Arm前景動(dòng)蕩，RISC-V能否承此重任？

電子發(fā)燒友報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）

近日有不少報(bào)道聲稱(chēng)英偉達(dá)對(duì)Arm的獨(dú)家收購(gòu)談判已經(jīng)進(jìn)入最后階段，相關(guān)人士稱(chēng)此項(xiàng)交易最快將在今年夏末之前完成。作為每年向市場(chǎng)輸送億萬(wàn)級(jí)別芯片的架構(gòu)，此番消息讓大家開(kāi)始擔(dān)憂起Arm的立場(chǎng)，其開(kāi)源競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手RISC-V又開(kāi)始浮現(xiàn)在人們眼前。

作為移動(dòng)處理器市場(chǎng)的霸主，Arm可謂是目前主流的RISC架構(gòu)，英特爾雖然在PC端以CISC架構(gòu)取勝，但隨著蘋(píng)果將Mac產(chǎn)品線轉(zhuǎn)為Arm處理器，英特爾即將損失PC市場(chǎng)的第二大客戶。那么作為同樣反抗CISC的RISC陣營(yíng)中的一員，RISC-V究竟與沒(méi)有能耐與Arm角逐呢？我們不妨來(lái)看下這一架構(gòu)在幾家頭部廠商中有何成果。

平頭哥

玄鐵910架構(gòu)圖 / 平頭哥

平頭哥作為阿里巴巴集團(tuán)旗下的半導(dǎo)體公司，由中天微與達(dá)摩院團(tuán)隊(duì)整合而成。去年7月25日，平頭哥公布了成立后首款研發(fā)成果，基于RISC-V架構(gòu)的處理器IP核玄鐵910。
玄鐵910是一款搭載AI向量加速引擎的64位16核處理器，指令集選用了RISC-V的RV64GC，并采用12級(jí)超標(biāo)量流水線。

CoreMark分?jǐn)?shù)對(duì)比 / 平頭哥

在性能測(cè)試中，玄鐵910達(dá)到了7.1 CoreMark/MHz，是目前已知RISC-V處理器的最高水準(zhǔn)。每個(gè)核都支持32-64KB的L1數(shù)據(jù)與指令緩存，L2緩存最高可達(dá)8MB，且所有簇共享，與Arm的big.LITTLE架構(gòu)類(lèi)似。除此之外，該IP核還兼容RVV 0.7.1版本的向量擴(kuò)展，平頭哥稱(chēng)該IP核開(kāi)始設(shè)計(jì)時(shí)尚處于早期RVV版本，未來(lái)會(huì)跟進(jìn)1.0版本。

玄鐵910與Cortex的性能對(duì)比（EEMBC上，NBench下）

平頭哥這款玄鐵910旨在與Arm的Cortex-A73對(duì)標(biāo)，在與麒麟970中的Cortex-A73核心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比對(duì)時(shí)，可以看出玄鐵910在許多方面都勝過(guò)Cortex-A73一籌。但這并不代表著玄鐵910已經(jīng)如Cortex-A73般完善，作為剛公布的RISC-V IP核，平頭哥聲稱(chēng)還要進(jìn)行多年的開(kāi)放式協(xié)作才能覆蓋一些額外的邊角案例。

RISC-V玄鐵處理器 / 電子發(fā)燒友網(wǎng)攝

此外，平頭哥同樣在去年宣布開(kāi)源低功耗的MCU設(shè)計(jì)平臺(tái)，并搭載RISC-V 32位的玄鐵902，未來(lái)平頭哥還將推出玄鐵903，907和908等一系列RISC-V IP核。目前玄鐵910已在螞蟻金融的螞蟻鏈一體機(jī)FPGA中實(shí)現(xiàn)，頻率達(dá)200MHz。今年7月，采用28nm HPC+工藝的玄鐵910 CPU已經(jīng)可達(dá)1.6GHz的頻率。今年九月，平頭哥將推出采用臺(tái)積電12nm FinFET工藝的CPU，可將頻率增至2.0GHz以上。上月底，全志宣布與平頭哥達(dá)成了全面合作，旨在打造AP級(jí)別的RISC-V產(chǎn)品，基于玄鐵902和906開(kāi)發(fā)通用算力芯片，預(yù)計(jì)2021年推出第一顆RISC-V SoC。

SiFive

SiFive由RISC-V的創(chuàng)始人成立，也是首家做出RISC-V芯片的公司。今年8月11日表示，SiFive已從SK海力士與沙特阿美在內(nèi)的投資者籌集了6000萬(wàn)美元的資金，現(xiàn)有投資者英特爾、高通和西部數(shù)據(jù)也加入了這輪融資。

SiFive產(chǎn)品規(guī)劃 / SiFive

除了2、3和5系列的單發(fā)射處理器核心外，SiFive同樣推出了7系列的雙發(fā)射處理器以及去年10月公布的8系列超標(biāo)量處理器。這其中又分為用于MCU、邊緣計(jì)算、IoT的E系列32位處理器，用于存儲(chǔ)、AR/VR、機(jī)器學(xué)習(xí)的S系列，以及用于數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)基帶的U系列。

U84架構(gòu)圖 / SiFive

U8系列是目前SiFive產(chǎn)品中性能最高的RISC-V處理器系列，專(zhuān)門(mén)用于對(duì)性能和延時(shí)敏感的市場(chǎng)應(yīng)用，比如汽車(chē)、數(shù)據(jù)中心與深度學(xué)習(xí)的SoC。該系列目前包含優(yōu)化了功耗和面積效率的U84以及附加矢量處理的U87 IP核。除此之外，U8系列將使用全新的7nm工藝，性能是28nm工藝U54的5.3-7.2倍。

U84性能 / SiFive

一個(gè)四核2MB L2緩存的U84 CPU，在7nm的制程下只需2.63mm2的面積就可以達(dá)到2.6GHz的頻率。SiFive將U84標(biāo)準(zhǔn)核與Arm的Cortex-A72進(jìn)行了比較，并實(shí)現(xiàn)了后者兩倍的面積效率和1.5倍的性能。

芯來(lái)

芯來(lái)RISC-V IP產(chǎn)品路線圖 / 芯來(lái)

芯來(lái)科技是中國(guó)大陸首家專(zhuān)業(yè)的RISC-V IP公司，同時(shí)也是RISC-V基金會(huì)的銀會(huì)員。芯來(lái)科技為自研的RISC-V IP產(chǎn)品規(guī)劃了明確的路線圖。其中N100系列滿足傳統(tǒng)的8/16位內(nèi)核升級(jí)需求，面向IoT等超低功耗場(chǎng)景；N200系列專(zhuān)為低功耗和嵌入式場(chǎng)景設(shè)計(jì)，用于替代8051和Arm Cortex-M內(nèi)核；N300系列則針對(duì)能效比，對(duì)標(biāo)Arm-Cortex M4等內(nèi)核，適用于IoT和工業(yè)控制；面對(duì)對(duì)性能要求更高的Linux、邊緣計(jì)算和數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景，芯來(lái)也推出了600和規(guī)劃中的900系列，以及NX和UX等更高級(jí)別的多核64位架構(gòu)。

UX600 系列系統(tǒng)框圖 / 芯來(lái)科技

今年5月末，芯來(lái)科技發(fā)布了UX600系列64位高性能RISC-V處理器，對(duì)標(biāo)Arm的Cortex-A7、A9和A35。該處理器采用了6級(jí)的流水線架構(gòu)，指令緩存和數(shù)據(jù)緩存的大小可配，并具有ECC保護(hù)功能。與此同時(shí)，芯來(lái)科技已經(jīng)完成Linux在UX600處理器上的移植和驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)。

GD32VF103系列通用MCU / 兆易創(chuàng)新

芯來(lái)科技與兆易創(chuàng)新合作研發(fā)了GD32VF103系列RISC-V通用MCU，其中的Bumblebee內(nèi)核就是由由芯來(lái)科技定制及授權(quán)的，適用于物聯(lián)網(wǎng)等超低功耗場(chǎng)景。在108MHz的同樣頻率，下其性能比Arm Cortex-M3提升15%，最大動(dòng)態(tài)電流降低50%，待機(jī)電流降低25%。

N22處理器架構(gòu)圖 / 晶心科技

芯來(lái)還為臺(tái)灣晶心科技開(kāi)發(fā)了基于N200系列架構(gòu)的N22處理器，該處理器支持晶心自己的RISC-V V5/V5e延伸指令集，并達(dá)到了3.93 CoreMark/MHz的處理器性能，頻率高達(dá)800MHz。

小結(jié)

作為開(kāi)源架構(gòu)，RISC-V并不用擔(dān)心授權(quán)費(fèi)的問(wèn)題，開(kāi)發(fā)社區(qū)也更加開(kāi)放。而出于對(duì)貿(mào)易限制的擔(dān)憂，維持技術(shù)中立性，RISC-V基金會(huì)也將總部從美國(guó)遷往中立國(guó)瑞士，因此供應(yīng)商也不用擔(dān)心貿(mào)易封鎖和禁令的限制。

盡管如此，RISC-V的開(kāi)發(fā)仍處于早期階段，并不是一個(gè)完善穩(wěn)定的指令集架構(gòu)，因?yàn)槟壳癛ISC-V的HDL軟核和軟件工具尚未成熟。而RISC-V處理器的性能也還未達(dá)到足以與Arm高端產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的水準(zhǔn)，哪怕是目前性能最佳的RISC-V 處理器IP核也只是與Arm Cortex A73對(duì)標(biāo)，更不用說(shuō)目前的的旗艦核心Arm Cortex A77，以及再度提升20%性能的下一代A78了。

但競(jìng)爭(zhēng)和壓力都是處理器市場(chǎng)的常態(tài)，哪怕面對(duì)開(kāi)源的RISC市場(chǎng)，RISC-V也有著SPARC、Power和SuperH的競(jìng)爭(zhēng)。但同樣的場(chǎng)景也發(fā)生在上世紀(jì)80年代的8位CPU市場(chǎng)，當(dāng)時(shí)每家廠商都想要推行自己的架構(gòu)和芯片，其中兩大角逐者就是Zilog的Z80和MOS的6502，但此時(shí)一家叫做Intel的新秀開(kāi)始崛起，最終占據(jù)了桌面CPU市場(chǎng)。RISC-V也身處同樣競(jìng)爭(zhēng)激烈卻更加開(kāi)放的處境，諸多廠商更愿意助推下一個(gè)有價(jià)值的市場(chǎng)，這也是高通乃至英特爾自己也投資RISC-V架構(gòu)的原因。

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