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ARM紧张了!中国大爱的CPU架构步步紧逼

发布时间:2019-05-28 06:48

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  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。

  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,88必发娱乐华米也发布了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。

  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。

  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。

  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。

  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。”

  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。

  另外,RISC-V在全球范围内有超过235个成员,加入基金会的中国公司只有二十多个。方之熙对此表示,希望鼓励和看到更多中国公司加入RISC-V基金会。

  他表示,加入RISC-V基金会每年的会费最低只要5000美金,对于一家公司而言这并不算很多的费用。但加入基金会有很多好处,不仅能够参加委员会的各种活动,能够与来自不同背景不同公司的人讨论各种提案,也能够加深对RISC-V的理解。

  并且,RISC-V基金会非常民主,在讨论新的指令和标准时,如果中国公司不参与其中,如果有建议自然就不会被采纳。

  RISC-V作为新的开源指令集架构引发了全球的关注,去年ARM建立网站对RISC-V攻击的行为表明了ARM对于这个新架构的担心。

  在采访方之熙博士的过程中,他一直强调RISC-V灵活性的优点。这从很大程度上证明了让ARM真正感到焦虑的,是RISC-V的灵活性,这种灵活性能够更好地满足未来市场的需求。

  基于RISC-V的灵活性,它能够在IoT、专用芯片、数据中心、边缘计算市场发挥出性能、功耗、安全性的优势。

  当然,我们也要看到RISC-V确实存在的问题,比如碎片化的风险,以及生态系统的建设还处于非常早期的阶段,想要设计相对复杂的RISC-V芯片仍然需要工具链的支持。

  不过,一个指令集的成功涉及到许多因素,因此RISC-V能否成功我们拭目以待。至于中国芯能否抓住RISC-V的机会实现自主可控的一套芯片,我们保持乐观。

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