RISC-V是最近大火的開源指令集。其自推出以來經歷了被質疑、被吹捧再到「真香」的過程。目前國內有兩個RISC-V的「聯盟」,RISC-V有關的論壇和會議也開始多起來了。作為一個從2016年就開始搞基於RISC-V處理器的研究者(其實當時是被逼無奈,但凡有一個可用的處理器IP我們也不會硬上去搞RISC-V),覺得這是一件好事,但也有很大的浮躁氣氛。

CPU是一個專業研究非常小眾,但「業餘愛好者」最為集中的領域。所以目前在「研究」RISC-V的人群裡面,很大一部分還是屬於「湊熱鬧」的,「看門道」的比例還不夠高。因此在一些基本的問題上經常糾纏不清,也存在很多混淆。

在此呢,我想簡單談談自己的想法,也算是拋磚引玉供大家參考一下。今天主要談談基於RISC-V指令集的處理器現階段最適合的幾個市場。

首先說結論:基於RISC-V指令集的處理器目前最適合的屬於是「用戶不可見處理器」市場,其次是「物聯網」市場,最後會在嵌入式智能尤其是低端設備的嵌入式智能領域和ARM短兵相接。

先來談一談第一「用戶不可見處理器」市場。所謂的用戶不可見處理器是指那些「深埋」在晶元內部,編程介面不對用戶所使用的軟體開放的處理器。這類處理器一般是用做系統管理、監控、調度的。2017年第6屆RISC-V的workshop上NVIDIA提出的要用基於RISC-V替代的Falcon (FAst Logic CONtroller)就屬於這一類處理器。「用戶不可見處理器」的特點是「軟體棧」特別的淺,完全用晶元開發者自己定製,幾乎不需要「生態」的支持。當然,如果有現成的東西可以用來降低開發工作量也是何樂不為的。這一類應用中採用基於RISC-V的處理器去替代ARM處理器對於產品產生的影響最小,好處也是最直接的——少交License Fee了、自主可控性也變好了。所以這個市場一旦有了成熟的開源指令集處理器以後,就很容易被佔領。以目前RISC-V指令集的完善程度和工具鏈的豐富程度,已經算是成熟的處理器了,比各家自己湊合搞出來的處理器肯定是好用很多。相比於ARM等長期商用的處理器而言,差的主要就是「生態」。而前面已經論述了「用戶不可見」處理器對生態的依存度很低。

圖1 NVIDIA PPT中表現軟體工程師對於Falcon處理器設計者不滿,其實意思就是自有處理器不好用

但「用戶不可見處理器」這個市場也是有點問題。因為「用戶不可見處理器」往往是用於「複雜片上系統」中的,太過簡單的系統專門用個處理器來做監控和管理有點太過奢侈。這些複雜片上系統的玩家一般都是一些大公司。這一方面有利於RISC-V指令集的推廣,因為這些大公司自己的人才積累是能夠保證他們可以走通基於開源指令集設計完整處理器的路的;但另一方面而言,這個市場是「隱蔽」而且排斥新玩家尤其是初創公司的,單靠這個市場RISC-V指令集並不能發展壯大。

再來談談第二個市場,也就是所謂的物聯網市場。其實從10年前我留校參加工作,就是在所謂的「物聯網系」。物聯網這個概念,幾次被熱炒又幾次被冷卻,但其歸根結底是一種以「深度嵌入式系統技術」為基礎的網路。所謂「深度嵌入式系統」也有另外一個名詞叫「信息物理系統(CPS,Cyber-Physical Systems)」是一個綜合計算、網路和物理環境的多維複雜系統。實現計算、通信與物理系統的一體化設計,可使系統更加可靠、高效、實時協同。用更直白點的話說就是要把計算系統與通信系統深入的與物理裝置融合。融合了以後讓原本無法聯網的機械、電氣等裝置連接起來,從而形成了「物聯」。「物聯」的應用處理器和「用戶不可見處理器」有非常相似的地方就是高度的「隱蔽性」和「定製化」,在上面運行的程序往往也不需要做成像手機APP這種通用化的應用程序。所以物聯網所用的處理器上運行的軟體「棧」也比較淺。通常運行一個輕量化的操作系統,加上一些專門定製化的程序即可。在這樣一個領域,相對而言對「生態」的依存度也沒有那麼強烈。而如果要進入這個領域,其實是和ARM Cortex M0/M0+甚至於M3在同一個「生態位」上開展競爭。這應該也是促使ARM把M3也給「開源」了的原因之一。

如果在「物聯網」領域上競爭,RISC-V相比於ARM等指令集有一個明顯的優勢就在於高度可定製的指令集,從而使得基於RISC-V的處理器可以實現高度定製的指令。定製化指令集帶來的負面效果是可能破壞「生態」而形成碎片,但由於「物聯網」本來就是高度「碎片化」甚至是「粉碎性」的市場。是的這一點劣勢也就無所謂劣勢了。目前RISC-V已經從指令集定義到協處理器參考設計再到編譯器已經形成了一整套完整的專用指令集設計流程,但目前還缺乏完整的方法學和工具支撐。(目前我們正在開發相關工具,研究把設計流程完全打通的方法,比畢竟工具開發才是本組的核心競爭力所在。)因此針對物聯網中的某些特定應用,開發一個具備特定指令的處理器是很吸引人的一點。這也是RISC-V指令集相對於ARM所佔有優勢的一點。

以上是我認為RISC-V指令集必然會佔據優勢的兩個市場,而我認為進一步在嵌入式人工智慧市場則是RISC-V和ARM短兵相接的市場。目前,AIoT這個概念開始風行。強調的是在物聯網設備中加強AI的因素。從定製專用化指令集這一點來說,RISC-V比ARM看似是有點優勢的。但由於AI的底層運算元其實比較固定而且AI演算法的通用性較強,ARM完全可以在時機成熟的時候以加速器/協處理器的形式推出更為簡單和易用的完整解決方案。因此我認為在這一市場上RISC-V和ARM將展開較為激烈的競爭,最終的結果可能是ARM略佔上風。

以上就是我個人的一些看法,非常的不成熟,歡迎大家拍磚討論。

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