什么是RISC-V?為什么重要?

在過去的幾個月中，美國商務(wù)部已經(jīng)切斷了那些被認為與重要知識產(chǎn)權(quán)和用于制造高端芯片的制造設(shè)備有軍事聯(lián)系的中國公司。同時，該機構(gòu)已采取措施，阻止許多公司從美國芯片制造商（如英特爾）那里采購預(yù)制芯片。

面對這種技術(shù)上的脫鉤，像阿里巴巴，華為和中興這樣的中國公司已經(jīng)開始在“硅盒”之外進行思考，并開始研究RISC-V，以此來與美國芯片制造商保持距離。

什么是RISC-V，為什么重要？

RISC-V首席技術(shù)官Mark Himelstein說：“ RISC-V是一種開放的硬件，開放源代碼的硬件指令集體系結(jié)構(gòu)。”

顧名思義，RISC-V是一種精簡的指令集計算機（RISC）架構(gòu)，與Arm，Power或Sun SPARC并無不同。但是與以前的RISC處理器不同，RISC-V是完全開源的，任何人都可以免費使用。它也很小，只有47條指令。相比之下，Arm有200多條指令，而AMD和Intel使用的復(fù)雜指令集計算機（CISC）架構(gòu)可以遠遠超過1，500條指令。

指令是這些芯片可以執(zhí)行的最基本的計算。一個指令可能是加法，而另一指令可能是減法或乘法。RISC-V背后的想法是使指令集盡可能的小，以便實現(xiàn)者可以使用擴展名添加對他們重要的指令。

擴展可用于啟用更高級的數(shù)學(xué)運算，例如矩陣或縮放器計算，這在更復(fù)雜的用例中是必需的。這意味著RISC-V可以進行縮減以使其表現(xiàn)得更像ASIC或FPGA，或者最終可以進行擴展以與基于Arm或x86的系統(tǒng)競爭。

這種針對特定用例定制指令集的能力是基于RISC-V的芯片如此高效（至少在嵌入式環(huán)境中如此）的原因之一。

“在我看來，關(guān)于RISC-V的最大優(yōu)點是它具有的靈活性和可擴展性。它的設(shè)計使用期限為50年，” Himelstein說?！斑@種擴展模型以及我們?nèi)绾螌⑵浣M合在一起，真是太棒了。”

填補虛空

在此階段，大多數(shù)RISC-V開發(fā)都針對功率是主要因素的嵌入式控制器，IoT和5G應(yīng)用。但是，該架構(gòu)的開源性質(zhì)意味著它在很大程度上不受針對中國科技公司的貿(mào)易限制的影響。

Forrester首席咨詢分析師Charlie Kun Dai表示：“美國貿(mào)易限制對中國先進的半導(dǎo)體制造的影響至關(guān)重要，涵蓋了材料，設(shè)備和電子設(shè)計自動化軟件等幾乎所有領(lǐng)域?！?“中國正在進行戰(zhàn)略投資以加速本地創(chuàng)新，但這是一個漫長的征途?！?/p>

阿里巴巴，華為和中興通訊只是加入RISC-V International的幾十家中國公司中的三家。

Forrester Research基礎(chǔ)設(shè)施和運營副總裁兼研究主管Glenn O‘Donnell解釋說，由于貿(mào)易緊張局勢使中國科技公司更難以使用基于x86甚至是基于Arm的芯片，因此對開源替代方案的需求變得更加明顯。

他說：“當(dāng)你陷入困境時，你必須做些事情?！?“開發(fā)一個全新的架構(gòu)幾乎是不可能的。我不會說這是不可能的，但我只是無法想象有一家公司承擔(dān)這一責(zé)任，甚至像華為這樣的公司。”

阿里巴巴的RISC-V賭注

因此，像阿里巴巴這樣的公司沒有重新發(fā)明輪子，而是開始基于RISC-V架構(gòu)來構(gòu)建芯片。公共云提供商的平頭哥半導(dǎo)體是率先將高端RISC-V芯片推向市場的公司之一。

“ RISC-V作為封閉式和昂貴的（指令集架構(gòu)）的替代品非常有吸引力，” 平頭哥的邊緣產(chǎn)品負責(zé)人Yu Pu在2020年Hot Chips大會上說?！伴_放和免費的RISC-V ISA通過開放標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)作來加速處理器創(chuàng)新?？蓴U展性，可擴展性和模塊化功能使處理器可以針對特定領(lǐng)域的工作負載進行定制和優(yōu)化。”

Pu表示，這使RISC-V非常適合諸如機器學(xué)習(xí)加速器，網(wǎng)絡(luò)處理，安全區(qū)域和存儲控制器之類的工作負載。

XT910玄鐵處理器-以中國傳說中的沉重黑鐵劍命名，并于去年8月發(fā)布，它是一款基于RISC-V的16核芯片，工作頻率在2 GHz至2.5 GHz之間。該芯片基于12納米制造工藝。

該芯片本身旨在用于云邊緣和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。根據(jù)平頭哥的說法，XT910大致等效于基于Arm Cortex-A73核心架構(gòu)的使用了三年的智能手機處理器。

Dai解釋說，目前，這些芯片主要針對邊緣計算和消費電子產(chǎn)品的計算機視覺等領(lǐng)域的物聯(lián)網(wǎng)場景。

盡管基于RISC-V的芯片仍處于初期階段，但阿里巴巴和平頭哥認為該平臺有機會超越邊緣。“盡管在技術(shù)和生態(tài)系統(tǒng)方面，不斷發(fā)展的RISC-V架構(gòu)還不夠成熟，但我們認為它具有巨大的潛力，” Pu說。

一把雙刃劍

中國芯片制造商面臨的挑戰(zhàn)是雙重的。首先是架構(gòu)。除了移動和物聯(lián)網(wǎng)以外，全世界都在Intel和AMD生產(chǎn)的x86處理器上運行。

但是，這只是問題的一半。中國面臨的第二個挑戰(zhàn)涉及基礎(chǔ)設(shè)施，或者說缺乏基礎(chǔ)設(shè)施。幾乎每種現(xiàn)代半導(dǎo)體都是由美國，臺灣和韓國這三個國家/地區(qū)中的少數(shù)幾個公司生產(chǎn)的。平頭哥的XT910實際上是由臺積電（TSMC）生產(chǎn)的。

中國最大，最先進的芯片制造廠半導(dǎo)體制造國際公司（SMIC）直到最近才具備生產(chǎn)基于14納米節(jié)點的芯片的能力。相比之下，臺積電和三星在5納米節(jié)點上生產(chǎn)芯片，而英特爾正在將7納米芯片推向市場。

因此，盡管RISC-V可能是x86和Arm處理器的一個有前途的替代品，但要趕上西方的競爭對手，中國還有很長的路要走。
責(zé)任編輯:tzh