開源處理器RISC-V羽翼漸豐，能挑戰ARM的地位麼？

版權聲明：本文來自《新電子》，如您覺得不合適，請與我們聯繫，謝謝。

源自柏克萊大學的開放原始碼指令集架構(ISA)處理器RISC-V，目前已陸續獲得多家科技大廠支持，開始應用在自家產品中。

為進一步推動RISC-V處理器的商業應用，由柏克萊教授與研究生共同創辦了一家名為SiFive的新創晶片設計服務公司，並獲得台積電大力奧援。

目前SiFive已推出基於台積電0.18微米與28納米製程的微控制器(MCU)與微處理器SoC平台。

SiFive產品暨業務開發副總裁剛至堅表示，目前半導體產業出現前所未有的整並潮，與產業發展趨向於寡頭壟斷有密切關係。

隨著先進位程的一次性工程(NRE)成本呈指數增加，摩爾定律只對口袋夠深的大廠有意義。

但這個趨勢不利物聯網(IoT)、雲端等應用發展，因為這類應用的單一產品市場規模通常不大，卻需要高度客制化的解決方案。

如果不設法改變局面，相關應用開發者只能妥協，用現成的晶片來實現所想要的產品設計。

SiFive認為，開放原始碼硬體將是解決上述困境，讓更多應用開發者以低成本取得客制化處理器或微控制器的關鍵，同時也蘊含龐大的商業潛力。

因此，該公司創業團隊以自己在柏克萊大學時所開發的RISC-V指令集架構做為核心技術，結合晶片設計服務商業模式，而創立了SiFive。

值得一提的是，RISC-V的產業支援程度進展相當迅速。

事實上，除了SiFive，NVIDIA、Google、HP Enterprise、IBM等國際一線大廠，也都是RISC-V的支持者，並加入RISC-V基金會。

NVIDIA更已經在自家的GPU中採用RISC-V核心，主要功能為晶片內部的管理(House Keeping)。

RISC-V基金會是非營利組織，主要工作是維護RISC-V架構的標準規範。

SiFive則是一家以營利為目標的公司，但該公司的主要產品依然維持開放原始碼。

例如鎖定微控制器市場的Freedom Everywhere，以及主打高性能SoC設計的Freedom Unleashed，相關設計文件與原始碼，都是對外開放的。

剛至堅解釋，開放透明有一個主要好處，就是可以與開放原始碼社群的資源結合，而且用戶不用等拿到晶片才能開始撰寫軟體，因為晶片內部功能的規格定義已完全攤在陽光下。

對SiFive來說，這可省下很多客戶支援的工作，將成本回饋給客戶。

舉例來說，採用台積電0.18微米製程的Freedom Everywhere平台，用戶只要支付4萬美元起，就能拿到按照自己應用需求設計的晶片原型。

至於採用28納米製程的Freedom Unleashed，資金需求則在三百萬到五百萬美元之間。

結合開放原始碼CPU以及晶片設計服務商業模式的SiFive，雖然創業時間很短，但已經引起台積電關注，且雙方有相當緊密的合作關係。

目前SiFive唯一的晶圓代工夥伴正是台積電，且剛至堅表示，短期內SiFive沒有尋找其他晶圓代工合作夥伴的打算。

什麼是RISC-V？

顧名思義，RISC是精簡指令集的意思，相信不需要和大家贅言。

而"V"也表示變化(variation)和向量(vectors)。

這一切都與Berkeley追求「開放「的精神格格不入，要知道從Unix/BSD作業系統到現今在大數據領域流行的Spark框架，他們都是用一個非常寬鬆的名為BSD License的許可證的發布的。

這個License簡言之就是我發布的代碼你想怎麼用怎麼用，不用交錢，改了也不用開源，只要最終致謝作者即可。

蘋果的OSX是基於BSD Unix的，而微軟Windows中也包含修改過的BSD Unix代碼。

所以Krste教授決定帶領團隊重新開發一個完全開放的、標準的、能夠支持各種應用的新指令集，他也得到了RISC的發明者之一，Dave Patterson教授的大力支持。

從2010年夏天開始，大約花了四年的時間，這個團隊設計和開發了一套完整的新的指令集，同時也包含了移植好的編譯器、工具鏈、仿真器，並經過數次流片驗證。

為了能夠加快開發的效率，以便能夠快速的評估和修改設計以及提高可復用性，Chisel作為一種新的硬體構建語言也被開發了出來。

簡言之，你可以用scala這種函數式程式語言去設計硬體，並最終能夠生成傳統的Verilog HDL用於ASIC/FPGA,或者生成C++用於仿真。

這個新的指令集叫做RISC-V，"V"包含兩層意思，一是這是Berkeley從RISC I開始設計的第五代指令集架構，二是它代表了變化(variation)和向量(vectors)。

會威脅到ARM或者Intel嗎？

當面對一個新的指令集時，一個最常見的顧慮是現有的優質軟體在新指令集的平台上的移植問題。

Wintel聯盟在過去十多年來正是靠著「向後兼容」而成功。

每一代的Intel X86處理器都兼容過去所有的指令，而每一代的新Windows作業系統都基本上兼容過去版本的軟體。

但現在，用戶並不需要過於擔心可移植問題。

首先，開源軟體在這十幾年的飛速發展，已經能夠讓我們在很多領域無需過多擔心軟體移植的問題。

比如在伺服器領域，大部分軟體完全開源，而應用多用腳本語言寫成，可移植性非常好。

其次，很多人或許並不知道，ARM也並不是一個完全向後兼容的指令集，為了能讓ARM CPU運行在不同行業的應用中，向後兼容帶來的包袱遠大於其優勢，這對RISC-V來說也是一樣。

最後，總的發展的趨勢是，不論是物聯網、移動計算、網絡服務還是人工智慧，我們都需要成本更低、靈活性更高和可定製性更強的處理器。

而「向後兼容」的重要性會越來越小，並將最終成為過去。

最近全球半導體聯盟（GSA）在一篇報告中大膽的提出這樣的問題：「RISC-V會是開源領域的下一個Linux嗎？」，「半導體行業是開放原始碼最後一塊沒有攻克的陣地嗎？」。

相比十幾年前開源軟體發展的初期階段，如今開源硬體的發展和當時是如此相像。

筆者相信，隨著RISC-V的成熟和更多的大公司加入，它非常有希望去挑戰Intel x86和ARM對市場的統治，從雲計算到物聯網，成為當今這個網際網路世界的最基本的和不可或缺的「輪子」之一。

【關於轉載】：轉載僅限全文轉載並完整保留文章標題及內容，不得刪改、添加內容繞開原創保護，且文章開頭必須註明：轉自「半導體行業觀察icbank」微信公眾號。

謝謝合作！

【關於投稿】：歡迎半導體精英投稿，一經錄用將署名刊登，紅包重謝！來稿郵件請在標題標明「投稿」，並在稿件中註明姓名、電話、單位和職務。

歡迎添加我的個人微信號MooreRen001或發郵件到 [email protected]

點擊閱讀原文加入摩爾精英