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RISC-V能成为“中国芯”的希望?

说到中美贸易问题,不得不说到芯片——不管是对于中兴还是华为,最终都被芯片“卡住”脖子。

但中兴与华为又有些许不同:中兴芯片主要来源于采购,一旦断供,中兴无“芯”可用;而华为虽然具备芯片设计的能力,但其主要采用arm架构,同时芯片生产过程中采用了大量美国专利——目前涉及美国专利的相关软件及硬件,均无法为华为生产任何芯片。

而在近期,中国中国科学院大学公布了首期“一生一芯”计划成果——在国内首次以流片为目标,由5位2016级本科生主导完成一款64位RISC-V处理器SoC芯片设计并实现流片,芯片能成功运行Linux操作系统以及学生自己编写的国科大教学操作系统UCAS-Core。

这一消息不免有点振奋人心——中国能否通过RISC-V,从而避免再次被国外企业“卡”脖子?

然而,RISC-V并不是一款新技术,但随着RISC-V多年来的发展,逐渐被人们认定为其未来将成为arm的替代者!

RISC-V为何成为突破口?

RISC-V(读作RISC Five),意思是第五代精简指令处理器,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。

RISC-V作为全新的指令集架构,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芯片和软件而不必支付给任何公司专利费。

据了解,ARM的芯片设计就是基于早期的RISC架构,为了遏制RISC-V崛起,AMR还曾做过一个域名为riscv-basics.com的网站,从成本、生态系统、碎片化风险、安全性和设计保证上对RISC-V进行攻击。

由此可见,RISC-V已经与ARM形成了竞争,而对于x86来说也同样如此。简单点来说,RISC-V的应用,已经对英特尔、AMD等企业产生了一定的影响。

但就目前而言,在PC和服务器市场,RISC-V面对地固根深的x86而言,并不会掀起太多浪花。但在物联网产业中,RISC-V已经成为主流。

据了解,相对于传统的x86和Arm架构,RISC-V具有三个优势, 即精简、模块化和可扩展性。

(1)精简

RISC-V的基本指令集RV32I只有47条指令,而x86指令集已经超过1400条,arm指令集也增加到1200条。同时,x86和arm以每月两条的速度在增加,而RISC-V不会继续增加任何指令集。

与此同时,RISC-V晶粒仅仅只有0.14mm2,其处理器占用面积可以有效缩小。

(2)模块化

由于RV32I是固定不变的,可以为编译器编写者、操作系统开发人员和汇编语言程序员提供了稳定的目标;

(3)可扩展性

由于RISC-V采用了标准扩展,根据应用的需要,硬件可以包含或不包含这些扩展。但扩展有严格限制,给客户提供了专属的定制化空间,不会出现碎片化现象。

基于这些特点,RISC-V在物联网产业中得到全面的应用——由于物联网产业规模大、碎片化严重等,RISC-V可以根据物联网产品的需求进行快速搭建,满足物联网市场的各类需求。

为此,大量企业在RISC-V中布局,其中不仅仅是英伟达、谷歌、西数等企业,还有国内的华米、君正等企业。同时,国内为了加快RISC-V的布局,中科院计算所牵头成立了中国开放指令生态(RISC-V)联盟。

除此之外,上海市政府还出台了专门针对RISC-V的扶持政策,从而让RISC-V在国内得到快速发展及应用。

虽然从表面上看,RISC-V似乎已经成为未来中国的发展方向,但对于中国而言,RISC-V已经遇到了“瓶颈”。

RISC-V的“瓶颈”

当我们一次又一次的说RISC-V是开源架构的时候,2020年2月18日,RISC-V基金会董事长Krste Asanovic在其官网上出人意料地发布了一篇博客《RISC-V不是开源处理器》。

据Krste Asanovic说道,RISC-V开源的仅仅是指令集架构。即RISC-V虽然开源了,但如果基于指令集进行处理器的研发,对于企业来说是一个沉重的负担。

为了避免这一问题,RISC-V基金会与部分企业展开了合作,让有能力的芯片设计企业在RISC-V架构的基础上加入了很多属于自己的IP进行扩展,推出自己基于RISC-V设计的商业IP——但这部分处理器并非免费,而是作为付费使用。而在这一过程中,不同企业的处理器规格及标准并不相同。

而对于中国企业而言,大部分企业自身并不具备相关的设计能力——就目前而言,仅有小部分企业能够实现对RISC-V进行扩展,大部分企业依然是选择采购成品处理器。

除此之外,RISC-V虽然经过数年的高速发展,但就目前而言并未形成完善的生态链——发展时间相对较短,还未形成良好的使用环境。而arm及x86在多年的发展下,其处理器已经涵盖所有行业及市场,价格更是从数元到千元均有布局。

特别是在市场中,由于RISC-V尚未有革命性的变化,导致大量参与企业只能进行处理器设计及生产,并销售到其他国家或企业,再无其他利润来源。

RISC-V,中国处理器的出路

为了规范RISC-V在国内的发展,国内成立了大量基于RISC-V的联盟及协会,对于整个行业来说,RISC-V已经呈现出超越arm及x86的趋势,但就技术方面而言,RISC-V更多的是弥补arm及x86在物联网产业方面的不足为主,而非取代。

但值得一提的是,RISC-V虽然有着诸多不足,但对于中国而言或许是arm及x86的替代品——对于中国而言,亟需一款能与arm及x86的相对抗的处理器,而RISC-V将是最好的“盾牌”。

当然,当中国把RISC-V完全研究透彻后,将以RISC-V为基础,研发出更适合时代发展的处理芯片。

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