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RISC-V生态全景解析1——RISC-V处理器架构的技术演变

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发表于 2022-5-19 10:22 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式

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# c  {! L, C& m: D6 rRISC-V架构近几年的迅猛发展,使其在学术界和产业界的热度不断提升。凭借极简、模块化、可拓展等属性,RISC-V有望成为新时代的主导架构。故从本期开始,我们将为大家推荐RISC-V知识图谱系列内容,带大家从“应用开发”、“商业”、“技术创新”等不同角度视角认识RISC-V。
: z7 x3 L+ F' A% [% C+ u5 \本文为RISC-V知识图谱系列的开篇之作,共分为上下两篇。本篇文章主要从技术与商业视角介绍RISC-V架构的起源,分析RISC-V发展如此迅速的原因,并剖析X86架构与ARM架构成功的原因。
$ t6 T9 g5 F! O
- o& F/ N& c0 O" Z9 |  H1、RISC-V架构起源& A9 Q  W5 {4 y7 X
RISC-V架构是一种开源的指令集架构。最早是由美国伯克利大学的Krest教授及其研究团队提出的,当时提出的初衷是为了计算机/电子类方向的学生做课程实践服务的。! p: o, l& J  e; O/ R- l
由于这是伯克利大学研究并流片的第五代RISC架构处理器,因此就命名为RISC-V,其中“V”是罗马字母的数字5的意思。2015年,RISC-V架构开始以基金会的形式运营,Google、Nvidia、Western Digital等国际知名的互联网和半导体企业都是其创始会员。
5 ]- \6 |; i" h2020年,RISC-V基金会考虑到整个组织和技术的中立性,将总部由美国迁移到了欧洲的瑞士(瑞士一直是国际上有名的中立国,在第一次世界大战和第二次世界大战期间都保持了中立国的角色),并将名字由RISC-V Foundation改名为RISC-V International,RISC-V国际希望坚持架构的中立、开放与普惠,并服务于全球技术生态。
" U: ~9 r* m$ `" U/ I1 q! D* E2 b7 u' ?
2、RISC-V架构的迅猛发展& z1 {3 w, G, X; G. Q- G+ h
从RISC-V架构诞生到现在已经有11年的时间,尤其在基金会运营的这几年里,RISC-V开始快速发展,不仅知名度迅速提升,而且在应用上也从之前的大学教学和研究大踏步进入了产业界,包括Western Digital、阿里巴巴平头哥半导体等均开始了RISC-V架构的CPU核以及芯片的量产应用。5 n1 \! O" l+ N( u: g4 q2 G
软件生态方面,RISC-V生态也是迅猛发展,从各种主流的编程语言(如C、C++、Golang),到主流的GCC、LLVM等编译系统,到linux与各种RTOS操作系统内核,到Ubuntu、Debian等常见的操作系统发行版,以及容器Docker等应用软件等等。
0 _/ ?( r2 ^0 s2 f目前,除了各种算法库优化支持、Android生态以及服务器生态RISC-V还相对较弱外,其余的软件生态基本可以满足开发应用的需要。RISC-V花了差不多5年的时间完成了ARM过去花了二十年积累的软件生态(1990 - 2010),就连近期曾经著名的CPU厂商MIPS公司也宣布放弃MIPS架构转而支持蓬勃发展的RISC-V架构。6 }2 M3 O4 E' |* q
在处理器发展的几十年历史中,各种处理器架构曾经层出不穷,从开始的Intel X86架构,到后来的IBM power架构、MIPS架构、DEC Alpha架构、Sun Sparc架构以及后来的ARM架构,此外还有Motorola、TI、Hitachi、RENESAS等各种小众处理器架构等,各种处理器架构曾百花齐放过。
) P7 x. V  a6 ]$ D但是经过近30年产业的大浪淘沙,其他的处理器架构逐步的留在了历史的博物馆中,目前只留下了X86和ARM两大强势的处理器架构。2 E! P4 S$ l( F7 }
未来,从全球开发者的角度看,一定是希望基于有限的处理器架构做上层软件的开发,因此可以基本确定的是未来只有2-3家处理器架构可以存活下来,而RISC-V有很大概率成为继X86和ARM架构之外,处理器架构的第三级(甚至是第二级)。  _8 a" Y9 a4 M9 E$ ^3 e" r

$ J7 F: i5 N" W+ {* h) s; e0 z3、从商业角度看X86与ARM成功的原因; |2 d; {, S  b' x
(1)X86架构+ i& E/ Q# o9 p
纵观处理器架构的演进,处理器架构正在从以往的技术驱动型转变为商业模式驱动型,处理器架构的开放、开源是大势所趋。$ g( H' @" K4 R3 E$ Y% G. Z5 N5 O$ y
在处理器芯片时代,Intel凭借其强大的制造工艺技术结合其架构与微架构的创新,打败了IBM Power、Sun Sparc等一众明星,成为处理器芯片时代的霸主。但是X86架构是一种闭源的架构,全世界的方案商、应用商想获得X86架构只有通过购买他家的芯片获得,而无法基于其架构开发芯片(AMD、威盛等公司是由于IBM/美国政府为了防止Intel出现垄断而强行要求X86架构必须有另外一家公司也开展研发与生产业务)。在X86架构之后,ARM架构出现了。
: k; p) I1 {/ `. F
" b. i; g5 P: R! v% K7 G' F5 z(2)ARM架构
9 R2 n* y& B7 e- G1 z! m: hARM架构的成功,与其说是技术的成功(那个时候ARM架构才刚起步,相比于迭代完善了几十年的X86架构来说肯定是有缺陷的),不如说是商业模式的成功带来的。ARM架构的出现,将之前高贵的闭源的处理器架构带到了“开放的”位置(注意,此处笔者用了“开放”一词),处理器架构不再是一两家高贵的芯片厂商的杀手锏,它变成了广大芯片公司触手可及的东西。$ i. ], X" J1 W( X+ d) D) V/ g
ARM成功的主要原因,就是把处理器架构作为一种基础技术被其他的芯片厂商所集成,从而将一堆的芯片公司围绕在自己身边并形成了自己的小伙伴阵营,其中不乏高通、苹果等一批技术能力优于ARM的公司,这是一个典型的群狼斗猛虎的故事(群狼指的是ARM的小伙伴阵营,猛虎指的是Intel,当然这里还少不了TSMC等制造厂的强势相助。笔者认为,芯片的核心技术基础设施化是大势所趋,也是推动芯片开放、普惠的核心力量,其中ARM的IP授权模式与TSMC的制造能力开放是半导体领域两个最有革命性的商业模式创新,如果读者们感兴趣以后另开文章来讲,这里就不展开了)。0 g! U) V) J, C. Q0 p$ V3 |
- A- M& }9 o, K
当然,ARM的成功也得益于历史的大趋势,那就是功能手机的出现,以及功能手机之后智能手机的兴起和普及,商业模式的革命遇上历史的浪潮使得ARM从传统的农村地带逐步进入了城市地带并最终进入了舞台的中央(ARM目前已经杀入了X86的传统强势地盘,包括苹果的M1 PC机芯片以及Ampere/亚马逊等的服务器芯片)。

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发表于 2022-5-19 15:10 | 只看该作者
红红火火恍恍惚惚。等你下一集。

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发表于 2022-5-19 14:43 | 只看该作者
打上坐标。收藏了。
+ {8 ?5 O) a; x! p(~ ̄▽ ̄)~

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 楼主| 发表于 2022-5-19 15:27 | 只看该作者
文章集合,更系统,不容易丢信息。
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