Arm为何一定要置RISC-V架构于死地?

Arm为何一定要置RISC-V架构于死地?,第1张

“授权可用”是X86架构和ARM架构的共同点,也是英特尔和Arm公司的护城河。然而,随着RISC-V的崛起,Arm开始坐不住了,因为开源的RISC-V抢夺的就是Arm的市场。

RISC-V架构和ARM架构其实是宿命之战。ARM架构过去被称作进阶精简指令集机器(AdvancedRISCMachine),都是RISC(Reduced Instruction Set Computing ,精简指令集),市场重叠度甚至可以达到100%。
作为精简指令集,RISC-V架构和ARM架构都必将盯着现有的可携带市场以及未来的智能物联网市场。现在是RISC-V蚕食ARM架构的市场,原因在于ARM架构拥有良好的生态系统。然而,在未来这样的优势又能够持续多久呢?

所以,Arm开始着急了。留给RISC-V架构的前路要么是取代ARM架构成为精简指令集的新王,要么被ARM架构彻底边缘化,现有“打官腔”说的“良好共存”想来是万万不会成行的。

Arm自然也不想被温水煮青蛙,每年进步一点点的RISC-V架构现在已经取得了不俗的成绩。

RISC-V联盟在官网上这样讲到,RISC-V是一种开放式ISA(指令集体系结构),为处理器体系结构的创新开创了新纪元。RISC-V基金会由325多家成员公司组成。这是该技术的主要优势。
开源的优势让RISC-V架构吸引了一众有影响力的公司。
我们可以看到,白金会员里面不乏阿里巴巴、三星、美光和谷歌等实力超群的高 科技 公司,而金、银和审计员队列中也有台积电、华为和英飞凌这样在各自领域占据主导地位的大企业。现在这些企业还都是ARM架构的受益者。

当然,这些巨头公司加入RISC-V联盟并非是提前站位然后静观其变,而是投入精力在推动RISC-V走向成熟。

在RISC-V生态中,既有晶心 科技 、Si-Five这样的公司为其打造内核,夯实底层结构,也有阿里巴巴、兆易创新和华米 科技 这样的公司在不断地推出基于RISC-V架构打造的性能领先的处理器产品。

2018年9月17日,华米 科技 正式发布全球智能可穿戴领域第一颗人工智能芯片——“黄山1号”。 “黄山1号”是全球首款集成AI神经网络模块的可穿戴处理器,也是全球首款RISC-V开源指令集可穿戴处理器,拥有AI驱动、闪电性能、苗条功耗三大特点,应用了Always on技术,区别于传统AI,实现了AI从云到端的前移,实时计算无需传输。2019年6月11日,华米 科技 在2019夏季新品发布会上发布了AMAZFIT智能手表2及AMAZFIT米动 健康 手表。AMAZFIT米动 健康 手表正是基于“黄山1号”芯片打造。

2019年7月25日,玄铁910正式发布,这是平头哥半导体成立之后的第一款产品。玄铁910基于RISC-V的处理器IP核,开发者可以免费下载FPGA代码,开展芯片原型设计架构创新。

2019年8月22日,业界领先的半导体供应商兆易创新GigaDevice正式发布基于RISC-V内核的GD32V系列32位通用MCU产品,提供从芯片到程序代码库、开发套件、设计方案等完整工具链支持并持续打造RISC-V开发生态。

上述的每一款芯片都极具代表性,而发布时间较为密集,这对于Arm而言已经不是敲醒警钟了,而是警笛长鸣。诚然,就算有了更多的内核以及最新的产品面世,RISC-V架构相较于ARM架构而言还是很稚嫩,毕竟生态系统相差甚远。

中国工程院院士倪光南曾表示,任何一种新兴事物的发展,生态系统的建设是关键。Arm也正是利用这一点在攻击RISC-V架构。但晶心 科技 总经理林志明认为,“这只是给攻击者自己壮胆用的,并没有对RISC-V产生真正的打压,并且,现在攻击开源生态,本身就不会得到任何好处,反倒会产生反作用力。”

令Arm感到恐慌的还有RISC-V未来的潜力,尤其是在智能物联网领域的潜力。在边缘设备的芯片中很多都是以神经网络(NN)硬件进行机器学习,这样就有需求为神经网络配置硬件加速,RISC-V CPU中的ALU(算数逻辑单元) 就可以满足这样的需求。而智能物联网大趋势同样是ARM架构的当下和未来。
在打造RISC-V架构生态系统的过程中,我们可以很明显地感受到一股来自于东方的“神秘力量”,也就是中国芯片公司对于RISC-V架构的推崇和拥护。中国有着巨大的芯片需求,同时中国芯片厂商自己也有需求做大做强,RISC-V架构虽然“军阀割据”但尚未有“一朝天子”,这对于国产芯片厂商而言是莫大的机会。

面对重重危机,Arm已经开始吹响狙击的号角。北京时间2019年10月9日凌晨,Arm宣布在部分CPU内核引入自定义指令功能,即客户能够编写自己的定制指令来加速其特定用例、嵌入式和物联网应用程序。这意味着,从2020年开始,使用Cortex-M33内核及之后的Cortex-M CPU内核系列的所有Arm客户都可以免费使用自定义指令功能。

回顾RISC-V那句话,开源是RISC-V架构最大的竞争力,现在Arm打算让其优势不再。当Arm决定主动出击,此时的RISC-V架构也已经是离弦之箭,进了这“八角笼”只会有一个胜者站着出来。

去年10月,中国 RISC-V 产业正式成立,有100多家会员单位,并且目前国内在使用RISC-V架构的IC设计公司已经超过300家了,大家认为这个架构能够实现中国芯的自主、可控、繁荣和创新。

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。

该项目2010年始于加州大学伯克利分校,但许多贡献者是该大学以外的志愿者和行业工作者。

相关特色:

1 完全开源

对指令集使用,RISC-V基金会不收取高额的授权费。开源采用宽松的BSD协议,企业完全自由免费使用,同时也容许企业添加自有指令集拓展而不必开放共享以实现差异化发展。

2 架构简单

RISC-V架构秉承简单的设计哲学。体现为:

在处理器领域,主流的架构为x86与ARM架构。x86与ARM架构的发展的过程也伴随了现代处理器架构技术的不断发展成熟,但作为商用的架构,为了能够保持架构的向后兼容性,其不得不保留许多过时的定义,导致其指令数目多,指令冗余严重,文档数量庞大,所以要在这些架构上开发新的 *** 作系统或者直接开发应用门槛很高。

而RISC-V架构则能完全抛弃包袱,借助计算机体系结构经过多年的发展已经成为比较成熟的技术的优势,从轻上路。RISC-V基础指令集则只有40多条,加上其他的模块化扩展指令总共几十条指令。 RISC-V的规范文档仅有145页,而“特权架构文档”的篇幅也仅为91页。

RISC-V:读作risk-five,是一个开源的CPU指令集架构

zephyr:开源 *** 作系统

linux:没什么好说的。

risc-pk:The RISC-V Proxy Kernel。解释如下:is a lightweight application execution environment that can host statically-linked RISC-V ELF binaries  It is designed to support tethered RISC-V implementations with limited I/O capability and and thus handles I/O-related system calls by proxying them to a host computer

BBL :the Berkeley Boot Loader。
linux相关开源基础库对RISC-V的支持

binutils: upstreamed (228 is the first release with RISC-V support)

gcc: upstreamed (71 is the first release with RISC-V support)

glibc: upstreamed (227 is the first release with RISC-V support)

linux kernel: upstreamed (the architecture core code went into

kernel 415; kernel 419 contains all drivers necessary for booting a

simulated system to userland)

gdb: upstreamed in master (in the release process)

qemu: upstreamed (212 is the first release with RISC-V support)

CPU又称中央处理器,作为计算机系统的运算和控制核心,是半导体产业技术最密集、最具战略价值的产品,是一个国家技术势力的象征。


目前CPU的市场基本被美国的两大公司垄断,分别是大哥Intel和小弟AMD,两家几乎占领了99%的市场份额。


目前Intel和AMD以X86指令集和微软共同建立了庞大的生态系统并且不对外开放,这样一来,中国队想要自己做CPU的空间不多了。




01 CPU定义

CPU在半导体行业中是人们常接触到的一种芯片,最常见的应用就是在电脑中,其中有名的有Intel的 i9-11980HK 和AMD的 R7-5800X



按照CPU种类来分类,可以分为服务器CPU、家用电脑CPU、嵌入式设备CPU和手机CPU,服务器CPU需要更出色的性能、稳定性和安全性,要求服务器365天开机运行,连续工作,一个服务器可以安装多个CPU;而家用电脑CPU性能要求相对较低,容量较小,不要求连续工作,一个电脑只能安装一个CPU;嵌入式设备和手机对CPU的性能要求相对更低。



按照CPU指令集架构来分类,CPU可以分为RISC和CISC。


CISC 即复杂指令系统计算机,物如其名,CISC是比较复杂的,指令系统比较丰富,有特定的指令来完成对应的功能,可以处理特殊任务。


RISC及精简指令集计算机,把精力集中在经常使用的指令上,对不常用的功能,通过组合指令来完成,实现简单高效的特点,一次RISC不能处理特殊任务。通俗来说就是经常用的功能简单化,不经常用的功能复杂化。


这其中CISC代表的指令集有X86,RISC代表的指令集有ARM、MIPS、RISC-V、Alpha、SPARS,除了这两种之外,还有我国自主研发的指令集DEC和LoongArch。



02 六大国产CPU

首先我们来了解一下什么是CPU的生态环境, CPU的生态环境就是一块CPU推出后,系统和软件对它的支持和优化有多少, 比如国产CPU龙芯就没有一个好的生态,不论是采用MIPS还是自主研发的LoongArch都不能支持Windows系统。


自主建立生态环境又难于上青天,而生态如果没有建立,软件商店就不会有软件(比如QQ在Linux中停更),这也是国产CPU发展最大的瓶颈之一。


目前国内有六大CPU设计厂商,他们是华为、飞腾、兆芯、申威、龙芯、海光(均未上市),他们分别以不同的方式参与CPU的设计。


CPU国产替代的故事得从Intel开始。


Intel趁着PC的东风迅速发展,建立了X86架构,标识了一套通用计算机指令集合,并且与微软一起在X86指令集上建立了庞大的生态。


目前的X86指令集不对外授权,只被英特尔和AMD所掌握,而X86又是PC、服务器领域做得最好的,别的指令集的生态环境远远抵不过X86,留给中国队的发展空间实属有限。


中国队CPU分为3个路线。


其一是由 龙芯 和 申威 代表的:自研指令集


龙芯最初采用的是MIPS精简指令集,制作通用CPU,主要产品是自主可控消费类例如服务器、台式机、嵌入式、航天器等领域。


申威最初采用的是Alpha精简指令集,主要应用在超级计算机和军事领域。


龙芯和申威都因为生态的原因,很难发展起来,尤其是龙芯,想要打入服务器和台式机市场必须有很好的生态。


龙芯因为MIPS的分崩离析,开始发展自己的指令集—— LoongArch ,它是完全有龙芯自主研发,可以兼容MIPS生态, 并且开始尝试用二进制翻译兼容ARM、X86处理器,龙芯的目标是在2025年消除指令集之间的壁垒,彻底搞定兼容问题。


申威也因为Alpha被收购,开始发展自主研发的指令集—— SW64 ,它是由Alpha改进而来,申威制作的神威·太湖之光超级计算机便采用SW64指令集,被称为“国之重器”,在国际上都有一定的地位,多项指标全球第一。


第二路线是由 华为 和 飞腾 代表的:ARM指令集授权


华为芯片“四大天王”麒麟、鲲鹏、巴龙、升腾中,除了巴龙以外,均采用ARM指令集授权来开发。这其中最著名的就是“麒麟”了,在手机领域一度领先,直至海外因畏惧华为的崛起,开始了制裁华为事件,就此“麒麟”短暂隐身。


飞腾也是国内目前使用ARM架构制作CPU的厂商之一,其技术不弱于高通,目前公司也被美国列入黑名单,其芯片制造环节同样被卡脖子,可能成为第二个华为。


除了华为和飞腾以外,国内以ARM架构制作芯片的厂商还有很多,例如贵州华芯通、展讯通信等。


第三路线是由 兆芯 和 海光 代表的:合资获取X86授权


兆芯的X86架构授权是源自于VIA公司将部分X86处理器相关技术、资料等IP产权以118亿美元价格卖给兆芯。兆芯基于X86的生态和技术,性能方面普遍高于龙芯,但还是不能和英特尔比肩。


海光的X86架构授权是通过和AMD合资公司来拥有AMD授权IP,但并不是完整的技术转让,而是阉割后的残缺版,所以性能上面和AMD锐龙、高通骁龙差一个档次。



03 RISC-V

RISC-V近些年流行的新型指令集,它是一种开源式指令集,对使用者免费开放,也是这种特性使它被众多专家认为是中国处理器产业的一次机会,而且可能是最后一次机会。



目前全球CPU的市场格局是以X86架构垄断PC、服务器行业;ARM架构垄断移动设备行业,这两家几乎涵盖了所有CPU市场需求。


X86架构归“Wintel”(英特尔+微软)所属,是一种封闭指令集,不对外授权, 简单说就是谁也别想用,就我自己能用 ;ARM架构属于可授权指令集+可授权设计, 简单说就是你用需要经过我同意并且收费,你想再它基础上设计还得再经过我同意并且再收费。


正因为如此,RISC-V作为开放式指令集,被中国队大力支持,看作救命稻草。


那RISC-V究竟有没有那么好呢?我们主要得看两方面: 一个是它的生态好不好,生态是决定指令集发展空间的最大因素;另一个就是它到底是不是彻头彻尾的免费,日后会不会再被卡脖子。


第一,RISC-V的生态怎么样。


RISC-V具有性能高、功率低、面积小、易于扩展等技术特点,最重要的是它的开源、免费的独特属性,为其带来众多合作商,影响力逐步扩大。


从2015年组织RISC-V基金会成立是的25个成员,到现在已经有超过300多个单位的加入,其中包括阿里、谷歌、华为、英伟达、高通、中科院、麻省理工等等。


日前,有知情人士表明,英特尔将以20亿美元收购RISC-V领域的重量级公司SiFive,这也表明了英特尔的态度。


虽然英特尔靠X86架构在PC、服务器领域无人能敌,但是移动设备一直是他的心病,ARM在移动设备领域是他无法抗衡的,而RISC-V的出现,给了机会。


但是看好归看好,ARM的垄断地位依旧很难撼动,RISC-V后续可能与X86联手对抗ARM,但更大的可能是打入嵌入式设备市场中,做物联网领域的“一哥”。


总体来说,不论是PC、服务器,还是移动设备,都很难被RISC-V介入,相反一些嵌入式设备比如空调、冰箱、扫地机器人、电动车等等发展环境更好。


第二,RISC-V是否永远免费。


RISC-V源于2010年,加州大学伯克利分校的一个研究团队研发,当时他们因为市场已存在的指令集相当复杂,且成本和门槛太高,所以建立了新的指令集。


“开源架构RISC-V将永久免费,成为人类共有财产。相较于X86和ARM架构的高门槛,开源架构RISC-V将带来芯片设计的革命”——RISC-V架构开发者之一Krste Asanovic博士。


这是RISC-V架构开发者的原话,表明该指令集是完全开源免费的,到目前为止他们也很好的履行了,甚至把基金会总部搬离美国,迁移至瑞士(永久中立国)以防止美国地方政策的限制。


尽管RISC-V从表现来看做得很优秀,但抽丝剥茧,终究还是有隐患在的。


实现RISC-V指令级架构的处理器内核有很多个不同的微架构实现,而微架构实际的模式是分不同类型的,其中有开放的、需授权的以及封闭的。


虽然基于RISC-V开发CPU不需要支付授权费用,但如果直接用RISC-V内核设计,也是需要支付授权费的。通俗来说就是你用我不需要收费,但是想在它的基础上设计得经过我同意,甚至收费(我们目前是全免费,但我有权利在以后收些钱)。



总结来说,目前全球的指令集呈现以X86、ARM、RISC-V三足鼎立的局势,RISC-V作为新时代的弄潮儿得到了各大厂商的认可,有发展的空间,但它不足以撼动其他两个指令集的地位,不过可以预料到的是,等RISC-V成长起来,仍然有可能对我国CPU发展卡脖子,我们需要保持隐患意识,在跟随洋人步伐的同时,发展自身CPU业务。


纵观国内厂商在电脑CPU领域,龙芯以自研为主,开发属于中国的指令集,目前已经可以满足一些党政领域以及机密工作的需求,但打入家用电脑领域仍需要提升CPU的生态和性能;服务器CPU中,申威在超算上小有成绩;华为近期也有消息称完成40nm去美化工作线投产,在明年更将攻破20nm的工作线,麒麟可能会重新归来;一些未上市公司如芯来 科技 、平头哥等也有在尝试RISC-V领域。


种种迹象都在证明,虽然我们起步慢了30年之久,但国产CPU一直在突破,路途艰辛却一路披荆斩,长夜漫漫,但黎明终将到来。



全文由各种资料查证,如有专业领域上的错误,希望可以抛砖引玉,有所探讨。


芯片全产业链图(绿底已经写完)



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身处电子行业或电子类的学生对RISC-V不太陌生,这个词在2018年可谓是霸占了大量的篇幅啊。今天就让我们一起从它的字面意思入手看看这个RISC-V是个“神马玩意”
首先我们从名字的第一个单词入手,RISC的较官方解释为 精简指令集计算机 , 它具有一致的指令的格式,一致的所有指令的指令周期,并且可采用流水线技术。许多早期的RISC设计有着不好的缺点——转移延时槽,转移延时槽是指一个跳转或转移指令之后的指令空间。无论转移是否发生,空间中的指令将被执行(或者说是转移效果被延迟)。这些指令让CPU的算术和逻辑单元繁忙比通常执行转移所需更多的时间。现在转移延时槽被认为是实现特定RISC设计的副作用,现代的RISC设计通常避免了这个问题(如PowerPC,最近的SPARC版本,MIPS)。

RISC-V(读作RISC-FIVE)指令集是基于精简指令集计算(RISC)原理建立的开放指令集架构(ISA),RISC-V是在指令集不断发展和成熟的基础上建立的全新指令。RISC-V指令集完全开源,设计简单,易于移植Unix系统,模块化设计,完整工具链,同时有大量的开源实现和流片案例,已在社区得到大力支持。其优势在于完全开源,架构简单,易于移植Linux和Unix,设计模块化,工具链完整。

基于上述分析,我们为什么会在短时间内在这么多途径听到RISC-V呢。这是由于RISC-V作为一种全新的芯片架构,为中国自主设计制造CPU打开了不小的可能性。微处理器架构被ARM和Intel x86垄断的局面极有可能被RISC-V的横空出世而打破。有人说,RISC-V给了中国机会,大家重新出发中国不会差。在我看来,机会也是实打实的机会摆在我们面前,我们没有理由去浪费摆在面前的机会。国内各大公司早已盯上了RISC-V,华米科技早已发布基于RISC-V家都的黄山一号芯片。但是我们也不能过于乐观,重新出发确实不假,但是中国目前芯片制造无论在工艺上还是在IP研发上都与欧美之间存在差距。国产主流微处理器核心还是基于这些大公司的技术。而且海外的公司手中抓住太多的知识产权和专利,这都会让我们在芯片制造的路上多出些汗。

新兴的物联网(IoT)行业是产品和服务相互补充的集合体,其可实现多个行业的效率和成本优化。虽然它没有垂直定向的价值链,但其横跨了多个行业和市场,如工业自动化、 汽车 、医疗、环境监测等等,在这些行业中的用例也非常多样化。在应用程序的前端也就是终端节点或传感器,它们监视环境条件并将数据传递到链中。这些终端节点将分散在各个行业中。设计处理器的架构基本上是arm等主流独占市场,RISC-V的份额非常少,因此在正常情况下,市场很少去分析相关领域概况。但由于华为事件不断延烧之下,中美贸易战和全球国际环境大变革已经开始, 科技 届已经开始重新审视这两者的关系了。

定制处理器的崛起

记得很早之前有过讨论:未来处理器的战争,COTS(商用现成品或技术)处理器不适合构建这些终端节点,因为后者是特定于应用程序的。而公司一般倾向于定制处理器,因为它可以提供仅组装所需部件的灵活性。这些部件包括模拟传感器,DSP或专有IP等。此外,定制处理器可以显著降低BoM成本和芯片尺寸,从而最大限度地降低功耗。它还有有助于公司将其产品与竞争对手的产品区分开来。总的来说,物联网行业的低入门成本和普遍性将鼓励许多初创公司和小公司为冷门应用程序构建产品。另外,通过定制处理器,这些公司也可以进一步优化成本。

错误的摩尔法则

物联网设备的激增除了可以给定制处理器带来巨大推动之外,另一个影响因素是摩尔定律的可疑存在。五十多年来,摩尔定律一直都是一种自我应验的预言。无论市场是否需要高性能处理器,半导体公司都在努力使这项法则成为事实。所以,始终都有创新者和早期采用者迫切希望使用基于领先流程节点的产品。然而,大众市场需要时间才能对准这些新产品。摩尔法则凭借高性能,低功耗和降低成本来确保技术发挥主导作用。

然而,目前这项法则保证的经济平衡正在失败。 领先的工艺节点设计变得复杂,商业化的前置时间很长,因此成本的平衡并不能成立。对成本优化的追求迫使行业寻找替代方案,因为缩小的节点不再具有经济效益。其实,定制处理器就是答案,因为它可以显着降低BoM成本。数十亿个终端节点不需要领先进程节点,有成熟节点上的自定义处理器就足够了。

ARM的对策

ARM是智能手机处理器市场的垄断者。 在嵌入式和物联网领域,目前并没有主导架构,ARM已经准备好填补这一空白,因为它拥有强大的CPU和IP,可以提供各种功能,性能和价格选择。借助独特的授权商业模式,特别是在Cortex-M0的DesignStart许可,ARM以低成本实现了定制处理器设计,风险更低。该计划对初创公司和小公司非常有用,因为他们可以以低许可成本获得经过验证的架构和IP,并与广泛的IP生态系统,软件支持和硅合作伙伴相结合,可以大大缩短产品推向市场的时间。

那我们如何进一步优化定制处理器的成本呢?

RISC-V

开源软件(OSS)在软件行业的民主化中发挥了至关重要的作用。OSS中最受欢迎的一个例子是一个Linux *** 作系统。OSS以较低的应用成本实现创新和差异化。这使得小公司和初创企业可以基于OSS(如Linux)构建产品。大型开发人员社区支持软件开发,因此不存在供应商锁定或专有技术过时的风险。社区的集体努力确保了一个庞大的生态系统,同时使所有用户受益。Linux已经在嵌入式,PC等各种应用程序中获得了巨大的影响力。随着越来越多的用户开始使用Linux,添加了更多功能和实用程序,网络效应也可以得到很好的利用。

RISC-V将开源运动扩展到CPU ISA。它是一个开源的ISA,免许可证和免版税。也正是由于RISC-V没有任何许可,因此ISA可用于构建定制处理器,且许可成本为零。RISC-V正在逐步建立一个生态系统。在2017年嵌入式电子与工业电脑应用展中,RISC-V通过FPGA解决方案,安全IP,调试基础设施等展示了其庞大的生态系统。

很少有ARM客户已经开始使用RISC-V来设计自定义处理器。现在,SoC设计公司可以以较低成本开发定制处理器,而无需支付许可费用。通过一些NRE投资,这些公司可以开发SoC并在晶圆厂制造。因此,处理器的价格也将低于基于ARM IP的价格。从表面上看,一个理想的候选者很有可能会成为物联网行业的主导ISA。凭借着定制处理器和零许可成本,RISC-V就很像是那个胜利者。

关于RISC-V “免费” 的探讨

Linux在数十亿的产品部署方面非常成功。虽然,在将Linux用于商业产品方面需要相当大的努力和专业知识,但这些好处会远远超过工时。Linux可以提供非常好的灵活性,同时庞大的社区为 *** 作系统提供了良好的生态系统,并为周边设备、第三方软件等提供了广泛的支持。

然而,由于软件和硬件之间的基本差异,开源概念与芯片设计还是有很大的差别。 与需要时间和精力来开发的软件不同,硬件涉及有形组件,需要有人来付费;其次,在测试完硬件、仿真器之后,你还可以多次对软件进行返工。花费相当少的成本,就可以减少时间和精力。但是,硬件中的错误也可能会让你损失一百万美元!处理器的多次迭代可以大幅度地降低成本。总的来说,硬件设计比软件开发更复杂。

让我们来考虑一下开源RISC-V的情况。在SoC中,CPU IP只是其中的一部分; 还需要许多其他物理IP和周边设备。因此,围绕CPU IP需要庞大的IP和EDA生态系统。但你只能在没有许可凭证的情况下获得CPU IP;可是周围的生态系统已经消失了。IP供应商应该看到一个可行的商业案例,以在其产品组合中添加对RISC-V的支持。假设有一个强大的社区支持RISC-V,它提供了构建SoC所需的所有IP和工具。但问题仍然是建立自定义SoC的公司是否会冒使用社区支持的ISA的风险?一旦失败可能导致多个流片,这会增加巨大的成本。总的来说,设计SoC很复杂,需要在实施、物理设计、包装等多个领域具有良好的专业知识。

使用ARM ISA,上面提到的大多数问题都得到了缓解。你可以访问经过验证的IP,强大的生态系统(软件,云服务,安全解决方案,芯片供应商,晶圆厂)和承诺支持,而不是开源ISA提供的社区支持。这样就会大大降低设计复杂性,不过还是需要一些专业的SoC设计来构建定制处理器。

谁将构建基于RISC-V的SoC?

开源的想法具有扰乱性质,因为它为预算有限的公司提供了一个公平竞争的平台,可以与大公司竞争。尽管开源ISA的概念具有革命性,但它可能不会对芯片设计的民主化产生破坏性影响。

在我看来,小型公司和初创公司不太可能在物联网领域寻求一些利基应用,并投入时间,精力和资金来建立基于社区支持的ISA的定制处理器,因为他们必须验证整个系统是否符合他们的规格。相反,使用获得许可的ISA是一个安全的选择,因为他们可以获得经过验证的系统,并辅以强大的生态系统。SoC的多个流片可能会增加大量成本。成熟的ISA具有一些初始成本,这是一个很好的起点,但这不是一个自由的成熟ISA。SoC设计不是他们的核心内容,因此聘请多元化的芯片设计团队可能不是一个务实的决定。由于ARM在整个行业中的广泛应用,设计部分可以外包给一些小公司,这些公司专门从事基于ARM的SoC设计。 EDA工具和晶圆厂成本很高。EDA供应商和晶圆厂已经支持基于ARM的IP;他们应该也看到了增加对RISC-V的支持的经济效益。在RISC-V达到临界大规模应用之前,它就像一个鸡与蛋的情况。多宿主增加了任何公司的成本,无论是晶圆厂,EDA供应商,设计公司还是应用开发商。低产量业务可以吸引更高的租金。所以在构建基于RISC-V的SoC时,必须考虑所有这些成本开销。

SoC设计中的市场领导者肯定会开发基于RISC-V的SoC,因为它可以通过替代ARM来增加购买力。但是,我相信这些公司不会有兴趣与需要定制处理器的小批量客户合作。由于其巨大的开销,使得销售数百万标准化SoC具有很大的商业意义。

综上所述,在我看来,RISC-V在目前的状态下,不能显著破坏半导体市场结构。 与许可实体相比,开源运动的关键优势之一是通过提供足够好的基础,最大限度地减少进入市场的准入门槛。尽管RISC-V将以低成本提供构建定制SoC的灵活性,但生态系统尚未准备好接受它。整个半导体行业需要同步进行才能使RISC-V成功。

结论

在这种国际大环境下,相信RISC-V会足够聪明,可以预见以上的问题并抓住这个风口,而且许多问题本来已经在内部得到解决。在我看来,RISC-V应该专注于一个部分,如物联网终端节点或其他东西,然后为这个细分市场提供一个引人注目的完整解决方案,以及整体生态系统,而不是专注于整个物联网和嵌入式行业。一旦他们在一个细分市场中实现大规模应用,就更容易传播到其他细分市场,因为新用户有一个很好的案例研究或案例可供选择。

ARM还需要做什么才能被视为嵌入式和物联网领域的领导者?我对此没有任何答案,因为从外部角度来看,ARM现在看起来相当不错,具有庞大的安装基础,未来也有很好的上升趋势。不过将DesignStart许可证扩展到其他Cortex-M IP将是进一步应用的不错选择。然而,主要的核心应该还是OS支持,云服务,安全性,IP,调试工具链,EDA,硅合作伙伴等强大的生态系统。所有这些都在以低成本构建基于定制处理器的产品方面发挥着至关重要的作用。

低成本和定制通常是互斥的。任何针对这两端的ISA都将在物联网行业中发挥主导作用。当然,随着RISC-V基金会成立,已有不少企业与研究机构的加入RISC-V 阵营,探寻未来RISC-V 的可行性。目前参与的企业有IBM、NXP、Western Digita、辉达、高通、三星、Google、特斯拉、华为、阿里巴巴等200 多家,而中美 科技 战也许就是这种模式崛起的催化剂,很多年以后来看, 科技 史上给这个时刻记下重重的一笔。


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