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闭源 ARM 与开源 RISC-V 真的会是更好的选择吗?

闭源 ARM 与开源 RISC-V 真的会是更好的选择吗?

作者:大眼仔~旭 日期:2周前 (06-08) 评论:0 条

摘要:如果你想制造 CPU,而且你不是 AMD 或 Intel,那么有两个真正的选择:ARM 和 RISC-V。 但是两者之间有什么区别,为什么公司会选择其中之一呢? 这些问题从根本上与关于开源硬件的不同理念以及什么对处理器和计算行业最有利的理念交织在一起。 对于不了解 ARM 和 RISC-V 的用户,可以通过大眼仔提供的…

如果你想制造 CPU,而且你不是 AMD 或 Intel,那么有两个真正的选择:ARM 和 RISC-V。 但是两者之间有什么区别,为什么公司会选择其中之一呢? 这些问题从根本上与关于开源硬件的不同理念以及什么对处理器和计算行业最有利的理念交织在一起。

对于不了解 ARM 和 RISC-V 的用户,可以通过大眼仔提供的这篇文章来快速的了解关于处理器制造方面的信息。

ARM 与 RISC-V

ARM 与 RISC-V

什么是 ARM 和 RISC-V?

ARM 和 RISC-V 是指令集架构或 ISA。 ISA 是处理器的基础,是任何 CPU 中最基本和最基本的组件。 两种 ISA 都是精简指令集计算机(或 RISC)设计,这意味着 CPU 可以访问的基本指令本质上很简单,但计算速度非常理想。 ARM 中的“R”实际上代表 RISC(尽管 ARM 不再被视为首字母缩略词),因此从这个意义上说,这两个 ISA 是相似的。

ARM 的最初设计者是总部位于英国的 Acorn Computers。 1990 年,Acorn Computers 将 CPU 设计团队分拆为 Advanced RISC Machines,即后来的 ARM Ltd.。ARM 的许可业务模式起源于 90 年代,通过与 Apple 的合作,帮助开发了 1992 年推出的 ARM6 架构。从那时起,ARM一直将 ARM 架构授权给有能力付费的公司。

相比之下,RISC-V 是一个完全开源且免版税的 ISA。它于 2010 年作为加州大学伯克利分校并行计算实验室的一个项目开始开发,但在 5 年的时间里变得更大。最终,36 家科技公司联合起来支持 RISC-V 并成立了 RISC-V 基金会。 2020 年,RISC-V 基金会更名为 RISC-V International。

ARM 和 RISC-V 远非市场上唯一的 ISA,但它们是除 x86(英特尔和 AMD 独有)和 Power(直到最近才为 IBM 独有,现在是开源的)之外最受欢迎的。

ARM 和 RISC-V 的共同动机之一是它们对闭源 x86 ISA 的不同方法,直到最近,它还是世界上各个市场上使用最多的 ISA。 x86 ISA 不再像以前那样普遍或称霸,但英特尔和 AMD 仍然是台式机、笔记本电脑和服务器市场的主导力量,并且在游戏机和 5G 网络等一些较小的市场中也是强大的力量服务器。

尽管 ARM 和 RISC-V 都希望从 x86 中夺走市场份额,但它们也在相互竞争。 ARM 的商业模式和设计理念是推动 RISC-V 发展的动力之一,也是两个基于 RISC 的 ISA 之间的主要争论点。

闭源与开源

ARM 和 RISC-V 之间差异的核心是封闭和开源硬件的问题。 ARM 是封闭源代码,而 RISC-V 是开源的。您可能听说过这些与软件相关的术语,但这对硬件意味着什么?

它基本上是关于知识产权(或 IP)和使用该知识产权的权利。例如,只有英特尔和 AMD 可以制造现代 x86 处理器,因为根据法律,它们拥有这些处理器的知识产权。开源硬件几乎相反,因为它以设计为中心,每个人都可以随意使用和修改他们认为合适的东西。这就是 ARM 和 RISC-V 的理念发生冲突的地方,因为尽管 ARM 确实许可了其架构(与英特尔和 AMD 不同),但该公司最终还是一个看门人。

让我们回到每个 ISA 的商业模式。 ARM ISA 归 ARM Ltd 公司所有,该公司通过将架构授权给负担得起的公司来赚钱。基本 ARM 内核由 ARM Ltd 自己设计和开发,Apple 和 Qualcomm 等公司可以添加这些内核以满足他们的需求。

Apple M1 和 Qualcomm Snapdragon CPU 仍然是 ARM,但它们是定制的。这就像 Intel 和 AMD CPU 之间的区别一样,尽管 Core 和 Ryzen 或 Xeon 和 Epyc 之间存在巨大差异,但它们仍然是 x86 CPU。

但是,使用 ARM ISA 的公司不允许修改基本内核本身。 RISC-V International 和使用 RISC-V 的公司将此视为主要限制,再加上许可费用,使得使用 ARM 变得不可取。那么 RISC-V 提供了哪些替代方案呢?

首先,公司可以免费使用 RISC-V ISA:无许可费、无版税、无附加条件。公司还可以使用 RISC-V 内核为所欲为。这无疑降低了制造任何定制或非定制 CPU 的门槛。

但是,正如开源软件支持者常说的那样,“开源并不意味着免费”。使用 RISC-V 的公司没有义务与任何人分享他们的创新,尽管他们可以像 ARM 一样自由地许可和销售他们的 IP。

ARM Ltd 和 RISC-V International 都希望推动计算行业的发展,但对实现这一目标的最佳方式有不同的想法。从本质上讲,ARM 和 RISC-V 之间的区别归结为中央机构可以决定和限制多少。

为什么选择 ARM 或 RISC-V?

一旦芯片制造商可以自己处理制造的每个部分,今天大多数公司都必须与其他公司合作才能完成任务。例如,ARM 将其 ISA 授权给 Apple,后者在台积电的晶圆厂。行业的这种转变有助于为 RISC-V 创造机会,但她认为还有另一个关键因素:定制处理器的市场不断扩大。

许多行业越来越希望将计算机芯片集成到业务中,只有 RISC-V 才能满足如此多样化的客户群。RISC-V 固有的模块化和设计自由度使其成为理想选择。此外,与 ARM 相比,无需许可谈判和费用,这使得使用 RISC-V 更快、更便宜。如果一家公司不想使用基本的 RISC-V 设计,也不想自己设计,它可以与其他 RISC-V 公司合作获得 IP 许可,这可能比通过 ARM 便宜。

我也对使用 RISC-V 的公司感到好奇。例如,英特尔是 RISC-V International 的成员,但它也生产 x86 处理器。英特尔不会将 RISC-V 视为竞争对手,而不是合作伙伴吗?其实这取决于英特尔的各种业务。英特尔确实生产 x86 CPU,但他们也拥有自己的晶圆厂,这是英特尔结构现在的独特特征。英特尔制造 RISC-V 处理器比不制造更有利可图。

另一位 RISC-V 成员 Nvidia 认为 RISC-V CPU 是其 GPU 的一个有意义的补充,即使该公司正在寻求收购 ARM 的交易。

Microchip 产品架构和规划负责人兼 RISC-V International 董事会成员 Ted Speers 告诉我们,其子公司 Microsemi 曾经在其片上系统 (S0C) 设计中使用 ARM,而如今其旗舰 SoC 是而是基于 RISC-V CPU。据 Speers 称,这归结于更低的开发和许可成本、更好的长期前景和灵活性,以及更好地满足 Microsemi FPGA SoC 独特需求的能力。他还指出,由于 Microsemi 并没有特别嵌入 ARM 生态系统,也没有特别依赖 ARM ISA,因此过渡并没有想象中那么困难。

就其本身而言,ARM 声称它有更多的资金来资助其客户的研发和技术开发,而 RISC-V International 并没有而且仅仅提供了一个 ISA。 ARM 还提出了使用 RISC-V 可能导致“碎片化”的担忧,这基本上是整个行业缺乏标准,这为硬件和软件的兼容性造成了障碍。由于 ARM 提供标准化内核,因此避免了碎片风险。 RISC-V 认为这种标准化是一个弱点,而 ARM 则认为这是一个优势。

ARM 提出了一个很好的观点。许多公司对它提供的技术非常满意,即使没有人被允许完全修改它。苹果正在为 Macbook 和 Mac 台式机制造强大的 ARM CPU,亚马逊的 Graviton 服务器 CPU 有望与英特尔的 Xeon 和 AMD 的 Epyc 竞争。 Android OS 基本上可以在任何智能手机上运行也很有用。

但是,每个人都真的应该使用 ARM 来确保一切都在同一个 ISA 上吗?例如,我的手机应该具有与 Microsemi 的 FPGA SoC 相同的 CPU 内核,这并不直观。 ARM 给我的使用 ISA 而不是 RISC-V 的推理在最终用户计算机和服务器之外似乎有点不稳定。

最后

最终将在市场上决定哪个 ISA 更胜一筹。 多年来,ARM 的大本营一直是手机,但 ISA 在其他领域的使用量正在增加。 三星 Galaxy Book Go、基于 ARM 的 Windows 笔记本电脑和苹果 M1 驱动的 Macbook 等产品正在笔记本电脑市场挑战英特尔和 AMD。 Amazon 和 Ampere 正在开发 ARM 服务器 CPU,这是对传统 x86 领域的又一次扩展。

与此同时,RISC-V 看到了其在工业领域、物联网设备和人工智能领域的最大扩张途径。 这不是我们今天看到的 ARM 与 x86 的争吵,但很难想象 ARM 对 RISC-V 可能会垄断这些新兴市场感到满意。 到 2025 年,RISC-V 非常有信心,整个 CPU 市场的 14% 将使用 RISC-V 处理器。

我们将不得不拭目以待,看看谁对未来的看法是正确的,但现在看来很清楚 RISC-V 和 ARM 硬件在市场上都有一席之地。

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