RISC-V与ARM架构相比有何优势和劣势？

1. RISC-V与ARM架构相比有何优势和劣势？

 
    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操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、操作系统、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？ 
     

2. ARM要凉？！高通转投RISC-V CPU架构

 
   x86和ARM是我们最为熟悉的两大CPU架构，不过在精简指令集方面，开源的RISC-V也逐渐崭露头角。x86和ARM是我们最为熟悉的两大CPU架构，不过在经典指令集方面，开源的RISC-V也逐渐崭露头角。
   
       
   一些分析人士称，RISC-V的灵活性、开放性让高通极为有兴趣。按照SiFive当前的设计能力，开发一套RISC-V新IP只需1~3个月，而ARM芯片往往需要1年甚至更久，这是非常直观的差距。
     编辑点评：任何一个生态脱离开主要的使用者的话都会变的没落，ARM未来会迎来新的危机，这种技术封锁是不可能将中国封锁得住的，RISC-V指令集的架构产品会随着华为的加入而日趋庞大，这是中国芯片的最后一根稻草，也是最重要的反击阵地。 ​
   

3. 华为的开发板为什么要从Arm架构转向RISC—V，不受限制吗？

 因为众所周知的原因，华为已经很久没推出自研Arm架构的处理器了。但这并不意味着华为已经放弃处理器业务。华为轮值董事长表示，海思(华为芯片部门)的研发还在继续，为未来做些准备。
      过去华为处理器上的CPU核心有的是基于Arm架构开发，有的直接是基于Arm提供核心“魔改”。但现在英伟达准备收购Arm，这使得华为不得不再次考虑Arm架构的可靠性。
   不只是华为和国内的企业，美方也有不少知名的半导体公司对这场交易持反对态度。但美半导体公司更多的是出于商业角度考虑，而咱们的半导体公司考虑的内容就复杂一些。
   尽管各界存在不少反对的声音，但英伟达对这场交易的最终结果持乐观态度。其首席执行官黄仁勋相信，各监管机构最终会批准这笔交易。
   如果这场交易真的完成，那么意味着美将拥有世界上两大主流的指令集Arm和x86(已有)。
   目前，在消费级市场，Arm和x86这两种CPU架构几乎占据了全部的市场份额。你所使用的手机、平板、电脑的CPU，不是Arm架构就是x86架构。
   不过在Arm和x86市场份额的空隙中，还有一种CPU架构应用在消费级市场，它主要用在智能穿戴设备上 。
    它就是RISC—V指令集架构。 
      该指令集被很多厂商看好，其中包括率先推出x86处理器的英特尔。
      而作为国内消费级芯片市场一哥的华为海思，目前还没有正式的推出基于RISC—V的芯片。
   不过值得一提的是，用于HarmonyOS的Hi3861开发板的芯片应该是基于RISC-V开发，因为在它的开发环境中有提到“gcc riscv32”字样。
      网友们认为，这是华为从Arm转向RISC—V的标志事件。
    最关键的，RISC—V是完全开放的 
    或者说不受限制的 
   RISC-V指令集可以用于任何目的，允许任何人设计、制造以及销售RISC-V芯片和软件。
    它遵循BSD授权协议，不但使用不受限制，甚至开发者可以在其基础上发展的指令集架构闭源、收费。这都是完全运行的。 
   虽然该项目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。而且为了保证中立性，RISC—V基金会的总部特意从美国迁至瑞士。官方毫不避讳的表示，这就是为了确保美国之外的大学、政府及公司可不受**影响使用开源的 RISC-V。
   另外值得一提的是，在该基金会最核心的13名会员中，除了西部数据和SiFive其余都为中国企业。其中包括有能力基于Arm架构开发出高性能SoC、CPU的华为，以及在国内，手机SoC设计能力仅次于华为的紫光展锐。
    RISC—V能吸引华为等开发者的不只是它的开放性，更多的是其在技术上的优势。 
    关于RISC—V架构性能的描述 
   有 科技 媒体称，x86的特长在处理数据的量上，而Arm的特长在处理数据的速度上，二者各有优势，难以互替，而RISC—V则兼具二者一定的优势。
   该指令集用于现代计算设备，设计者考虑到了这些设备用途中的性能与功率、效率问题。除此之外，RISC—V还具有众多支持的软件，这解决了新指令集通常的弱点。
    架构精简，门槛低 
   RISC-V基础指令集只有40多条，加上其它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。
   早已商用架构的x86和Arm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，所以在这些架构上开发的门槛很高。
    模块化 
   RISC-V将不同的部分以模块化的方式组织在一起，并试图通过一套统一的架构来满足各种不同的应用场景，这种模块化是x86与ARM架构所不具备的。
   除此之外，RISC—V架构还具有完整的工具链、易于移植等优势。
    一个对RISC—V架构的误解 
   因为目前还没有性能达到x86或Arm高端CPU水平的RISC—V处理器，所以很多人以为RISC—V架构是专门针对都性能要求不高的低功耗处理器设计，但其实，基于该架构的处理器是可以面向高性能计算场景的。
   目前学术界已经有基于RISC-V架构的511核处理器（Celerity)。
   而在商用上，SiFive自称RISC—V阵营中性能最强的P550CPU在四核心下，占用的芯片大小与单个Arm Cortex-A75相同，但P550在性能上表现更佳。
   P550在SPECINt 2006测试中的得分为8.65/GHz（P550 delivers 8.65 SPECInt 2006 per GHz），可以与Cortex-A75相媲美。
   基于RISC—V架构，是可以开发高性能CPU的，但需要充足的资金，长期的研发。
   比起已经大规模商用的Arm和x86，RISC—V还处在早期阶段，日后基于此架构的高性能CPU会来的。

4. ARM 如何应对 RISC-V 的搅局？

RISC-V正在成为硅谷、中国乃至全球IC设计圈的热门话题，有人将之比作“半导体行业的Linux”。作为嵌入式生态和移动端芯片的武林盟主，ARM公司自1990年成立以来，一直保持低调。然而最近，ARM因为与RISC-V的纠纷让这家IP巨头成为焦点。
  
 昨天凌晨，全球最大芯片架构（IP）供应商Arm在美国加州圣荷塞举办的一年一度的最大技术年会 Arm TechCon大会宣布推出一项全新的功能Arm Custom instructions，允许客户在特定的CPU内核引入自定义指令功能，从而让客户能够编写自己的定制指令来加速特定的用例、嵌入式和物联网应用程序。
  
 此举一出，Arm无疑增强了芯片合作伙伴的灵活性和差异化，以支持机器学习、人工智能、自驾车、5G 与物联网等全新边缘运算的机会，让其在与完全开放的精简指令集架构RISC-V的竞争中把握主动权，在自己未来5年重回上市的道路上注入了强心剂。在很多读者看来，这是Arm在Risc-V的攻势下做得又一个应对。
  
 RISC-V这个2010年由伯克利研究团队基于自身科研项目而设计的一款CPU全新指令集架构，真的有那么可怕吗？
  
 
  
 RISC-V架构的设计哲学就是“大道至简”，在IC繁杂的设计工作中，越简单的设计往往是越可靠的，RISC-V架构就是力图通过架构的定义使得硬件的实现足够简单。其特点在于精简、开源开放、模块化及可定制扩展，RISC-V也成为至今为止最具备革命性意义的开放处理器架构。
  
 不得不说，RISC-V已成为当下最受关注的指令集，不止在全球，尤其是中国更是掀起了热潮。具体表现在联盟的成立、国家政策的支持、企业的布局等等。从目前的情况来看，中国可谓是扛起了RISC-V架构的大旗。
  
 目前国内的平头哥、兆易创新、华米、乐鑫、芯来、格兰仕等众多厂商都有推出基于RISC-V架构的芯片，此外华为也在积极的研发基于RISC-V架构的芯片。
  
 不过，需要指出的是，虽然RISC-V来势汹汹，但是其在高性能这块与Arm的Cortex-A系列内核仍有较大差距，其优势更多还是在于免费、低功耗、易扩展等，这也使得目前RISC-V的应用生态主要集中在物联网领域。对于Arm的威胁也主要是在物联网市场。
  
 早在2017年6月20日，Arm宣布其Cortex-M0/M3处理器内核免收授权费用，版权费也很低。在当时Cortex-M0/M3特别受业界欢迎的时候，Arm毅然放弃授权费，其目的就是要达到实现一万亿的出货量，吸引更多从事IoT的厂商采用Arm的这两个内核。
  
 今年7月，Arm又宣布推出全新的灵活接入（Flexible Access）式IP授权方式——Arm Flexible Access。它允许芯片设计师在为最终的选择支付授权费之前，尝试不同的芯片设计。目的是让人们更容易买得起ARM IP，同时也可以使得客户根据需求评估更广泛的产品。
  
 近日，Arm又发起另一波反击，据Arm中国官方微信报道，Arm首席执行官Simon Segars 在10月9日的Arm TechCon 2019大会中宣布推出Arm Custom Instructions（客制化指令），这是针对Armv8-M架构新增的功能。
  
 2020年上半年开始，客制化指令初期将在Arm Cortex-M33 CPU上实施，并且不会对新的或既有授权厂商收取额外费用，同时让SoC设计人员在没有软件碎片化风险下，得以针对特定嵌入式与IoT应用加入自己的指令。
  
 手机时代已去，物联网俨然已成新角斗场，摩尔定律衰落，以及对边缘计算性能的不断增长的需求，导致了对产品定制和专门化的需求。物联网高度碎片化的市场以及芯片低功耗的要求，RISC-V的搅局让Arm不得不调风转舵，以回击挑战。

5. riscv架构和arm的区别

从2010年夏天开始，伯克利研究团队大约花了四年的时间，设计和开发了一套完整的新的指令集。这个新的指令集叫做RISC-V，指令集从2014年正式发布之初就受到多方质疑，到2017年印度政府表示将大力资助基于RISC-V的处理器项目，使RISC-V成为了印度的事实国家指令集。再到今年国内从国家政策层面对于RISC-V进行支持，上海成为国内第一个将RISC-V列入政府扶持对象的城市。IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、谷歌、特斯拉、华为、中天微、中兴微、阿里、高云、中科院计算所等国内外150多家企业与科研机构的加入RISC-V阵营。

经过短短几年时间，RISC-V不仅有政策的支持，企业和学术圈对这个开源指令集的关注度不断提高，甚至让Arm也感受到了压力。因为自RlSC-V 2010年在伯克利大学诞生以来，业界出现最多的一个声音就是，RISC-V可能改变现有的由Arm和Intel X86主导的处理器架构竞争格局，尤其将会对Arm在消费类、IOT等嵌入式市场造成冲击。


ARM与RISC-V的区别

ARM架构和RISC-V架构都源自1980年代的精简指令计算机RISC。两者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。ARM是一种封闭的指令集架构，众多只用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，经过几十年的发展演变，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。


未来ARM和RISC-V的竞争将会何去何从？

目前ARM占据了以移动设备为代表的处理器IP的绝大部分市场，而RISC-V则是后起之秀。那么，未来会何去何从呢？

ARM与RISC-V的竞争有点像上世纪末的Windows和Linux之争，ARM和RISC-V的未来竞争格局也可能类似。首先几乎可以肯定的是，在ARM的传统优势领域，即手机领域，RISC-V基本没有机会，因为手机经过十年迭代后不太会彻底改变处理器内核了，这也和目前Windows经过二十多年风雨仍然是PC市场操作系统龙头老大一样。但是，在新兴的领域，RISC-V和ARM都处于同一起跑线上，而RISC-V凭着指令集开源等特性很有可能可以击败ARM，或者至少能够占据可观的市场份额。目前这样的新兴市场主要是物联网市场。物联网市场有长尾化的特性，拥有众多细分市场，同时对于功耗有很高的要求，因此对于可以针对不同应用灵活修改指令集和芯片架构设计的RISC-V有优势，相比之下使用ARM往往只能做一个标准化设计，很难实现差异化。此外，物联网市场对于成本较敏感，RISC-V免费授权的特点对于芯片厂商也很重要。在RISC-V基金会名单中，我们可以看到高通、联发科这样重点布局物联网的企业。而在目前很火的AI芯片市场，ARM和RISC-V则尚看不出明显的优劣。这是因为高性能AI芯片中无论是使用ARM还是RISC-V的核，主要都是作为控制器来使用，最主要的也是最核心的计算单元往往是电路设计师自行设计而不会使用IP；另一方面AI芯片的利润空间往往较大，因此RISC-V的免费的特点并没有带来特别大的优势。

6. RISC-V架构能否有效挑战ARM和英特尔？

RISC-V架构短时间内很难挑战ARM和英特尔，未来还是有很大可能性的，比如当初谁能想象华为海思有挑战高通、苹果的能力呢？在这之前，我们要明确的知道，我们到底在谈论什么？RISC-V指的是RISC系列指令集的第五代产品，对应的是ARM指令集、英特尔的X86（含64位）指令集。下图是为了更好的帮助我们理解指令集。



指令集存储在CPU内部，引导CPU进行运算，并帮助CPU更高效运行，介于软件和底层硬件之间的一套程序指令合集。可以理解为是CPU的大脑。CPU主要有两大指令集复杂指令集架构，包含X86。精简指令集架构，包含ARM、MIPS和RISC-V。复杂指令集架构和精简指令集架构有什么区别呢？举个例子：命令一个人吃饭，那么我们应该怎么命令呢？直接对他下达“吃饭”的命令，或者命令他“先拿勺子，然后舀起一勺饭，然后张嘴，然后送到嘴里，最后咽下去”。从这里可以看到，对于命令别人做事这样一件事情，不同的人有不同的理解。



有人认为先给接受命令的人足够的训练，让他掌握各种复杂技能（在硬件中实现对应的复杂功能），那么以后就可以用非常简单的命令让他去做很复杂的事情——比如只要说一句“吃饭”，他就会吃饭。有人认为这样会让事情变得太复杂，毕竟接受命令的人要做的事情很复杂，如果你这时候想让他吃菜怎么办？难道继续训练他吃菜的方法？我们为什么不可以把事情分为许多非常基本的步骤，这样只需要接受命令的人懂得很少的基本技能，就可以完成同样的工作，无非是下达命令的人稍微累一点——比如现在我要他吃菜，只需要把刚刚吃饭命令里的“舀起一勺饭”改成“舀起一勺菜”，问题就解决了，多么简单。这就是“复杂指令集”和“精简指令集”的逻辑区别。 X86、ARM、RSIC-V这三种架构的主要应用方向：



X86：传统PC市场的主流，善于处理大数据，IP掌握在英特尔和AMD手中；ARM：移动（手机）市场，处理快数据为主，目前也使用在便携笔记本中，IP大部分掌握在ARM公司；RISC-V：当需要同时兼顾数据传输速度与传输量时，X86、ARM架构的胜任能力有限，RISC-C表现出了较强的优势。



RISC-V的优势RISC-V是全面开源免费的，允许任何用户自由修改、扩展，而ARM需要支付高昂的IP费用才可以使用。



RISC-V最大的特性在于“精简”，X86和ARM的架构篇幅动辄几百数千页，RISC-V的规范文档仅有145页，且“特权架构文档”的篇幅也仅有91页。RISC-V的基本指令数目仅40多条，加上其他的模块化扩展指令，总共也只有几十条指令。



RISC-V将不同的部分以模块化的方式组织在一起，并试图通过统一的架构来满足各种不同的应用场景，这种模块化是X86和ARM架构所不具备的。



RISC-V也可用于手机、服务器，但它的优势在于即将登场的物联网时代RISC-V作为新兴架构，以其精简的体量，或许在未来的IOT领域中能取得绝对的优势。IOT领域对AI芯片既要求高计算能力，又要求低延迟，同时芯片的成本要低。RISC-V就是站在未来的这个风口上，但能不能飞得起来还是一个未知数。



RISC-V也并不是没有对手，MIPS也属于精简指令集架构，它们有很多的相似的地方。另外英特尔、ARM、AMD等巨头都已经看到了下一场的盛宴是物联网，都已经纷纷提前布局物联网。又有谁能预测到未来会不会半路再杀出个程咬金来呢？以上个人浅见，欢迎批评指正。认同我的看法，请点个赞再走，感谢！喜欢我的，请关注我，再次感谢！

7. ARM与RISC-V：谁将赢得这次的处理器大战？

 
   
   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操作系统。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，同时庞大的社区为操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。
   

8. CPU市场三分天下 RISC-V有机会与Intel主导的x86、ARM架构一搏吗？

 Intel主导的x86市场应用规模目前难以被RISC-V架构取代，而RISC-V架构看似有相当大的发展空间，但实际上也有不少问题，目前RISC-V架构虽然吸引不少一线厂商采用，但现阶段要成为市场主流，似乎还需要更多时间投入发展。
  以目前CPU市场来看，大致区分以Intel为主的x86架构，以及ARM推行的ARM架构设计为大宗，虽然过去也有诸如MIPS或IBM主导的PowerPC等架构设计，但规模并未像x86、ARM架构占据大部分处理器市场。而自2010年从加州大学柏克莱分校以研究专案打造的RISC-V架构设计，本身以开源架构形式吸引包含IBM、恩智浦、Weatern Digital、NVIDIA、Qualm、三星、Google、华为、Tesla在内厂商加盟，或许未来将有机会以「CPU界的Linux」形式蓬勃发展。
  href="mashdigi/wp-content/uploads/2018/07/1200px-Yunsup_Lee_holding_RISC_V_prototype_chip.jpg"> RISC-V处理器原型[/
  相比Intel提出的x86架构封闭性，目前仅有AMD、威盛 (VIA)在内厂商使用，而ARM提出的ARM架构则必须支付高昂授权费用才能使用，或由ARM同意是否继续授权，RISC-V架构由于采彻底开源设计，并且使用BSD License开源协定，允许使用者任意取用，并且可任意进行修改，甚至允许用于商业销售，因此从2010年提出以来就受到不少关注。
  由于采精简架构设计，RISC-V架构指令集最初仅有不到50组的指令，同时研究团队更仅以3个月时间便完成第一版指令集，后续更因为采开源使用模式，使得RISC-V架构陆续加入更多指令集，甚至因应特定使用需求增加更多专属指令。
   
  目前包含IBM、恩智浦、Western Digital、NVIDIA、Qualm、三星、Google、华为、Rambus、美高森美、Marvell、联发科、SK hynix、Seagate、CEVA、阿里巴巴、Allwinner、猎户星空，以及加州大学柏克莱分校、麻省理工学院、普林斯顿大学、苏黎世联邦理工学院、印度理工学院、罗伦兹国家实验室、新加坡南洋理工大学及中国中科院计算所等学术机构，均先后加入采用RISC-V架构，就连Tesla也在近期内宣布加盟，预计借由RISC-V架构打造其车款使用处理器。截至2017年11月，RISC-V架构已经吸引超过138家公司、35所学术机构加盟使用，甚至更获得印度 *** 机构采用，借此发展国家资助处理器设计。
  以RISC-V架构精简形式设计，现阶段已经可以对应执行64位元运算模式，相比采用ARM Cortex-A5架构设计的处理器相比，使用RISC-V架构打造的处理器约可在运算效能提升10%，并且在占用面积精简49%，时脉运作功耗仅为Cortex-A5的43%，因此用于嵌入式装置可带来不少竞争优势。
  因此，Western Digital便表示将以RISC-V架构打造储存设备控制器，而NVIDIA也计画将RISC-V架构用于GPU内部控制元件，甚至美国国防高等研究计划署 (DARPA)也计画资助以RISC-V架构打航太设备控制晶片，另外也有不少新创团队开始透过RISC-V架构设计物连网设备使用晶片，软体方面也陆续加入JVM、LLVM、Python等常见开发工具。
  不过，虽然采完全开源架构，以及免费授权形式，RISC-V架构目前要超越Intel的x86架构，以及ARM架构，或许仍有相当大难度。
  主要因素除了Intel推动的x86架构市场已经相当庞大，几乎从传统PC到数据中心规模的伺服器都会使用x86架构处理器，同时相关软体带动的应用服务也有长达40周年发展历史，而ARM架构所产生庞大市场应用规模更难以被RISC-V架构取代，因此目前市场恐怕还是会由x86、ARM架构持续分占一段时间。
  而RISC-V架构看似有相当大的发展空间，但实际上也有不少问题，例如强调完全开源的设计，并且让取用者可任意加上专属指令集，甚至选择将架构封闭或维持开源，导致RISC-V架构目前也与过往MIPS架构发生一样问题，因为允许增加更多指令集，使得虽然都是以RISC-V架构设计，但可能无法共用相同指令集。
  在持续分化情况下，意味RISC-V架构将与目前Linux情况相同，虽然同样采Linux架构设计，却分化成不同使用环境，甚至有部分相容问题，因此目前RISC-V架构虽然吸引不少一线厂商采用，但现阶段要成为市场主流，似乎还需要更多时间投入发展。