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RISC-V能否“重构”芯片产业格局-控制器/处理器-与非网

	
mikew
发表于 2020-03-22 08:16:30

      内容精要:大而全,会越来越臃肿,但仍旧有其存在的理由;小而精,新架构新理念高速简洁,也有其生存空间,这就是 RISC-V 的未来。

       

       

      昨天在芯合汇平台上做了一场直播,花了一个半小时时间,为半导体行业投资机构和创业企业梳理了一下产业链投融资机会。

       

      因为涉及内容比较广,半导体产业链也极为复杂,在这么短的时间内介绍完整也极为不易,会后参与直播的朋友们也提问踊跃,其中有一个问题,是关于半导体 IP 产业链的。

       

       

      我当时在介绍 IP 环节的时候,借着芯原微冲击科创板,提了一下,受 RISC-V、人工智能 ASIC、物联网 SoC 等领域的刺激,国内 IP 企业有可能实现弯道超车,借着新技术的红利,分享一些新的产业机会。

       

      确实,RISC-V 这几年一直都是比较火的话题,因为同为开源项目,很多人都把他上升到了芯片设计领域的“Linux”地位,在这两年见到的很多芯片设计商业计划书中,RISC-V 也是一个频频出现的名词。

       

      那么什么是 RISC-V 呢?RISC-V 能给当前的芯片行业带来什么样的新机会?能不能“颠覆”或者“重构”目前的芯片产业格局?这应该是很多投资机构或者行业从业者关心的话题。

       

      我们看一下 RISC-V 的标准定义:RISC-V 是一个免费、开放的指令集架构。

       

      根据这个定义,首先我们看一下指令集架构(ISA,Instruction Set Architecture)。所谓指令,就是 CPU 用来计算和控制计算机系统的指挥和命令,指令集就是指令的一整套指令集合。每一种 CPU 在设计时,就在芯片中固化了一系列与其他硬件电路相配合的指令系统。

       

      因此,指令集是一个比较模糊和虚化的概念,我们的看到的指令集是一个指令列表,几百种 CPU 指令命令,而 CPU 看到的指令集则是一连串的“01010101”电信号,每种电信号代表一种运算命令。而 CPU 的设计当中,就必须固化好各种指令对应的芯片电路模块。

       

       

      因此,从这个意义上讲,不同的 CPU 指令集,决定了这款 CPU 设计的复杂程度。

       

       

      RISC(Reduced Instruction Set Computing),精简指令集,与之对应的是 CISC(Complex Instruction Set Computer),RISC 功能简洁,代表着简洁的 CPU 设计,CISC 功能完备,代表着复杂的 CPU 设计。RISC 的简洁代表着效率,CISC 的功能完备代表着臃肿。

       

      这就是 RISC 和 CISC 的本质区别。

       

      当年学的微机原理早就还给了老师,凭借模糊的印象,打个我个人理解的浅显比方来说,CPU 的指令,就如同盖房子的砖,如果都是小块的标准砖头,也能盖起各种不同的房子,这就是 RISC;如果除了标准砖头,还设计了很多的砖瓦结构件,适用于拐角、吊梁等,这就是 CISC。

       

      不同的模式,都能盖起房子,但是效率却大不一样,RISC 的标准砖头,小平房可以盖,摩天大楼也可以盖,底层的原材料很简单,都是标准化的砖头;CISC 的各种复杂的结构件,对于盖一种房子的时候效率确实高,吊起结构件随便一拼装就 ok,但是如果要盖的房子种类多了,就需要定义更多更复杂的结构件,结构件的管理就会越来越复杂,而且在建设某种常见建筑的时候,大部分特殊的结构架是闲置不用的,大大影响了施工效率。

       

      基于 CISC 模式下的 CPU 设计,在各种新需求下,堆叠的功能越来越复杂,芯片设计难度也越来越高,效率低下,因此就出现了 RISC 精简指令集的概念。

       

      而 RISC-V 是第五代基于 RISC 的 CPU 指令集架构,源自加州大学伯克利分校,2015 年的时候 RISC-V 指令集架构开源,进入了商业化运营,受到了产业界的追捧。

       

      关于 RISC-V 在国内的消息,较为引人关注的是 2019 年 7 月,阿里“平头哥”推出的“玄铁 910”,属于嵌入式 CPU,正是基于 RISC-V 指令集架构,主要应用场景将会集中在 5G、AI 人工智能、自动驾驶以及网络通信方面。

       

      当然了,对于一款新型芯片的推出,特别是 CPU 核心芯片,光有芯片是不够的,更要有产业的支持,形成生态。

       

      生态问题,也是 RISC-V 同其他 RISC,以及 CSIC 在市场竞争中的焦点所在。这个焦点,也是回答 RISC-V 究竟面临什么样的机会,能够颠覆或者重构芯片设计行业的终极答案。

       

      就如同 Linux,就算功能很完善了,迄今为止也没有颠覆 Windows 的一统 PC 的局面。RISC-V 也是一样的。

       

      开源,硬件领域的开源,是 RISC-V 的一个大胆尝试,也是优势所在,借助开源的力量,将从 CPU 设计、软件开发和支持、外围接口电路,片上系统设计等各个方面促进 RISC-V 在产业界的推广使用。除了前面提到的“平头哥”,西部数据、英伟达、华米等也都在将 RISC-V 用在自己的芯片中。

       

      生态正在逐步形成,但任重道远。毕竟面对的竞争对手不但包括独霸天下的 X86(CSIC),还有其他 RISC 强悍厂商(ARM),他们就如同操作系统领域中的微软,已经凭借 Windows,建立了稳固的城池。如果没有划时代的产业变革,很难攻城拔寨,只能慢慢渗透。

       

      所以,目前的 RISC-V 风生水起的,还主要在一些非主流的 CPU 应用中,比如平头哥的“玄铁 910”,属于嵌入式 CPU;比如一些低成本、超低功耗应用设计等等。

       

      正如芯原微在招股说明书中说的那样,RISC-V、MIPS 和 PowerPC 相继开放其指令集架构,由于三种指令集各有自己的特色和典型应用领域,三者既有一定的竞争,也可相互依存。这种前所未有的指令集开源模式,给芯片设计者带来了广泛的自由和选择的机会,除了降低芯片的设计门槛,并从一定程度上降低芯片的设计成本之外,会给半导体工业带来前所未有的发展活力,促进半导体设计领域的重大创新和发展。

       

      大而全有其存在的理由,小而精也有其生存空间,这就是 RISC-V 的未来。

       

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