Google、高通都在研究的芯片架构，是他们对抗ARM的武器

作者 | 张智伟

出品 | AI科技大本营（公众号ID：rgznai100）

据美国媒体 TheInfomation 报道，Google、高通、英伟达等 80 多家科技公司陆续开始研究一个名叫 RISC-V（risk-five）的开源芯片架构。

基于这个架构的芯片如果研发成功，并应用到物联网设备、自动驾驶车等产品上，将有助于节省半导体公司交给 ARM 的授权费。

从行业现状来看，全球超过 90% 的智能手机和平板电脑都采用了 ARM 授权的指令集架构。在车载电脑、网络路由设备、数字电视等品类中，ARM IP 的市场份额也在逐年增加。



综合 Gartner、IDC 等研究机构的数据，ARM 估计 2017 年大约有 340 亿台设备使用了该公司授权的指令集芯片，芯片总量高达 410 亿枚。

而在传统 PC 市场，英特尔和 AMD 等公司采用的 x86 架构占据了绝对主导地位。

但这两种指令集架构并非完美无缺。

今年 1 月，Google 旗下的 Project Zero 安全团队发现了由“预测执行”功能引发的芯片级漏洞，Spectre 和 Meltdown。

全世界搭载英特尔、AMD 和 ARM 架构处理器的设备无一幸免，甚至连英伟达的显卡、云端的数据中心也受到波及。打上补丁之后，这些设备的性能平均要下降 4-6% 左右。

而开源的 RISC-V 架构不具备执行预测性内存访问功能，因此不会受到这两个漏洞的影响。

从架构设计层面看，RISC-V 定义的标准指令集只使用了少部分的指令编码空间，其余空间被预留给开发者作为扩展指令使用。

RISC-V 默认采用 32 位指令长度，对 16 位的整数倍指令也能很好支持。另外，RISC-V 还提供多种指令类型可选，同时支持指令预定义。



Roa Logic 公司基于 RISC-V 架构设计的处理器 RV12

这两个设计优势，让 RISC-V 架构拥有非常高的灵活性和可扩展性。在运行某些特定的计算任务时，比如 AI 模型，RISC-V 架构能通过特殊定制和优化，达到比较理想的能源利用和运算效率。

作为开源的指令集架构，RISC-V 目前由非盈利组织 RISC-V Foundation 管理。从 2015 年成立至今，已经有 100 多家公司和机构加入 RISC-V Foundation，其中包括高通、联发科、英伟达等半导体设计公司，还有 Google、华为、特斯拉等科技公司。中科院计算所、普林斯顿大学等研究机构也出现在成员机构列表中。

RISC-V 的主要发明人，美国加州伯克利大学的计算机科学家 David Patterson 和 John Hennessy 前不久还获得了计算机领域的最高荣誉图灵奖（Turing Award）。



David Patterson

对于半导体设计公司而言，RISC-V 在商业上的最大优势是开放且完全免费，省去了指令集授权的成本。仅仅是这一点，就足以让不少公司投入研发资源。最近加入的西部数据、特斯拉等公司，就是受此驱动。

不过，RISC-V 并非没有缺点。作为新兴的指令集架构，RISC-V 的整个生态基础还比较薄弱。产业链上位于架构设计环节之后的公司，目前什么也做不了。

除此之外，RISC-V 极强的可扩展性也意味着，需要一个全行业的共识机制来保证兼容性。当出现重大漏洞时，也需要足够妥善及时的预防和补丁机制。

综合来看，RISC-V 作为后来者，确实有天生的设计优势。它能够给半导体行业乃至全人类带来哪些改变，就要看这些科技公司的努力和协作进展了。

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