问题

RISC-V 架构能否有效挑战 ARM 和英特尔?

回答
RISCV 挑战 ARM 和英特尔,这可不是一句空洞的口号,而是正在发生的现实。要理解这个挑战的深度和广度,我们需要把目光放得更长远,从技术根源、生态建设、应用场景等多个维度来剖析。

首先,我们得明白 RISCV 的“核”在哪里。它不像 ARM 那样由一家公司主导设计和授权,而是一个开放的指令集架构(ISA)。这意味着任何人都可以免费使用、修改和扩展 RISCV ISA,并基于此设计自己的处理器核心。这种开放性带来的好处是显而易见的:

降低门槛,激发创新: 对于初创公司、学术机构以及那些希望定制化处理器设计的企业来说,不再需要支付高昂的授权费用给 ARM 或 Intel。这极大地降低了进入门槛,允许更多资金和人才投入到处理器创新本身,而不是被授权模式束缚。可以想象,过去那些因为高昂的授权费而望而却步的创新想法,现在有了实现的可能。
高度的灵活性和可定制性: RISCV 的模块化设计允许开发者根据具体应用需求,选择和组合不同的指令集扩展(如整数运算、浮点运算、向量处理等)。这使得 RISCV 在物联网(IoT)、嵌入式系统、人工智能(AI)加速器等领域拥有天然的优势。你可以为一个低功耗的传感器设计一个极其精简的 RISCV 核心,也可以为高性能计算集群定制一个拥有强大向量处理能力的 RISCV 核心,这种“量体裁衣”的能力是封闭指令集难以比拟的。
避免供应商锁定: 过去,对 ARM 或 Intel 架构的依赖意味着企业需要接受其发展路线图和授权条款。一旦 RISCV 生态成熟,企业就可以摆脱这种依赖,拥有更多自主权,这对于追求长期战略自主性的国家和企业而言,具有极大的吸引力。

那么,ARM 和 Intel 在做什么,他们如何应对?

ARM 的地位: ARM 在移动设备和嵌入式领域拥有压倒性的市场份额,其 CPU 性能、能效比以及丰富的生态系统(包括软件、工具链、IP 核供应商)都是其强大的护城河。但 ARM 的授权模式本质上是“授权费 + 版税”模式。虽然它保证了性能和生态的成熟度,但也意味着成本和灵活性上的限制。

Intel 的挑战: Intel 长期以来是 PC 和服务器市场的领导者,其 x86 架构以高性能著称。然而,Intel 在移动和嵌入式市场的表现相对较弱,其对生态系统的控制力同样很强。RISCV 的低功耗和高定制性正好弥补了 Intel 在某些特定市场的不足。

RISCV 如何“挑战”?

1. 从“小”开始,逐步渗透: RISCV 最早是在嵌入式领域崭露头角。物联网设备、微控制器(MCU)等对成本和功耗极为敏感的领域,天然适合 RISCV 的优势。一旦 RISCV 在这些领域站稳脚跟,积累了足够的设计经验和用户基础,它就有机会向上延伸,挑战 ARM 在智能手机、平板电脑等高端市场的地位。我们已经看到一些公司开始推出 RISCV 的应用处理器,虽然距离与 ARM 在高端市场全面竞争还有一段距离,但趋势是明确的。

2. 与特定领域深度融合:
AI 加速器: AI 训练和推理对并行计算能力要求极高。RISCV 的向量扩展(V Extension)为开发高性能 AI 加速器提供了极大的灵活性。相比于固定指令集的 ASIC,RISCV 芯片可以根据不同的 AI 模型和算法,灵活地定制指令集和硬件架构,从而实现更高的效率和更好的性能。
高性能计算(HPC): 一些研究机构和科技公司正在积极探索将 RISCV 应用于高性能计算领域,例如设计专门的 RISCV 集群来处理特定的科学计算任务。虽然在通用 CPU 领域与 Intel 的 Xeon 和 AMD 的 EPYC 直接竞争还需时日,但在特定计算加速场景下,RISCV 的定制化能力可能会带来惊喜。
数据中心: 一些云服务提供商和硬件厂商也在尝试使用 RISCV 来设计数据中心内的专用加速器或低功耗服务器芯片,以降低成本和提高效率。

3. 生态系统的建设: RISCV 的核心竞争力不仅仅在于指令集本身,更在于其围绕指令集建立起来的生态系统。
工具链: 编译器(如 GCC、LLVM)、调试器、仿真器等软件工具是处理器设计的生命线。RISCV 的开源属性吸引了大量的开发者参与到工具链的完善中,使其发展速度非常快。
操作系统支持: Linux、FreeRTOS 等主流操作系统对 RISCV 的支持日益完善,为 RISCV 的普及奠定了基础。
IP 核供应商: 越来越多的公司开始提供 RISCV CPU IP 核,从低功耗的微控制器到高性能的应用处理器,覆盖了广泛的应用场景。
硬件设计和验证: 随着 RISCV 的流行,更多的 FPGA 厂商和 EDA 工具提供商也开始为 RISCV 提供支持,方便了硬件设计和验证。

真正的挑战和瓶颈:

尽管前景光明,RISCV 的挑战也并非无迹可寻。

成熟度和稳定性: 相较于 ARM 和 Intel 经过数十年积累的成熟度和稳定性,RISCV 在某些高级特性和完整性方面还有待进一步完善。例如,在某些复杂的指令集扩展、特权模式管理以及安全特性方面,可能还需要更长时间的打磨。
性能的“最后一公里”: 在通用高性能 CPU 领域,虽然 RISCV 的核心设计和 ISA 本身并不落后,但要达到甚至超越 ARM 和 Intel 在高端服务器和个人电脑上的性能水平,需要大量的工程投入和优化,包括微架构设计、缓存管理、分支预测等方方面面。这需要时间来积累经验和突破技术瓶颈。
软件生态的深度: 尽管主流操作系统已经提供了支持,但许多行业特定的、高度优化的软件库和应用仍然是基于 ARM 或 x86 架构开发的。将这些软件移植并优化到 RISCV 平台需要时间和资源。
生态的协同: 开放 ISA 的一个挑战在于如何协调众多参与者的开发方向,确保整体生态的协同发展,避免碎片化。虽然 RISCV 国际基金会在此发挥着重要作用,但管理如此庞大且多样化的生态系统并非易事。

结论:

RISCV 挑战 ARM 和 Intel,不是一场短兵相接的闪电战,而是一场更为深远且多维度的“迂回战”。它通过开放的 ISA 和灵活的定制化能力,正在逐步蚕食 ARM 和 Intel 在特定市场的份额,尤其是在物联网、嵌入式、AI 加速等领域。随着生态系统的不断成熟和完善,RISCV 有潜力在通用计算领域,尤其是在数据中心和高性能计算等新兴场景下,与 ARM 和 Intel 形成更直接的竞争。

与其说 RISCV 是要“取代”ARM 和 Intel,不如说它为市场带来了更多的选择和可能性,推动了整个行业的创新和进步。 ARM 和 Intel 也并非原地不动,他们也在积极拥抱变化,如 ARM 也在加强其在数据中心和 HPC 的布局,Intel 则在推动其图形和 AI 芯片的发展,并适时地关注新兴的架构。

这场挑战的最终结果,取决于 RISCV 生态系统能否持续稳定地发展,能否在性能、功耗、成本和软件支持等各个层面都展现出强大的竞争力。 但毋庸置疑的是,RISCV 已经成为了处理器架构领域一股不可忽视的力量,它正在重塑芯片产业的格局。

网友意见

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ARM和intel指的是指令集的话,RV很难威胁到X86,几年后或许会威胁到ARM Cortex-M,主要应用在嵌入式Iot领域,跟手机用的Cortex-A两码事。

ARM和intel指的是公司的话,由于RV指令集开源的性质,两家凭借着业界领先的微架构设计能力可以很快做出自己的RV芯片,加入战争。目前两家不在RV领域加大投入,主要是RV还不够赚钱……

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RISC-V在10月份的时候出了一个大新闻

美国一家公司,利用RISC-V造出性能功耗比逆天的CPU。

从公布的数据看。

CoreMark测试,在3Ghz用69mw跑出来8200分

4.25Ghz在200mw下跑出来11000分

5Ghz在1w下跑出来13000分。

Coremark测试是一个很简化的计算性能测试

但是单核心8200分的成绩已经不低了。

第一代i7在2.66GHZ,单核Coremark是8215。

苹果M1单核是31150

AMD的4700u是32875

按照这家公司的说法,是利用RISC-V开放的特性,以内存为核心设计处理器,解决内存墙的问题,避免了逻辑电路空耗功耗等内存数据,才有这么离谱的性能功耗比。

这家公司创始人在Sun和苹果工作做,是Sun处理器的设计者之一。

这款处理器如果公布的数据没有水分,那么是能挑战ARM和英特尔的。

没有历史包袱,利用RISC-V开放指令集,重新设计一种处理器,获得吓人的性能功耗比。

而没有RISC-V的开放性,背着兼容性的包袱,就不可能设计出这么强大的处理器。

有绝对的性能功耗比优势。

软件其实好解决,RISC-V上已经能跑Linux,性能功耗比这么强的处理器,找用途还是很好找的。

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近两年间在国内和波士顿看过了一些RISC-V主题创业项目。回答一下题主的问号吧: 以差不多10年左右的技术迭代时间限的话,产生的技术代际不会挑战Intel,但有可能会挑战ARM M core,不会挑战到A core。

微架构设计能力及其迭代、产品生态和软件应用生态,这三点是需要久期投入的。

商业模式上: 以RISC-V的血统,形成公版和获得公版生态十分重要的,这是避免IP碎片化和避免芯片产品化无法赚钱的关键因素,也是流片成本摊薄并形成普遍经济效益的重要因素。RISC-V在这方面的短板是显而易见的;RISC家族里的中低端产品化的经济效益都很好的当然是ARM,收敛了大量公版IP授权模式,Qcom虽然自己做CPU,但低端芯片上也在用ARM公版的,多快好省。

以国内一些早期RISC-V项目作比较,通过silicon proved的多半IP都会包含国外的IP,一旦失去海外RISC-V生态支持就会掣肘(很多都是除了download的就剩祖传的了),那些已经流片的,更加需要workload/EDA厂商的IP工具支持,workload-ISA-RTL。类比ARM 从M core成长到A core需要多少年走过来。回看ARM,架构授权带来的业态是一方面,IP授权才是效益池。

如今RISC-V的声音不小,当然,RISC-V能够大幅简化电路,但对复杂应用拆解要么增加操作数牺牲性能,要么增加指令集又把系统复杂化,而所谓的复杂集实际是在电路层给这些操作建立shortcuts,是有晶圆面积代价的。这种情形下,就会限制芯片用途的想象力了,DSA的碎片化和软件生态会成为掣肘,而做通用芯片的市场侵彻可能性是微小的。

提一句EDA库,依然要用到的,但要大调RTL,毕竟RISC-V的应用实例少参考工具不多,不能都拿来直接用。仍需要CDNS/SNPS这样的EDA支持,它们提供的不仅是软件,更重要的是IP工具库以及NRE支持服务。 更多是有助于支持迭代的。 说到迭代,要沉淀成果和通用领域,并形成自己的公版授权生态和装机量,才不至于IP碎片化而带来的窄赛道和低经济效益。

未来10年期RISC-V会有一些消费侧的小实例,但由于IP碎片化而不容易赚钱,很难挑战到ARM-M,更不会挑战到A,更不会挑战x86生态。

BTW:RISC-V是否受美国法规限制?开源的源代码受美国宪法第一条修正案关于言论自由的保护。而软件则是产品,受出口法律管制(EAR)。但是,RISC-V既非开源代码,亦不是软件,其本质上是一套ISA标准。当前时期,美国RISC-V商用IP所有者已不能向华为出售IP。

采用RISC-V开发芯片有三种方式,一是购买商用IP,二是采用开源代码,三是自行开发。若从美国的RISC-V商用IP开发商购买IP,则会受EAR管制,不能出售IP及提供服务给华为。若采用开源代码或自行开发,目前则不受管制,但为避免被行业标准组织终止会员资格,美国开发商仍可能选择先不向华为开放。

就RISC-V发展趋势来说,国内发展速度相对较慢。不过这次受到中美贸易战刺激,会加速开发步伐。

引用一句戴伟民的话,英特尔X86和ARM的IP授权虽然给中国带来了繁荣,但却是不自主和不可控的。而架构授权虽然不自主,但是可控且可以繁荣的。基于M-Core、MIPS Alpha的CPU则是自主、可控但不繁荣的。希望中国的CPU可借助RISC-V做到自主、可控、繁荣,并且持续性创新。

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