科普文章:到底什么是RISC-V

时间: 2024-01-06 04:16:17 |   作者: 爱游戏官方网站app

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  RISC-V,一般被念做:risk five。V,即罗马数字5。该指令集是RISC系列指令集的第五代产品。

  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。

  CPU(中央处理器),也被称为微处理器,相当于电子科技类产品的大脑。在通信领域当中,几乎所有的重要信息都要由这个“大脑”所掌控,CPU芯片和操作系统是网信领域最基础的核心技术。

  CPU的架构一直以来是x86与ARM的天下,而自2010年RISC-V诞生以后,隐约在CPU架构呈现出三足鼎立的趋势。

  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,这两类主流架构的胜任能力有限。RISC-V表现出了较强的优势。

  RISC的设计理念也催生了一系列新架构,如MIPS、服务器的王者IBM PowerPC以及现在统治嵌入式市场的ARM。

  2010年,加州大学伯克利分校的研究团队设计并推出了一套基于BSD协议许可的免费开放的指令集架构RISC-V,其原型芯片也于2013年1月成功流片。

  RISC-V最大的特性就在于“精简”。虽然与ARM同属于精简指令集架构,但因RISC-V是近年来才推出,没有背负向后兼容的历史包袱,架构短小精悍。相比于x86和ARM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”的篇幅也仅为91页。

  1、模块化:RISC-V将不同的部分以模块化的方式组织在一起,并试图通过一套统一的架构来满足各种不同的应用场景,这种模块化是x86与ARM架构所不具备的。

  2、指令数目少:受益于短小精悍的架构以及模块化的特性,RISC-V架构的指令数目非常的简洁。基本的RISC-V指令数目仅有40多条,加上其他的模块化扩展指令也总共只有几十条指令。

  RISC-V全面开源,且具有全套开源免费的编译器、开发工具和软件开发环境(IDE),其开源的特性允许任何用户自由修改、扩展,从而能满足量身定制的需求,大幅度的降低指令集修改的门槛。

  同类产品中,ARM需要支付高昂的IP费用才可使用,甚至需支付“预付款”才可看到细节。

  2015年,RISC-V基金会正式成立,吸引了包括英伟达、NXP、三星、Microsemi在内等企业的加入。迄今为止,该基金会已吸引了全球28个国家327多家会员加入。RISC-V基金会负责维护RSIC-V指令集标准手册与架构文档,每年RISC-V基金会都会举办各种专题讨论会和全球活动。

  在手机带来的科技革命趋势下,需要快速处理数据,ARM架构在手机处理器IP领域一统江湖。

  在半导体的历史上,X86、ARM作为主流架构一直都占有着很大的市场。随着物联网时代的来临,而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。

  同时嵌入式市场具备少量多样的特点,在各细分应用场景并未形成真正壁垒,架构的选择五花八门。

  因此,这是RISC-V绝佳的突破口。RISC-V的开源能减少相关成本,也能让用户自由修改,可定制化,RISC-V生态与敏捷设计同源。目前,国内外已有多家芯片企业投入大量资金研发RISC-V在IoT领域的应用。

  未来的物联网大概会有300亿个设备被链接起来,那么物联网安全并不是奢侈品,而是必需品。而RISC-V的开源特性允许广泛的受众检查其体系结构,并在它们成为大范围的安全事件之前纠正它们。RISC-V能够最终靠提供“修复”核心而无需实际更改核心的机会来影响我们现有的网络犯罪流行。

  根据SiFive首席执行官Naveed Sherwani的预测,两年之后RISC-V就会进军手机市场,与高通、苹果、三星、联发科等ARM公司抢智能手机处理器市场,同时有可能威胁低功耗笔记本处理器。

  目前ARM公司的营收数据略有下滑,2017与2018年,ARM的设计IP市占率分别下滑1.6%及1.5%。因此,ARM也作出了相应的改善策略。2019年7月,Arm推出新的授权模式“Flexible Access”:对于中低阶芯片的授权,未来客户不再需要缴纳“预付款”才能看到设计细节。

  虽然目前RISC-V的高性能市场一片空白,但RISC-V本身用来设计高性能芯片是没问题的,学术界已经有基于RISC-V架构的511核处理器(Celerity)。只是基于RISC-V的低门槛特点,进入的企业体量较为小巧,只有少数的资金做长期布局与研发,高性能等要比较长研发时间的领域尚无人尝试。

  根据SiFive首席执行官Naveed Sherwani的预测,5年后RISC-V指令的处理器就非常有可能进军服务器市场,AMD、英特尔这样的x86处理器公司也许将要担心。

  硬盘本身并不是特别需要像SSD那样庞大的计算资源,但是由于新的磁记录技术,更复杂的功能(例如,基于NAND Flash的缓存,健康管理,QoS),它们的处理要求也在增长增强等。这对存储器中控制芯片的计算能力有一定的要求变高了。

  2017年,根据IDC和希捷的数据,2016年全球产生了16.1个ZB(ZetaBytes)数据,到2025年全球数据球体将增长一个数量级到163个ZB。并且需要实时处理和低延迟的数据量正在增长。

  虽然数据可以就近传输到附近的服务器汇总做处理,这需要更为强大的服务器,但服务器本身对处理快数据的效率不高,因此硬盘不仅存储数据,还需要处理它。

  目前RISC-V被认为最适合应用在IoT市场。因为IoT市场的情况更为灵活,是一个“碎片化”的市场,客户的真实需求相对多样化,目前尚无任一架构统一市场,而RISC-V具有低功耗、低成本、灵活可扩展及安全可靠的特性。

  虽然RICS-V本身是开源免费的,但是用户对RICS-V的架构进行使用和修改后能够直接进行销售。根据Tractica的预测,基于RISC-V的IP和软件工具的全球收入将在2025年增加到11亿美元,高于2018年的5200万美元。

  CPU架构的影响力主要是依赖他生长的一整套ECO,比如基于x86的Windows,基于ARM的Android。RISC-V现在最缺的是生态系统,特别是IoT碎片化的性质,没有一个统一的软件栈生态。

  RISC-V基金会其实对此并不做任何定义,生态系统的搭建交予使用者来自行发挥。并且生态系统并非一蹴而就,根据RISC-V基金会亚太区副秘书长郭雄飞所言,唯有RISC-V MCU大规模量产,开发者真正随手可得,相应的软件生态才能大规模爆发。

  在智能手机时代,由于MIPS选择消费电子时,Arm选择了手机市场,即使ARM与MIPS的诞生时间相差些许,但更晚出现的Arm成为了智能手机时代的标签。

  MIPS和RISC-V两者的架构也相差不大。因此,在2018年12月MIPS宣布开源之后,MIPS有几率会成为RISC-V在AI时代强有力的竞争者。并且基于MIPS指令集的芯片已经有100亿颗的出货,这在某种程度上预示着MIPS处理器在机顶盒、录音笔、智能手表等市场已非常成熟。未来,政策、生态、软件等方面的因素是两个指令集在AI时代竞赛的重要考量。

  目前所有的通用x86架构处理器技术都掌握在英特尔和AMD公司手中,ARM则也受到美国政策的限制。同时信息安全也是近几年来一直在强调的话题。在政府、海关、金融、铁路、民航、医疗、军警等重要部门,保障其通信安全尤为重要。

  但RISC-V的开源特性,使得国内公司能够继续使用。同时因为其模块化的设计,可以直接应用模块,使用门槛不高。并且对于新时代IoT等趋势的驱动下,RISC-V对比其余架构存在比较大的优势,国内企业提前布局,或可成为该行业巨头之一。自2018年开始,在国内的半导体技术圈里,已经掀起了一场关于RISC—V的讨论热潮。

  9月20日上午,中国RISC-V产业联盟(China RISC-V Industry Consortium,CRVIC)成立大会在张江的上海集成电路行业协会会议室成功召开。吸引芯原控股、芯来科技、上海赛昉科技、杭州中天微、北京君正、兆易创新、紫光展锐等多家单位加入,芯原控股有限公司担任联盟首任理事长单位。

  设立联盟为搭建产业交流平台,推动RISC-V大范围的应用;推动RISC-V人才教育培训,建立高校培养计划;推动会员协同发展,建立长效合作机制;承接RISC-V全球基金会活动,深化国际合作交流。

  日前,在第三届滴水湖中国RISC-V论坛上,珠海普林芯驰科技有限公司CEO胡颖哲介绍了公司最新推出的SPV60 AI音频芯片。 胡颖哲首先调侃道,普林芯驰主要聚焦在消费、智慧家居等领域,对这些IoT应用而言,客户最强烈的需求就是超高的性价比。“客户总是想拿一个摩托车的成本,去买一个能打飞机的坦克。换句线算力的芯片,这也是RISC-V最大的优势之一。”胡颖哲打趣道。 SPV60已经是普林芯驰第四颗RISC-V架构产品,上一颗SPT50芯片在两年多的量产过程中出货超3000万颗,打入了包括小米、荣耀、沃尔玛等一批一线品牌产品中。作为在RISC-V深耕多年的普林芯驰,对RISC-V有着充足的使用体

  的杀手锏是超高的性价比和灵活性 /

  德国慕尼黑,2022 年 6 月——可定制RISC-V处理器硅知识产权(IP)的领导者Codasip日前宣布,其Codasip Studio平台现已支持苹果公司macOS Monterey(当前macOS的主要版本)。 Codasip Studio是一个处理器设计自动化平台,用于完成Codasip领先的RISC-V处理器IP的定制 ,使设计人员能快速且轻松地定制其处理器设计,以面向特定领域中的应用实现最高性能。 Codasip Studio还能够适用于创建Codasip的业内最佳的RISC-V处理器内核,并帮助设计人员评估微架构的替代方案 。应用软件能够正常的使用内核的指令精确描述做多元化的分析。未解决性能瓶颈问题,能添加和分析定制指

  处理器带来更多的差异化设计潜力 /

  据鲁网报道,核芯互联科技(青岛)有限公司已研发出6款芯片,其中有4款(两颗ADC,一颗传感器调理芯片,一颗MCU)已完成企业测试进入风险量产阶段。 核芯互联成立于2017年6月,是一家主打芯片敏捷设计的初创公司,致力于通过科学技术创新,从芯片、算法、人工智能、通信、软件等多维度、多层次为工业赋能,提供一站式工业自动化和物联网解决方案。 今年2月,核芯互联自主研发成功微架构的RISC-V IP核及MCU系列通用芯片,并对数款数字和模拟芯片进行流片。 4月,核芯互联在青岛芯谷正式对外发布璇玑CLE系列MCU。璇玑CLE系列是核芯互联基于32位RISC-V内核推出的通用嵌入式MCU处理器,具有高性能、低功耗、高稳定性等特点,是存储资源和对外

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  乐鑫科技 AIoT 产品矩阵又添新成员,首次增加 5 GHz Wi-Fi 6 产品线 芯片亮点 • 搭载 32 位 RISC-V 处理器 • 集成 2.4/5 GHz 双频 Wi-Fi 6 和 Bluetooth 5 (LE) • 优化成本与功率,可适用于永久续航的超低功耗物联网设备 • 具有高连接可靠性,安全机制完善 • 由乐鑫成熟的物联网开发框架 ESP-IDF 提供软件支持 • 拓展支持从机模式,可通过 USB 及 SDIO 接口同外部主机 MCU 连接,提供无线连接功能 关于乐鑫信息科技 乐鑫科技 (688018.SH) 是一家全球化的无晶圆厂半导体公司,成立于 2008 年,在中国、捷克、印度、新加坡

  第三届国产嵌入式操作系统技术与产业高质量发展论坛 最新议程发布(线上会议) 第三届国产嵌入式操作系统技术与产业高质量发展论坛暨嵌入式系统联谊会主题讨论会(总第27次),主办方邀请到了国内从事嵌入式操作系统研究、产品研究开发和开源项目的专家和学者参与论坛的主题演讲和嘉宾讨论,研讨机器人操作系统、物联网操作系统和RISC-V和新一代开源OS最新技术、产品和产业机遇,一同探讨国产操作系统生态建设,开源治理和标准指定等一系列促进一起发展的问题。 由于疫情发展的变化,原定在北航杭州研究院举办的论坛改为 线上会议 。上午是面向工业的操作系统技术主题论坛。下午是RISC-V与开源操作系统主题论坛和嘉宾回答网友问题环节。 论坛主办方:

  由国内知名学者和产业人士共同发起的嵌入式系统联谊会,成立和运作已经10年了。嵌入式系统联谊会为中国嵌入式系统不同学科领域的专家学者、工程技术人员、市场和科技媒体人士提供学术和产业信息交流的环境,是增进个人友谊的公益性科技沙龙机构。嵌入式系统联谊会技术沙龙是联谊会继主题讨论会形式外的一个新的尝试,更侧重专业化、年轻化和实战性。 RISC-V 开源指令集架构为沉寂已久的处理器架构世界带来了一缕春风,其传播的速度很迅猛,许多高校慢慢的开始将RISC-V用于教学,科技巨头纷纷宣布支持RISC-V,并且涌现一批初创的科技公司。目前RISC-V 架构技术还在发展,各家芯片平台在开发和完善之中,RISC-V应用将会逐步展开和落地。 千里

  架构嵌入式开发研究与实践 /

  Codasip通过收购Cerberus增强RISC-V处理器设计的安全性 RISC-V的安全性问题是需要得到格外的重视 德国慕尼黑市,2022年11月 - 处理器设计自动化和RISC-V处理器硅知识产权(IP)的领导者Codasip日前宣布,其已收购Cerberus Security Labs公司。 Cerberus的物联网(IoT)安全IP和经验比较丰富的团队将支持Codasip的客户能快速为RISC-V处理器设计集成安全解决方案。 此项收购未披露具体金额,且收购事项已完成并立即生效。总部在英国布里斯托尔的Cerberus团队将作为Codasip员工加入到团队。 Codasip首席执行官Ron Black评论道:“安

  微控制器几乎无处不在,但 RISC-V 能否满足这一个市场的需求?小到足以取代 8 位处理器吗?什么能够在一定程度上帮助人们迁移到更现代的处理器架构? RISC-V定义了一个 32 位处理器指令集架构(ISA),它是开源的并能以多种方式自由实现。它被吹捧为一个非常小而高效的架构,同时被定义为易于扩展。许多附加组件已经是经过批准的扩展,其中大量在 2021 年 12 月的 RISC-V 峰会上亮相。 但问题依然存在。基本规格是否足够小?不是添加额外的功能,而是需要删除一些东西?它作为微控制器有用吗?根据多份行业报告,2020 年 8 位微控制器市场约为 80亿美元,预计在可预见的未来将增长 4% 至 5%。2014 年,8 位仍然是最


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