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1、關于ARM
1991 年ARM 公司成立于英國劍橋,早期ARM也自主設計和生產(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,轉而以授權的方式,將芯片設計方案轉讓給其他公司。
ARM有三種授權方式:處理器、POP以及架構授權。ARM架構是一種采用獨特的ARM指令集系統(tǒng)、并且根據(jù)不同適用范圍開發(fā)的處理器體系結構。經(jīng)過30多年的發(fā)展,目前ARM架構有針對不同類型計算設計的體系結構。
比如我們經(jīng)常聽說的Cortex-A、Cortex-R、 Cortex-M處理器等。
ARM架構,更主要的是ARM指令集系統(tǒng)。不同于x86架構的復雜指令集(CISC)架構,是一種精簡指令集(RISC)架構。相對于CISC架構處理器,采用精簡指令集設計的ARM架構設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,降低芯片復雜度。采用Load/Store指令體系結構,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架構還有像Thumb指令集、條件執(zhí)行等技術,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?
所以總結來說,ARM架構就是采用精簡指令集計算機結構、但有自己特色,根據(jù)不同用途有不同型號的處理器架構。
2、關于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(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架構和RISC-V架構都源自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風格和徹底開放的模式。
ARM是一種封閉的指令集架構,眾多只用ARM架構的廠商,只能根據(jù)自身需求,調整產(chǎn)品頻率和功耗,不得改變原有設計,經(jīng)過幾十年的發(fā)展演變,CPU架構變得極為復雜和冗繁,ARM架構文檔長達數(shù)千頁,指令數(shù)目復雜,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授權問題。反觀RISC-V,在設計之初,就定位為是一種完全開源的架構,規(guī)避了計算機體系幾十年發(fā)展的彎路,架構文檔只有二百多頁,基本指令數(shù)目僅40多條,同時一套指令集支持所有架構,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架構的優(yōu)勢和劣勢
1.優(yōu)勢 RISC-V是一種開放的架構,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技術是后發(fā)技術,所以能夠總結前人的經(jīng)驗教訓,做到相對簡潔和干凈。
2.劣勢 由于RISC-V誕生時間太短,相關的編譯器、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)勢領域,即手機領域,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用靈活修改指令集和芯片架構設計的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計師自行設計而不會使用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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