M2M技术、云计算及中间件技术。我也构建一套智能家居系统。

1、电子政务
物联网技术可以实现电子政务领域中的“一网通办”,让群众足不出户就能办理相关业务。例如,在北京,可以实现24小时在线办理网上政务服务;在上海,可以实现网上办理户口迁移和购房登记等事项;而在北京,“市民之家”建设中则实现了网上预约、网上查询……同时这些业务,都是物联网技术在电子政务领域能实现的应用。

2、工业制造
工业制造物联网的主要特点是“物”之间相互连接,“物”即物联传感设备,“物”即传感器。在工业制造中,物联网技术可实现对物品数据的采集、存储、传输、分析和管理。在各种工业产品中,由于工业物联网设备具有可重复使用及维护功能等特点与功能,所以它已经被广泛应用于各种工业产品上。

3、物流
在信息技术的支撑下,物流已进入了一个全新的发展阶段,信息化技术在物流领域的应用使得物流更加高效、更加科学。由于在物流过程中涉及物品和信息的传递、存储、处理、配送和回收。信息技术在此过程中发挥着重要作用。
4、金融服务
从全球来看,金融行业是所有行业中使用物联网最多的,目前已经成为最重要的应用领域。金融业务也对物联网提出了更高的要求,它不仅需要有先进的技术支撑,更需要先进技术来满足人们对于金融服务不断发展升级的需求。

中国曾经以低成本制造业,长期占据“世界工厂”地位,但是随着中国“人口红利”的消失,中国制造业正在逐渐变得昂贵起来。中国正在经济结构转型,渐渐退出那些低技术产业、低附加值产业、劳动密集型产业。很多工厂已经大批迁移到了印度、越南,印度尼西亚等地,其中以印度发展最为迅速。许多专家猜测,认为印度有可能是下一个“世界工厂”。
当然,世界专家瞩目印度不是没有原因的,想要成为“世界工厂”,需要有一些先决条件,这些先决条件,印度多已经具备。

第一:想要成为“世界工厂”,要有庞大的领土面积和众多的人口数量。

成为“世界工厂”必然会诞生数目庞大的工厂,这其中以劳动密集型产业、低技术产业居多,自然需要大量劳动力和技术人员。印度土地面积298万平方公里,耕地面积1535万平方公里,人口1324亿,每年大学生毕业人数高达200万人以上。因此,印度无论在人口数量还是土地面积上,均优于世界大多数发展中国家,可满足众多企业劳动力、技术人员、厂房土地的需求。

第二,想要成为“世界工厂”,还要具备良好地理条件。

印度发展工业、交通条件良好。一方面,印度处于热带地区,一年四季皆可开工,不会产生俄罗斯那样,因冬季寒冷漫长,出现无法开工的窘态。另一方面,印度地形较为平坦,三面环海,港口众多,对内、对外交流十分便利,有利于铁路、水运、公路、管道、空运等交通运输网络建设。
第三,印度洋沿岸,自古就是世界贸易的中心地区。

印度洋北部沿岸自古就是海上贸易的中心地区,印度位于亚欧大陆中间位置,南临印度洋,东侧是东亚、东南亚,西侧是中东、非洲、欧洲,北侧是中亚、俄罗斯,市场距离较短,进出口资源、商品十分方便。因此,印度产品的时效性和竞争力在一定程度上也得到了保证。
综合来看,在中国制造业成本提升,“世界工厂”地位下降的同时,包括富士康、小米、华为等中国企业在内的众多国际企业,纷纷宣布在印度投资设厂。似乎印度已经具备了工业大发展的天时、地利、人和三大因素。那么印度,真能崛起为新的“世界工厂”吗?笔者看来未必,印度工业大发展极有可能,但是印度想要成为“世界工厂”恐怕很难实现。

1,大量劳动密集型产业正在被机械化的工厂取代。

世界虽然产生了工业转移的趋势,但是,随着物联网和人工智能技术的成长,机器人技术正在突飞猛进,而且,印度的劳动虽然丰富,但文盲比例过于庞大,劳动力素质整体水平较差,印度的人力优势,极有可能被高速增长的机器人技术超越。因此,印度成为“世界工厂”的梦想,很可能被机器人终结。
2,印度缺乏完整供应链条和市场规模。

中国之所以成为“世界工厂”,与中国市场体量不无关系。全世界,只有中国既有十分完整供应链,又有庞大的市场需求,这点任何国家替代不了。

印度消费能力低,市场规模太小,若是成为“世界工厂”必然过于依赖出口。产业链并不完整,生产成本降低了,生产周期却拉长了,这样的产业链根本无法支撑“世界工厂”地位。综合来看,印度与距离中国很近、人口众多,依赖中国产业链的东南亚地区相比,竞争能力反而降低了。
3,最重要的是,目前中国正在推行一带一路。

一带一路目的之一就是输出中国过剩的产能和部分产业,随着一带一路的推进,中国正在向埃塞俄比亚、巴基斯坦、孟加拉、斯里兰卡、泰国、越南、马拉西亚等等国家进行产业输出。

这些地区不仅有中国帮助其发展交通,人力成本也十分低廉,许多国家还有中国产业链支持,因此,印度想要成为“世界工厂”,恐怕还要面对众多国家的竞争与挑战。即使印度侥幸成为“世界工厂”,恐怕质量也要远逊于中国这个“世界工厂”。

制造业物联网是将具有感知、监控能力的各类采集或控制传感或控制器以及泛在技术、移动通信、智能分析等技术不断融入到工业生产过程各个环节,从而大幅提高制造效率,改善产品质量,降低产品成本和资源消耗,最终实现将传统工业提升到智能化的新阶段。从应用形式上,工业物联网的应用具有实时性、自动化、嵌入式(软件)、安全性、和信息互通互联性等特点。

物联网的三项关键技术与领域包括,关键技术:传感器技术、RFID标签、嵌入式系统技术。领域:公共事务管理(节能环保、交通管理等)、公众社会服务(医疗健康、家居建筑、金融保险等)、经济发展建设(能源电力、物流零售等)。

“物联网”的概念是在 1999 年提出的,它的定义很简单:把所有物品通过射频识别等信息传感设备与互联网连接起来,实现智能化识别和管理。也就是说,物联网是指各类传感器和现有的互联网相互衔接的一个新技术。

2005 年国际电信联盟(ITU)发布《ITU互联网报告2005物联网》, 报告指出, 无所不在的“物联网”通信时代即将来临, 世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过因特网主动进行交换。射频识别技术(RFID)、传感器技术、纳米技术、智能嵌入技术将到更加广泛的应用。

2008年3月在苏黎世举行了全球首个国际物联网会议“物联网 2008”, 探讨了“物联网”的新理念和新技术与如何将“物联网”推进发展的下个阶段 。


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