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【評論】採開源架構設計的RISC-V有可能擊敗Intel主導的x86,或是ARM主導架構嗎?

以目前CPU市場來看,大致區分以Intel為主的x86架構,以及ARM推行的ARM架構設計為大宗,雖然過去也有諸如MIPS或IBM主導的PowerPC等架構設計,但規模並未像x86、ARM架構佔據大部分處理器市場。而自2010年從加州大學柏克萊分校以研究專案打造的RISC-V架構設計,本身以開源架構形式吸引包含IBM、恩智浦、Weatern Digital、NVIDIA、Qualcomm、三星、Google、華為、Tesla在內廠商加盟,或許未來將有機會以「CPU界的Linux」形式蓬勃發展。

相比Intel提出的x86架構封閉性,目前僅有AMD、威盛 (VIA)在內廠商使用,而ARM提出的ARM架構則必須支付高昂授權費用才能使用,或由ARM同意是否繼續授權,RISC-V架構由於採徹底開源設計,並且使用BSD License開源協定,允許使用者任意取用,並且可任意進行修改,甚至允許用於商業銷售,因此從2010年提出以來就受到不少關注。

由於採精簡架構設計,RISC-V架構指令集最初僅有不到50組的指令,同時研究團隊更僅以3個月時間便完成第一版指令集,後續更因為採開源使用模式,使得RISC-V架構陸續加入更多指令集,甚至因應特定使用需求增加更多專屬指令。

目前包含IBM、恩智浦、Western Digital、NVIDIA、Qualcomm、三星、Google、華為、Rambus、美高森美、Marvell、聯發科、SK hynix、Seagate、CEVA、阿里巴巴、Allwinner、獵戶星空,以及加州大學柏克萊分校、麻省理工學院、普林斯頓大學、蘇黎世聯邦理工學院、印度理工學院、羅倫茲國家實驗室、新加坡南洋理工大學及中國中科院計算所等學術機構,均先後加入採用RISC-V架構,就連Tesla也在近期內宣布加盟,預計藉由RISC-V架構打造其車款使用處理器。截至2017年11月,RISC-V架構已經吸引超過138家公司、35所學術機構加盟使用,甚至更獲得印度政府機構採用,藉此發展國家資助處理器設計。

以RISC-V架構精簡形式設計,現階段已經可以對應執行64位元運算模式,相比採用ARM Cortex-A5架構設計的處理器相比,使用RISC-V架構打造的處理器約可在運算效能提昇10%,並且在佔用面積精簡49%,時脈運作功耗僅為Cortex-A5的43%,因此用於嵌入式裝置可帶來不少競爭優勢。


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因此,Western Digital便表示將以RISC-V架構打造儲存設備控制器,而NVIDIA也計畫將RISC-V架構用於GPU內部控制元件,甚至美國國防高等研究計劃署 (DARPA)也計畫資助以RISC-V架構打航太設備控制晶片,另外也有不少新創團隊開始透過RISC-V架構設計物連網設備使用晶片,軟體方面也陸續加入JVM、LLVM、Python等常見開發工具。

不過,雖然採完全開源架構,以及免費授權形式,RISC-V架構目前要超越Intel的x86架構,以及ARM架構,或許仍有相當大難度。

主要因素除了Intel推動的x86架構市場已經相當龐大,幾乎從傳統PC到數據中心規模的伺服器都會使用x86架構處理器,同時相關軟體帶動的應用服務也有長達40週年發展歷史,而ARM架構所產生龐大市場應用規模更難以被RISC-V架構取代,因此目前市場恐怕還是會由x86、ARM架構持續分佔一段時間。

而RISC-V架構看似有相當大的發展空間,但實際上也有不少問題,例如強調完全開源的設計,並且讓取用者可任意加上專屬指令集,甚至選擇將架構封閉或維持開源,導致RISC-V架構目前也與過往MIPS架構發生一樣問題,因為允許增加更多指令集,使得雖然都是以RISC-V架構設計,但可能無法共用相同指令集。


在持續分化情況下,意味RISC-V架構將與目前Linux情況相同,雖然同樣採Linux架構設計,卻分化成不同使用環境,甚至有部分相容問題,因此目前RISC-V架構雖然吸引不少一線廠商採用,但現階段要成為市場主流,似乎還需要更多時間投入發展。

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