记录2019之RISC-V | 莫怪Arm围堵 只因生而闪耀
本帖最后由 sky 于 2020-9-13 11:17 编辑2019年，整个半导体市场发生了太多大事件，美国实体名单、华为“备胎”方案、中国5G商用、台积电7nm量产……
如果要提取关键词，RISC-V一定要记入其中,因为它让一直处于“封锁”状态的处理器架构市场豁然开朗，并有望改变全球处理器市场的格局。
中国芯片市场长期浸泡在“重应用轻设计”的理念中，如果不是特朗普禁售“大棒”拍下来，恐怕至今还未醒，也将RISC-V从不温不火推向“熊熊燃烧”。
图源 | semiwiki
如今，华为、高通、谷歌、三星、英伟达、NXP等100多家科技公司已经加入RISC-V阵营，国内也有多家公司推出基于RISC-V架构的芯片，阿里平头哥、兆易创新、华米科技、乐鑫等均在其列。
针对RISC-V架构，业内也有诸多质疑。对此，与非网记者采访了半导体行业资深人士顾长怡先生。
顾长怡 | 个人简介
本硕毕业于上海交通大学，后获得美国南加州大学集成电路设计专业硕士学位，在美国多家公司从事嵌入式系统和FPGA开发工作，是美国PulseRain Technology公司的创始人。
2018年，全球首届RISC-V Soft CPU 设计大赛中，主持设计的PulseRain Reindeer 处理器内核脱颖而出荣获季军；第二届设计的PulseRain Rattlesnake处理器综合成绩获第一名。
RISC-V架构是否属于真正开源？
从技术层面看，开源架构分三种形式，即完全开源、部分开源、封闭模式。
封闭模式
英特尔的x86架构就是这种模式，不经过英特尔的授权其它公司无法使用x86架构设计芯片，目前国外只有AMD拿到了x86授权，国内只有兆芯通过威盛拿到x86授权。
部分开源
两种做法：一种是公开非核心部分，而核心部分则保持封闭。另外一种是将源代码做混淆处理(Obfuscation，比如将变量名替换为随机生成的字符串等)。
这两种做法都不利于社区的合作，使得其他人很难对现有设计做进一步的改进。对于社区合作来说，最好的方式当然是“完全开源”，这样有利于不同设计团队之间互相学习与合作，博采众长。
平时都说RISC-V是开源架构，实际上是指RISC-V指令集是完全开放的。但是对基于该指令集而实现的RISC-V处理器，则其设计并没有必要也向大众完全开放。
实际上，对于RISC-V处理器，其设计源代码可以采取上面提到的三种形式中的任何一种。不过因为指令集开放而产生的惯性，使得目前大部分的RISC-V处理器设计也都采用了“完全开源”的形式。
RISC-V架构解析 图源 | 网络
而这对RISC-V的发展是非常有利。除了前面提到的处理器设计可以博采众长以外，这还极大方便了操作系统和编译器的开发，并使系统优化整合变得相对容易。我觉得这种从下到上的完全开放才是RISC-V最大的技术优势。
目前，不仅采用RISC-V架构的芯片厂商越来越多，加入RISC-V阵营的IP厂商也在不断增加，国内相关厂商已推了针对RISC-V架构的IP产品。
随着IP厂商开启收费模式，RISC-V是否还算真正的开源架构？用户使用的门槛是否会持续加大？顾长怡给出答案。
RISC-V的处理器设计可以采取“完全开源”、“部分开源”、“封闭模式”这三种形式中的任何一种。
相信随着RISC-V商业化运营的深入，会有越来越多的公司选择后两者。不过，讨论谁是“真正的”开源架构可能并没有那么重要，毕竟“不管黑猫白猫，能捉老鼠的就是好猫。”
而且也不觉得用户使用的门槛会因为商业化运营而持续加大。恰恰相反，由于大量“完全开源”设计的存在和ARM的强势竞争，用户使用的门槛很可能会一直保持在比较低的水平。
RISC-V能否承载中国IC崛起之重？
自己强大才是真的强大，美国在芯片市场处处发难也激起了国内创业者自主研发IC的热情。
RISC-V的开源吸引了全球的关注，印度已经将RISC-V定为国家指令集；以色列国家创新局将基于RISC-V研制作为全国企业服务的处理平台。
图源 | Nikkei Asian Review
去年，RISC-V中国联盟成立，上海市政府宣布支持RISC-V架构芯片，RISC-V中国联盟秘书长包云岗认为，“RISC-V 指令集有望像开源软件生态中的Linux那样，成为计算机芯片与系统创新的基石。”
中国RISC-V联盟秘书处主任、中科院计算所高级工程师张科曾表示：
在各类芯片中，处理器芯片是设计与制造过程中最为复杂的一类芯片，被公认为“集成电路皇冠上的明珠”，更是各国争相抢占的制高点，而指令集架构是处理器芯片的“灵魂”。
如果处理器芯片能够基于开放、免费的指令集架构设计，并将设计源代码等文件开源，势必推动芯片及信息产业的新一轮变革。
在这样的大背景下，RISC-V被看作中国集成电路领域的新机遇，被寄予很高的期望， 顾长怡先生从技术角度发表自己的看法，RISC-V是否能承担起这样的责任，这个我不敢妄下断语。
可以肯定的是，RISC-V是目前最好选择。RISC-V不论是技术的先进性，还是软硬件生态系统的规模，目前在所有的开源指令集中都是最棒的。
RISC-V和Arm未来竞争格局如何？
在RISC-V压力下，Arm也在调整业务模式。2019年7月，Arm推出了Flexible Access业务模式。
RISC-V来势汹汹 图源 | SemiWiKi
一般情况下，合作伙伴从Arm获得单个组件的许可，并在使用该技术之前预先支付许可费用。而通过Arm Flexible Access模式，用户只需支付少量费用，就能获得广泛的技术组合。
该组合包括SoC设计所需的所有基本知识产权（IP）和工具，然后只需在产品准备好生产并开始发货时，向Arm支付许可费用和专利费用。
在2019年的Arm技术大会上，ARM宣布将在部分ARMv8 Cortex-M系列CPU内核中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。
随着移动互联网市场走向饱和，Arm已经意识到危机，“加入自定义指令功能”、“下调IP授权费”就是在应对RISC-V架构带来的冲击，ARM Cortex-M系列CPU内核主要应用于对性能要求较低、对于功耗和成本要求较高的物联网领域。
关于RISC-V给Arm带来的威胁，顾长怡表示，“除了祖师爷SiFive之外的其它RISC-V公司，如果要单纯重复ARM这种License + Royalty的商业模式，在发展上也许会遇到瓶颈。这可能会导致未来只有拥有RISC-V物理芯片产品的公司才能获得较大的发展机遇。”
短期内，ARM依然会占据中高端市场，而RISC-V则会在一些碎片化的市场领域，比如高校教育培训、物联网等占据比较大的份额。
未来，RISC-V要在物联网应用上实现完全的统一也许很难，但会占据比较大的市场份额。因为像物联网这样严重碎片化的应用场景，对客制化的需求非常大，RISC-V天生的开放特性，成为首选。
工程师们应该如何学习RISC-V技术？
图源 | Antmicro
越来越多工程师开始学习RISC-V技术，在学习过程中，工程师应该注意哪些问题？与非网记者也让顾长怡先生站在工程师的角度进行解答。
最重要的就是要学习RISC-V的设计思想。
RISC-V在其形成过程中，从其它各种流行的指令集吸取了经验教训，并做了改进、创新和取舍。而这种在各种方案中进行分析比较，并做出折衷的过程，也许是工程师最重要的技能之一。
因为在工程项目之初，往往有许多互相矛盾的设计需求，这个时候make meaningful compromise往往是项目成败的关键。而RISC-V背后的设计思想，则很好地体现了这个过程，很有学习和借鉴价值。
世界已进阶至2020，亲眼所见也并非为真，所以赠人玫瑰也不一定手留余香
本书名《基于FPGA与RISC-V的嵌入式系统设计》。
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