CPU市场三分天下 RISC-V有机会与Intel主导的x86、ARM架构一搏吗？

1. CPU市场三分天下 RISC-V有机会与Intel主导的x86、ARM架构一搏吗？

 Intel主导的x86市场应用规模目前难以被RISC-V架构取代，而RISC-V架构看似有相当大的发展空间，但实际上也有不少问题，目前RISC-V架构虽然吸引不少一线厂商采用，但现阶段要成为市场主流，似乎还需要更多时间投入发展。
  以目前CPU市场来看，大致区分以Intel为主的x86架构，以及ARM推行的ARM架构设计为大宗，虽然过去也有诸如MIPS或IBM主导的PowerPC等架构设计，但规模并未像x86、ARM架构占据大部分处理器市场。而自2010年从加州大学柏克莱分校以研究专案打造的RISC-V架构设计，本身以开源架构形式吸引包含IBM、恩智浦、Weatern Digital、NVIDIA、Qualm、三星、Google、华为、Tesla在内厂商加盟，或许未来将有机会以「CPU界的Linux」形式蓬勃发展。
  href="mashdigi/wp-content/uploads/2018/07/1200px-Yunsup_Lee_holding_RISC_V_prototype_chip.jpg"> RISC-V处理器原型[/
  相比Intel提出的x86架构封闭性，目前仅有AMD、威盛 (VIA)在内厂商使用，而ARM提出的ARM架构则必须支付高昂授权费用才能使用，或由ARM同意是否继续授权，RISC-V架构由于采彻底开源设计，并且使用BSD License开源协定，允许使用者任意取用，并且可任意进行修改，甚至允许用于商业销售，因此从2010年提出以来就受到不少关注。
  由于采精简架构设计，RISC-V架构指令集最初仅有不到50组的指令，同时研究团队更仅以3个月时间便完成第一版指令集，后续更因为采开源使用模式，使得RISC-V架构陆续加入更多指令集，甚至因应特定使用需求增加更多专属指令。
   
  目前包含IBM、恩智浦、Western Digital、NVIDIA、Qualm、三星、Google、华为、Rambus、美高森美、Marvell、联发科、SK hynix、Seagate、CEVA、阿里巴巴、Allwinner、猎户星空，以及加州大学柏克莱分校、麻省理工学院、普林斯顿大学、苏黎世联邦理工学院、印度理工学院、罗伦兹国家实验室、新加坡南洋理工大学及中国中科院计算所等学术机构，均先后加入采用RISC-V架构，就连Tesla也在近期内宣布加盟，预计借由RISC-V架构打造其车款使用处理器。截至2017年11月，RISC-V架构已经吸引超过138家公司、35所学术机构加盟使用，甚至更获得印度 *** 机构采用，借此发展国家资助处理器设计。
  以RISC-V架构精简形式设计，现阶段已经可以对应执行64位元运算模式，相比采用ARM Cortex-A5架构设计的处理器相比，使用RISC-V架构打造的处理器约可在运算效能提升10%，并且在占用面积精简49%，时脉运作功耗仅为Cortex-A5的43%，因此用于嵌入式装置可带来不少竞争优势。
  因此，Western Digital便表示将以RISC-V架构打造储存设备控制器，而NVIDIA也计画将RISC-V架构用于GPU内部控制元件，甚至美国国防高等研究计划署 (DARPA)也计画资助以RISC-V架构打航太设备控制晶片，另外也有不少新创团队开始透过RISC-V架构设计物连网设备使用晶片，软体方面也陆续加入JVM、LLVM、Python等常见开发工具。
  不过，虽然采完全开源架构，以及免费授权形式，RISC-V架构目前要超越Intel的x86架构，以及ARM架构，或许仍有相当大难度。
  主要因素除了Intel推动的x86架构市场已经相当庞大，几乎从传统PC到数据中心规模的伺服器都会使用x86架构处理器，同时相关软体带动的应用服务也有长达40周年发展历史，而ARM架构所产生庞大市场应用规模更难以被RISC-V架构取代，因此目前市场恐怕还是会由x86、ARM架构持续分占一段时间。
  而RISC-V架构看似有相当大的发展空间，但实际上也有不少问题，例如强调完全开源的设计，并且让取用者可任意加上专属指令集，甚至选择将架构封闭或维持开源，导致RISC-V架构目前也与过往MIPS架构发生一样问题，因为允许增加更多指令集，使得虽然都是以RISC-V架构设计，但可能无法共用相同指令集。
  在持续分化情况下，意味RISC-V架构将与目前Linux情况相同，虽然同样采Linux架构设计，却分化成不同使用环境，甚至有部分相容问题，因此目前RISC-V架构虽然吸引不少一线厂商采用，但现阶段要成为市场主流，似乎还需要更多时间投入发展。
   

2. RISC-V架构能否有效挑战ARM和英特尔？

RISC-V架构短时间内很难挑战ARM和英特尔，未来还是有很大可能性的，比如当初谁能想象华为海思有挑战高通、苹果的能力呢？在这之前，我们要明确的知道，我们到底在谈论什么？RISC-V指的是RISC系列指令集的第五代产品，对应的是ARM指令集、英特尔的X86（含64位）指令集。下图是为了更好的帮助我们理解指令集。



指令集存储在CPU内部，引导CPU进行运算，并帮助CPU更高效运行，介于软件和底层硬件之间的一套程序指令合集。可以理解为是CPU的大脑。CPU主要有两大指令集复杂指令集架构，包含X86。精简指令集架构，包含ARM、MIPS和RISC-V。复杂指令集架构和精简指令集架构有什么区别呢？举个例子：命令一个人吃饭，那么我们应该怎么命令呢？直接对他下达“吃饭”的命令，或者命令他“先拿勺子，然后舀起一勺饭，然后张嘴，然后送到嘴里，最后咽下去”。从这里可以看到，对于命令别人做事这样一件事情，不同的人有不同的理解。



有人认为先给接受命令的人足够的训练，让他掌握各种复杂技能（在硬件中实现对应的复杂功能），那么以后就可以用非常简单的命令让他去做很复杂的事情——比如只要说一句“吃饭”，他就会吃饭。有人认为这样会让事情变得太复杂，毕竟接受命令的人要做的事情很复杂，如果你这时候想让他吃菜怎么办？难道继续训练他吃菜的方法？我们为什么不可以把事情分为许多非常基本的步骤，这样只需要接受命令的人懂得很少的基本技能，就可以完成同样的工作，无非是下达命令的人稍微累一点——比如现在我要他吃菜，只需要把刚刚吃饭命令里的“舀起一勺饭”改成“舀起一勺菜”，问题就解决了，多么简单。这就是“复杂指令集”和“精简指令集”的逻辑区别。 X86、ARM、RSIC-V这三种架构的主要应用方向：



X86：传统PC市场的主流，善于处理大数据，IP掌握在英特尔和AMD手中；ARM：移动（手机）市场，处理快数据为主，目前也使用在便携笔记本中，IP大部分掌握在ARM公司；RISC-V：当需要同时兼顾数据传输速度与传输量时，X86、ARM架构的胜任能力有限，RISC-C表现出了较强的优势。



RISC-V的优势RISC-V是全面开源免费的，允许任何用户自由修改、扩展，而ARM需要支付高昂的IP费用才可以使用。



RISC-V最大的特性在于“精简”，X86和ARM的架构篇幅动辄几百数千页，RISC-V的规范文档仅有145页，且“特权架构文档”的篇幅也仅有91页。RISC-V的基本指令数目仅40多条，加上其他的模块化扩展指令，总共也只有几十条指令。



RISC-V将不同的部分以模块化的方式组织在一起，并试图通过统一的架构来满足各种不同的应用场景，这种模块化是X86和ARM架构所不具备的。



RISC-V也可用于手机、服务器，但它的优势在于即将登场的物联网时代RISC-V作为新兴架构，以其精简的体量，或许在未来的IOT领域中能取得绝对的优势。IOT领域对AI芯片既要求高计算能力，又要求低延迟，同时芯片的成本要低。RISC-V就是站在未来的这个风口上，但能不能飞得起来还是一个未知数。



RISC-V也并不是没有对手，MIPS也属于精简指令集架构，它们有很多的相似的地方。另外英特尔、ARM、AMD等巨头都已经看到了下一场的盛宴是物联网，都已经纷纷提前布局物联网。又有谁能预测到未来会不会半路再杀出个程咬金来呢？以上个人浅见，欢迎批评指正。认同我的看法，请点个赞再走，感谢！喜欢我的，请关注我，再次感谢！

3. 从兆易创新MCU，看Risc-V取代Arm的可能性

兆易创新（GigaDevice）发布了据称是世界上首款基于RISC-V的通用微控制器(MCU)， RISC-V是一款面向物联网(IoT)市场的设备。
  
 兆易创新总部位于北京，是国内规模较大的非易失性存储器(NVM)制造商之一。兆易创新同样声称其新推出的GD32V RISC-V微控制器与基于Arm的经典GD32系列单片机“完全兼容”。
  
 兆易创新高管强调，该公司仍是Arm的战略合作伙伴。添加RISC-V行就是为了提供选项。
  
 几个月前，当特朗普开始对包括Arm知识产权在内的西方技术实施出口管制时，中国电子企业加强了对开源RISC-V的共同关注。然而，RISC-V是一种开源技术，不受类似的限制;对于中国制造商来说，它代表着一种易于获得的选择，可以控制自己的技术命运。
  
 中国制造商使用RISC-V的其他例子包括华米 科技 的AI芯片黄山一号、C-Sky Microsystems的RISC-V第三代指令系统架构处理器CK902和RiVAI AI芯片Pygmy。有别人。
  
 RISC-V为用户提供了非凡的空间。中国工程院院士倪广南在兆易创新的发布会上说:“RISC-V基于标准松散BSD (Berkeley Software Distribution)许可。用户可以自由使用design CPU，也可以开发和添加自己的CPU。他们可以扩展指令集，选择公开发布、商业化销售，或者用其他许可协议替换它，或者使用完全封闭的源代码。”
  
 RISC-V提供了灵活性，但随之而来的不可避免的问题是缺乏一个支持生态系统。RISC-V的生态系统相当有限，特别是与基于广泛可用的Arm和X86架构的MCUs相比。这是否会阻碍RISC-V的进一步发展?
  
 
  
 中国认为，在解决物联网(本质上是一组新兴的嵌入式市场)问题时，缺乏RISC-V生态系统不是一个大问题。物联网市场仍处于发展阶段，碎片化，客户需求多样化。没有一家公司是固定的，所以生态系统支持不是一个问题。在物联网应用方面，与英特尔和Arm相比，RISC-V在移动、台式机和服务器等更成熟的市场上的劣势要小得多。
  
 中国嵌入式软件协会副会长何晓青在会上表示:“在生态环境中，最难做的事情是移动市场，其次是台式机和服务器。物联网生态系统要简单得多。”
  
 新莱 科技 首席执行官胡振波对此表示赞同。“服务器和台式机的软件生态系统是不可逾越的，但在嵌入式领域，软件生态系统并不像人们想象的那么糟糕，”他说。
  
 兆易创新MCUs的第一行将被命名为GD32VF103。这一行的目标是“主流开发需求”。在介绍中，该公司列出了14款103配置。每一个都是建立在大黄蜂108MHz核心设计与原子核系统技术合作。
  
 这14款机型的主要区别在于不同的闪存容量，以及4种不同的包选项。据该公司称，这些产品都已大规模生产和销售。
  
 兆易创新相信它已经建立了“与RISC-V的桥梁”——为那些一直使用基于arm的MCUs进行设计的公司提供了一条快速切换到基于RISC-V的替代品的途径。该公司表示，两个产品系列之间的“完全兼容性”应确保代码的可重用性，“使跨核心MCU的选择和设计”非常方便。兆易创新表示:“这是我们非常领先的、史无前例的创新。”
  
 兆易创新发布的数据显示，GD32VF103系列单片机在最高频率下的DMIPS为153，在CoreMark基准测试中得分为360分，该公司声称比基于GD32 arm的核心快15%，同时消耗了一半的功耗。
  
 
  
 兆易创新相信，它在内存技术方面的专长是一个关键的区别。兆易创新EVP和MCU事业部总经理邓宇举了一个例子:“德州仪器从Arm收购了Luminary，但德州仪器的收购并不成功。Luminary没有Flash基因，所以有些产品会有程序问题。但我们有Flash的经验。我们可以确保此类问题不会发生。”
  
 兆易创新保证，GD32VF103的产品开发速度相当快。市场营销总监金光义表示:“用户可以使用手头的开发工具来实现RISC-V。”
  
 这些工具包括基本IDE(集成开发环境)、调试工具、嵌入式操作系统和云解决方案。当然，也有开发板，包括功能齐全的评估板，针对学习板、电机控制开发板、触摸屏开发板、RC电机驱动板等具体场景的入门级指导。
  
 “我们正在与许多供应商合作，包括软件、中间件、集成开发环境、调试下载工具和终端解决方案的供应商。”金说:“仅仅依靠我们的芯片是不够的。它还需要上游和下游。此外，我们提供一个开放的平台，我们有更多的第三方合作伙伴。我们准备开发一个完整的生态系统。
  
 “我们也是第一个。你可以使用RISC-V通用单片机从头开始解决任何问题。
  
 兆易创新已经出货超过3亿MCU，而且出货速度正在加快;从2亿到3亿的时间比之前的1亿到2亿要短。这些数字包括早期基于arm的mcu。
  
 该公司预计明年将达到4亿美元，并在中国市场占据10%的份额。“RISC-V将推动我们的货运。尽管我们仍需关注市场的实际表现，但我们认为这一出货量是可以预期的。”
  
 
  
 通过增加RISC-V版本的Arm MCUs，同时保持与Arm的战略合作伙伴关系，并继续销售基于Arm的MCUs, 兆易创新相信它可以摆脱客户的一站式购物。
  
 “终端客户可以实现不同的形式、不同的应用程序、不同的架构和不同的产品。我们已经有了Arm架构产品;RISC-V是分化的补充。“我们是业内第一家进入RISC-V轨道，为客户提供差异化产品的公司。”
  
 该产品线的下一步是增加对无线的支持。“我们希望加入MCU的连接功能，eRF，将在明年发布第一个加入WiFi连接的产品，”Jin说。
  
 GD32VF103系列已经有了实际应用。例如，在GEZ单片机的微热打印机解决方案中，单片机是GD32VF103C8。该方案可应用于销售点(POS)打印机、税控打印机、自动柜员机等嵌入式微型打印机设备。它在展览会上印刷钞票。
  
 
  
 另一个例子是基于GD32VF103C8的USB多点触控设备。以下触摸屏采集触摸信息，通过I2C将其传输给主控芯片GD32VF103C8实现触摸操作，同时可识别1-5个触点。有许多特定的应用程序，包括大屏幕交互显示器、交互 游戏 、智能家居等等。
  
 上面的示例是来自IC Superman的空气净化器解决方案，其中GD32VF103C8负责控制负离子、臭氧和电机等外围操作。