riscv架构和arm的区别

1. riscv架构和arm的区别

从2010年夏天开始，伯克利研究团队大约花了四年的时间，设计和开发了一套完整的新的指令集。这个新的指令集叫做RISC-V，指令集从2014年正式发布之初就受到多方质疑，到2017年印度政府表示将大力资助基于RISC-V的处理器项目，使RISC-V成为了印度的事实国家指令集。再到今年国内从国家政策层面对于RISC-V进行支持，上海成为国内第一个将RISC-V列入政府扶持对象的城市。IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、谷歌、特斯拉、华为、中天微、中兴微、阿里、高云、中科院计算所等国内外150多家企业与科研机构的加入RISC-V阵营。

经过短短几年时间，RISC-V不仅有政策的支持，企业和学术圈对这个开源指令集的关注度不断提高，甚至让Arm也感受到了压力。因为自RlSC-V 2010年在伯克利大学诞生以来，业界出现最多的一个声音就是，RISC-V可能改变现有的由Arm和Intel X86主导的处理器架构竞争格局，尤其将会对Arm在消费类、IOT等嵌入式市场造成冲击。


ARM与RISC-V的区别

ARM架构和RISC-V架构都源自1980年代的精简指令计算机RISC。两者最大的不同就在于其推崇的大道至简的技术风格和彻底开放的模式。ARM是一种封闭的指令集架构，众多只用ARM架构的厂商，只能根据自身需求，调整产品频率和功耗，不得改变原有设计，经过几十年的发展演变，CPU架构变得极为复杂和冗繁，ARM架构文档长达数千页，指令数目复杂，版本众多，彼此之间既不兼容，也不支持模块化，并且存在着高昂的专利和架构授权问题。反观RISC-V，在设计之初，就定位为是一种完全开源的架构，规避了计算机体系几十年发展的弯路，架构文档只有二百多页，基本指令数目仅40多条，同时一套指令集支持所有架构，模块化使得用户可根据需求自由定制，配置不同的指令子集。


未来ARM和RISC-V的竞争将会何去何从？

目前ARM占据了以移动设备为代表的处理器IP的绝大部分市场，而RISC-V则是后起之秀。那么，未来会何去何从呢？

ARM与RISC-V的竞争有点像上世纪末的Windows和Linux之争，ARM和RISC-V的未来竞争格局也可能类似。首先几乎可以肯定的是，在ARM的传统优势领域，即手机领域，RISC-V基本没有机会，因为手机经过十年迭代后不太会彻底改变处理器内核了，这也和目前Windows经过二十多年风雨仍然是PC市场操作系统龙头老大一样。但是，在新兴的领域，RISC-V和ARM都处于同一起跑线上，而RISC-V凭着指令集开源等特性很有可能可以击败ARM，或者至少能够占据可观的市场份额。目前这样的新兴市场主要是物联网市场。物联网市场有长尾化的特性，拥有众多细分市场，同时对于功耗有很高的要求，因此对于可以针对不同应用灵活修改指令集和芯片架构设计的RISC-V有优势，相比之下使用ARM往往只能做一个标准化设计，很难实现差异化。此外，物联网市场对于成本较敏感，RISC-V免费授权的特点对于芯片厂商也很重要。在RISC-V基金会名单中，我们可以看到高通、联发科这样重点布局物联网的企业。而在目前很火的AI芯片市场，ARM和RISC-V则尚看不出明显的优劣。这是因为高性能AI芯片中无论是使用ARM还是RISC-V的核，主要都是作为控制器来使用，最主要的也是最核心的计算单元往往是电路设计师自行设计而不会使用IP；另一方面AI芯片的利润空间往往较大，因此RISC-V的免费的特点并没有带来特别大的优势。

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. RISC-V与ARM架构相比有何优势和劣势？

 
    EDN电子技术设计：请用您自己的话为读者大致介绍一下RISC-V。 
    胡振波： 
   RISC-V是一种简单、开放、免费的全新指令集架构。RISC-V最大的特点是“开放”，它的开放性允许它可以自由地被用于任何目的、允许任何人设计、制造和销售基于RISC-V的芯片或软件，这种开放性，在处理器领域是彻底的第一次。
   RISC-V这种开放架构的诞生可以说是时代发展的必然。RISC-V生态体系正在全球范围内快速崛起，成为半导体产业及物联网、边缘计算等新兴应用领域的重要创新焦点。
   RISC-V基金会于2015年由硅谷相关公司发起并成立，至今已有150多个企业或单位加入，包括谷歌、华为、英伟达、高通、麻省理工学院、普林顿大学、印度理工大学、中科院计算所等。目前RISC-V由基金会统一维护。
   美国国防高级研究计划局（DAPRA）已连续多年通过专项方式支持RISC-V指令集的研究和实用化。2017年，印度政府大力资助基于RISC-V的处理器项目，RISC-V成为印度的事实国家指令集。我国RISC-V虽然处于起步阶段，但是发展非常迅速。今年7月，上海市政府率先发布了中国大陆首个支持RISC-V的政策，这对于RISC-V指令集在中国的发展起到了重要的推动作用。10月17日，中国RISC-V产业联盟成立，标志着我国在RISC-V生态系统建设上正式迈出了坚实的一步。
   
    EDN电子技术设计：请分别从技术和商业的角度，分析RISC-V相对于ARM架构的优势和劣势。 
    胡振波： 
   优势非常明显，RISC-V是一种开放的架构，从 历史 的经验来看，开放的生态一定会比封闭的好。RISC-V技术是后发技术，所以能够总结前人的经验教训，做到相对简洁和干净。
   但是，劣势也很明显，由于RISC-V诞生时间太短，相关的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）以及其它生态要素还在发展。目前RISC-V具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境，这是RISC-V的巨大优势，但是开源版本相比ARM的商用编译器和IDE而言，还颇有差距。
   RISC-V必须依靠强有力的商业玩家来长期支持和推进，方能得到持续发展。目前从全世界范围来看，在RISC-V技术阵营中，台湾的Andes公司（晶心 科技 ）开发的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）是最为完善和先进的，几乎可以和ARM的工具相媲美。另外，还有很多RISC-V的新创公司（譬如芯来 科技 ），也会 探索 新的商业模式。
    EDN电子技术设计：哪些市场应用和产品将会成为RISC-V架构快速发展的驱动力？ 
    胡振波： 
   从技术的角度来讲，RISC-V架构理论上是能够实现从低功耗处理器内核到支持Linux操作系统的高性能处理器内核的全方位产品。譬如，目前美国的SiFive公司以及台湾地区专业处理器IP公司Andes（晶心 科技 ）都推出了有竞争力的、支持Linux的RISC-V处理器内核。芯来 科技 目前提供面向低功耗领域的RISC-V处理器内核。
   处理器领域的生态建设需要一定的时间，短期内比较容易落地的是物联网和边缘计算领域：
   • 由于RISC-V拥有精简、低功耗、模块化、可扩展等技术优势，因此尤其适合对生态依赖比较小的封闭或半封闭产品、深嵌入式或新兴的物联网、包含嵌入式人工智能等应用的边缘计算领域及需要定制化的场景。
   • RISC-V能够为物联网行业带来显著的灵活性和成本优势，在未来的20年，物联网和边缘计算领域的处理器内核年出货量预计会达到万亿颗的规模。中国大陆由于拥有几乎全球最大的市场空间，理论上RISC-V会大有可为。
    EDN电子技术设计：RISC-V对中国半导体产业的发展会带来哪些影响？ 
    胡振波： 
   从长远来看，RISC-V对中国半导体产业会产生划时代的意义，主要体现在以下5个方面：
   • 通过RISC-V架构摆脱国外的垄断，实现处理器内核的国产自主。这种处理器内核不是闭门造车做出来的，而是拥有全世界认可的主流架构和主流生态。
   • 通过RISC-V可以极大地加强我国处理器IP话语权。IP产业处于行业最上游，远离其它产业，并没有得到产业和国家的重视。RISC-V给了中国IP产业机会，虽然目前我国在RISC-V上仍然落后，但相对于其它IP技术，落后并不太远。
   • RISC-V可以推动创新和差异化。由于RISC-V的开放、简洁、可扩展以及低成本，可以给终端应用市场带来巨大创新。
   • RISC-V可以明显降低芯片研发成本。RISC-V的产业链日趋完善，从处理器内核到硬件设计、操作系统、开发工具、基准测试以及解决方案，全产业链具备完整性，使得行业可以均摊一切成本。
   RISC-V的逐渐普及在一定程度上促进了行业本土化的发展，创造了更多行业机会，为产业界和学术界积累大量CPU人才。
    EDN电子技术设计：您认为哪些因素会妨碍中国IC设计公司采用RISC-V架构？ 
    胡振波： 
   以下三个主要因素会起到妨碍作用：
   首先，ARM在中国影响力巨大。在芯片处理器内核方面，由于中国长期缺乏自主的通用处理器内核，几乎都是购买国外的ARM处理器内核，形成了习惯。对于RISC-V这样一种新架构的出现，很长一段时间内人们持怀疑态度。ARM在中国还成立了合资公司（全球唯一的国家），所以ARM在中国市场尤其显得强势，这使RISC-V在中国的传播相比别的国家显得非常缓慢。
   其次，RISC-V被误导为免费。RISC-V架构是一种Free的指令集架构，准确地说Free应该理解为“自由“而不是“免费”，指令集架构也不是一款具体的处理器内核。大多数人对于处理器的一些基本概念并不了解，将RISC-V与“一款免费开源的处理器“划上等号，而免费往往是劣质的代名词。这种误导严重影响了RISC-V在中国的正常传播和发展。
   最后，RISC-V还被误导为一种全新的设计语言和流程。虽然目前很多开源的RISC-V内核使用的是全新的设计语言和流程，但并不代表RISC-V处理器内核就等价于全新的设计语言和流程。全新的设计语言和流程带来的不确定性和质量隐忧会让IC设计公司（尤其是国内公司）感到排斥和不安，这种误导也会影响RISC-V处理器内核在国内的采纳和传播。其实RISC-V只是一种全新的处理器架构（以及衍生出的新生态），无关乎设计语言和流程。使用工业级成熟、稳健的设计方法更能设计出稳健可靠的RISC-V处理器内核，如芯来 科技 、台湾Andes公司（晶心 科技 ）以及其它一些公司使用工业级成熟、稳健的设计方法设计出的RISC-V处理器内核。
    EDN电子技术设计：您专门写了一本设计RISC-V处理器的书，请为有志于从事RISC-V架构设计的IC设计工程师和高校学生提几点建议和心得体会。 
    胡振波： 
   我认为目前学习RISC-V架构正当时，因为：
   
   RISC-V的开放性使得任何公司与个人均可依据开放的RISC-V架构设计自己所需的处理器。很多科研机构开始使用RISC-V开发处理器，独立的RISC-V处理器IP公司开始出现，一些实力雄厚的巨头（如NVIDIA、三星等）开始使用RISC-V架构开发其自有的处理器内核，可以说是旧时王谢堂前燕，飞入寻常百姓家。因此，掌握RISC-V架构，会变成一种通用技能，对科研、学习和就业大有裨益。
   
   当前国内CPU产业热潮方兴未艾，x86、ARM、MIPS等传统商用处理器架构在国内呈全面开花之势。龙芯、兆芯、飞腾等资深专业CPU公司在不断突破；华为、展讯等一线大公司也相继开始研发自主的处理器内核；海光、华芯通等新锐纷纷摩拳擦掌。开放的RISC-V架构的诞生，更是为此番繁华增添了精彩。同时，各种人工智能AI处理器也采用RISC-V作为核心，RISC-V的相关知识完全能够应用于AI处理器芯片领域。
   综上所述，我认为学习RISC-V正当时。
   但是，计算机体系结构相关书籍往往不利于初学者入门，尤其是RISC-V诞生时间太短，全英文版的指令集手册专业性强，晦涩难懂，非常不利于国内用户学习上手。另外很多对RISC-V感兴趣的初学者基本背景知识比较薄弱，需要补足。
   为了促进RISC-V在国内的普及，尤其是被广大初学爱好者接受，我撰写了国内第一本关于RISC-V处理器的通俗书籍《手把手教你设计CPU——RISC-V处理器篇》，详细介绍了相关的基础背景知识，系统通俗地讲述了RISC-V的前世今生，还配套了自己开发的开源蜂鸟E203处理器内核。
   
   
   目前有关如何使用RISC-V的嵌入式软件开发方面的中文资料仍然欠缺，我撰写的另一本新书《RISC-V架构与嵌入式开发快速入门》也即将上市，相信会在某种程度上缓解这一问题。
   
    EDN电子技术设计：您创立芯来 科技 公司专门开发RISC-V内核，请谈一下公司的商业模式和愿景。 
    胡振波： 
   芯来 科技 （Nuclei System Technology Co., Ltd.）作为中国大陆本土唯一专注于RISC-V处理器内核开发的公司，是RISC-V基金会银级会员，中国RISC-V产业联盟副理事长单位。
   在商业模式上，主要是传统的处理器IP授权模式和面向垂直领域的深度定制模式，同时还在进行一些全新的商业模式 探索 。
   我们有两个愿景：一方面，IoT和边缘计算领域的处理器内核IP年出货量会达到万亿颗。如此巨大的市场，我们希望至少这个市场的一部分属于我们本土公司，从而让大多数本土芯片公司用上国产的RISC-V处理器内核。另一方面，目前国内的RISC-V技术力量非常薄弱，希望芯来 科技 能够为RISC-V阵营做出我们中国人应该做出的贡献。
    EDN电子技术设计：除了RISC-V内核外，要开发出商用的RISC-V处理器还需要哪些开发工具和环境？ 
    胡振波： 
   处理器是软硬件的交汇点，所以必须有完善的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE），处理器内核才能够被用户顺利使用起来。
   目前RISC-V具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE），这是RISC-V的巨大优势，但是开源版本相比ARM等传统架构的编译器和IDE而言，还颇有差距。
   除了开源版本之外，还有专业公司提供的专业版本。目前从全世界范围来看，在RISC-V技术阵营中，台湾的Andes公司（晶心 科技 ）开发的编译器、开发工具和软件开发环境（IDE）最为完善和先进，几乎可以和ARM的工具相媲美，这一点也值得我们去学习。
    延伸阅读： 
   RISC-V真的是中国芯片实现自主、可控、创新和繁荣的希望吗？