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1、關(guān)于ARM
1991 年ARM 公司成立于英國劍橋,早期ARM也自主設(shè)計和生產(chǎn)芯片,但由于業(yè)績平平,最后ARM改變了策略,他們不再生產(chǎn)芯片,轉(zhuǎn)而以授權(quán)的方式,將芯片設(shè)計方案轉(zhuǎn)讓給其他公司。
ARM有三種授權(quán)方式:處理器、POP以及架構(gòu)授權(quán)。ARM架構(gòu)是一種采用獨特的ARM指令集系統(tǒng)、并且根據(jù)不同適用范圍開發(fā)的處理器體系結(jié)構(gòu)。經(jīng)過30多年的發(fā)展,目前ARM架構(gòu)有針對不同類型計算設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)。
比如我們經(jīng)常聽說的Cortex-A、Cortex-R、 Cortex-M處理器等。
ARM架構(gòu),更主要的是ARM指令集系統(tǒng)。不同于x86架構(gòu)的復(fù)雜指令集(CISC)架構(gòu),是一種精簡指令集(RISC)架構(gòu)。相對于CISC架構(gòu)處理器,采用精簡指令集設(shè)計的ARM架構(gòu)設(shè)計目標是能在盡量高的時鐘頻率下通過很少周期執(zhí)行的指令集。
大幅減少不常用的指令,降低芯片復(fù)雜度。采用Load/Store指令體系結(jié)構(gòu),處理器通過load、store指令存取內(nèi)存中的數(shù)據(jù),針對邏輯、算術(shù)等運算,CPU只處理寄存器中的數(shù)據(jù)。同時由于這個原因,包括ARM在內(nèi)的很多RISC架構(gòu)處理器都有很多寄存器來存放指令及數(shù)據(jù)。為了方便指令的解碼,雖然ARM處理器不是單周期指令,但是其絕大多數(shù)指令是定長的,加快了常用操作的速度。
同時,ARM也沒有完全局限于此,ARM架構(gòu)還有像Thumb指令集、條件執(zhí)行等技術(shù),進一步提高處理器效率。
這里可以參看我之前分享的文章:ARM 和 x86 有什么區(qū)別?
所以總結(jié)來說,ARM架構(gòu)就是采用精簡指令集計算機結(jié)構(gòu)、但有自己特色,根據(jù)不同用途有不同型號的處理器架構(gòu)。
2、關(guān)于RISC-V
RISC:Reduced Instruction Set Computer ,即精簡指令集計算機。
RISC-V是基于RISC原理建立的免費開放指令集架構(gòu)(ISA),V是羅馬字母,代表第五代RISC(精簡指令集計算機),可讀作RISC-FIVE。
RISC-V起源:
關(guān)于RISC-V的更多內(nèi)容可以參考文章:第五代精簡指令集計算機RISC-V你了解多少?
3、ARM與RISC-V的區(qū)別
ARM架構(gòu)和RISC-V架構(gòu)都源自1980年代的精簡指令計算機RISC,兩者最大的不同就在于其推崇的大道至簡的技術(shù)風(fēng)格和徹底開放的模式。
ARM是一種封閉的指令集架構(gòu),眾多只用ARM架構(gòu)的廠商,只能根據(jù)自身需求,調(diào)整產(chǎn)品頻率和功耗,不得改變原有設(shè)計,經(jīng)過幾十年的發(fā)展演變,CPU架構(gòu)變得極為復(fù)雜和冗繁,ARM架構(gòu)文檔長達數(shù)千頁,指令數(shù)目復(fù)雜,版本眾多,彼此之間既不兼容,也不支持模塊化,并且存在著高昂的專利和架構(gòu)授權(quán)問題。反觀RISC-V,在設(shè)計之初,就定位為是一種完全開源的架構(gòu),規(guī)避了計算機體系幾十年發(fā)展的彎路,架構(gòu)文檔只有二百多頁,基本指令數(shù)目僅40多條,同時一套指令集支持所有架構(gòu),模塊化使得用戶可根據(jù)需求自由定制,配置不同的指令子集。
4、RISC-V相對于ARM架構(gòu)的優(yōu)勢和劣勢
1.優(yōu)勢 RISC-V是一種開放的架構(gòu),從歷史的經(jīng)驗來看,開放的生態(tài)一定會比封閉的好。RISC-V技術(shù)是后發(fā)技術(shù),所以能夠總結(jié)前人的經(jīng)驗教訓(xùn),做到相對簡潔和干凈。
2.劣勢 由于RISC-V誕生時間太短,相關(guān)的編譯器、開發(fā)工具和軟件開發(fā)環(huán)境(IDE)以及其它生態(tài)要素還在發(fā)展。目前RISC-V具有全套開源免費的編譯器、開發(fā)工具和軟件開發(fā)環(huán)境,這是RISC-V的巨大優(yōu)勢,但是開源版本相比ARM的商用編譯器和IDE而言,還頗有差距。
5、ARM與RISC-V的競爭
目前ARM占據(jù)了以移動設(shè)備為代表的處理器IP的絕大部分市場,而RISC-V則是后起之秀。ARM與RISC-V的競爭有點像上世紀末的Windows和Linux之爭,ARM和RISC-V的未來競爭格局也可能類似。
首先幾乎可以肯定的是,在ARM的傳統(tǒng)優(yōu)勢領(lǐng)域,即手機領(lǐng)域,RISC-V基本沒有機會,因為手機經(jīng)過十年迭代后不太會徹底改變處理器內(nèi)核了,這也和目前Windows經(jīng)過二十多年風(fēng)雨仍然是PC市場操作系統(tǒng)龍頭老大一樣。但是,在新興的領(lǐng)域,RISC-V和ARM都處于同一起跑線上,而RISC-V憑著指令集開源等特性很有可能可以擊敗ARM,或者至少能夠占據(jù)可觀的市場份額。目前這樣的新興市場主要是物聯(lián)網(wǎng)市場,物聯(lián)網(wǎng)市場有長尾化的特性,擁有眾多細分市場,同時對于功耗有很高的要求,因此對于可以針對不同應(yīng)用靈活修改指令集和芯片架構(gòu)設(shè)計的RISC-V有優(yōu)勢,相比之下使用ARM往往只能做一個標準化設(shè)計,很難實現(xiàn)差異化。此外,物聯(lián)網(wǎng)市場對于成本較敏感,RISC-V免費授權(quán)的特點對于芯片廠商也很重要。
在RISC-V基金會名單中,我們可以看到高通、聯(lián)發(fā)科這樣重點布局物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)。而在目前很火的AI芯片市場,ARM和RISC-V則尚看不出明顯的優(yōu)劣。這是因為高性能AI芯片中無論是使用ARM還是RISC-V的核,主要都是作為控制器來使用,最主要的也是最核心的計算單元往往是電路設(shè)計師自行設(shè)計而不會使用IP;另一方面AI芯片的利潤空間往往較大,因此RISC-V的免費的特點并沒有帶來特別大的優(yōu)勢。
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