2019年開始，RISC-V得到了越來越多的重視，原因有很多，ARM授權(quán)費(fèi)高是關(guān)鍵的因素，下面就來說說關(guān)于ARM和RISC-V架構(gòu)，以及相關(guān)的內(nèi)容。 關(guān)于ARM 1991 年ARM 公司成立于英國劍橋，早期ARM也自主設(shè)計和生產(chǎn)芯片，但由于業(yè)績平平，最后ARM改變了策略，他們不再生產(chǎn)芯片，轉(zhuǎn)而以授權(quán)的方式，將芯片設(shè)計方案轉(zhuǎn)讓給其他公司。 ARM有三種授權(quán)方式：處理器、POP以及架構(gòu)授權(quán)。

ARM架構(gòu)是一種采用獨(dú)特的ARM指令集系統(tǒng)、并且根據(jù)不同適用范圍開發(fā)的處理器體系結(jié)構(gòu)。經(jīng)過30多年的發(fā)展，目前ARM架構(gòu)有針對不同類型計算設(shè)計的體系結(jié)構(gòu)。 比如我們經(jīng)常聽說的Cortex-A、Cortex-R、 Cortex-M處理器等。 ARM架構(gòu)，更主要的是ARM指令集系統(tǒng)。不同于x86架構(gòu)的復(fù)雜指令集（CISC）架構(gòu)，是一種精簡指令集（RISC）架構(gòu)。相對于CISC架構(gòu)處理器，采用精簡指令集設(shè)計的ARM架構(gòu)設(shè)計目標(biāo)是能在盡量高的時鐘頻率下通過很少周期執(zhí)行的指令集。 大幅減少不常用的指令，降低芯片復(fù)雜度。采用Load/Store指令體系結(jié)構(gòu)，處理器通過load、store指令存取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，針對邏輯、算術(shù)等運(yùn)算，CPU只處理寄存器中的數(shù)據(jù)。同時由于這個原因，包括ARM在內(nèi)的很多RISC架構(gòu)處理器都有很多寄存器來存放指令及數(shù)據(jù)。為了方便指令的解碼，雖然ARM處理器不是單周期指令，但是其絕大多數(shù)指令是定長的，加快了常用操作的速度。

同時ARM也沒有完全局限于此，ARM架構(gòu)還有像Thumb指令集、條件執(zhí)行等技術(shù)，進(jìn)一步提高處理器效率。 所以總結(jié)來說，ARM架構(gòu)就是采用精簡指令集計算機(jī)結(jié)構(gòu)、但有自己特色，根據(jù)不同用途有不同型號的處理器架構(gòu)。 關(guān)于RISC-V RISC：Reduced Instruction Set Computer，即精簡指令集計算機(jī)。 RISC-V是基于RISC原理建立的免費(fèi)開放指令集架構(gòu)（ISA），V是羅馬字母，代表第五代RISC（精簡指令集計算機(jī)），可讀作RISC-FIVE。

RISC-V起源：1981年，在David Patterson的帶領(lǐng)下，加州大學(xué)伯克利分校的一個研究團(tuán)隊起草了RISC-1，這就是今天RISC架構(gòu)的基礎(chǔ)。RISC-1原型芯片有44500個晶體管，擁有31條指令。包含78個32位寄存器，分為6個窗口，每個窗口包含14個寄存器，另外還有18個全局變量，寄存器占用大部分面積，控制和指令只占用芯片面積的6%，而同時代的芯片設(shè)計里要占用約50%的面積。

隨后在1983年發(fā)布了RISC-II原型芯片，包含138個寄存器，分為8個窗口，每個窗口有16個寄存器，另外還有10個全局變量，但是只有39000個晶體管。接著在1984年和1988年發(fā)布了RISC-III和RISC-IV。 2010年，Patterson教授的研究團(tuán)隊準(zhǔn)備啟動一個新項目，需要設(shè)計CPU，因而要選擇一種指令集。他們調(diào)研了包括arm、MIPS、SPARC、X86等多個指令集，發(fā)現(xiàn)它們不僅設(shè)計越來越復(fù)雜，而且還存在知識產(chǎn)權(quán)問題。 RISC-V（第五代精簡指令集）是David Patterson教授基于其30多年在精簡指令集RISC領(lǐng)域的深入積累，在2010年到2014年期間帶領(lǐng)團(tuán)隊研發(fā)出的最新一代CPU芯片設(shè)計指令集。RISC-V是基于精簡指令集計算（RISC）原理建立的開放指令集架構(gòu)（ISA），RISC-V是在指令集不斷發(fā)展和成熟的基礎(chǔ)上建立的全新指令。RISC-V指令集完全開源、設(shè)計簡單、易于移植Linix系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計，擁有完整工具鏈。 ARM與RISC-V的區(qū)別 ARM架構(gòu)和RISC-V架構(gòu)都源自1980年代的精簡指令計算機(jī)RISC，兩者最大的不同就在于其推崇的大道至簡的技術(shù)風(fēng)格和徹底開放的模式。

ARM是一種封閉的指令集架構(gòu)，眾多只用ARM架構(gòu)的廠商，只能根據(jù)自身需求，調(diào)整產(chǎn)品頻率和功耗，不得改變原有設(shè)計，經(jīng)過幾十年的發(fā)展演變，CPU架構(gòu)變得極為復(fù)雜和冗繁，ARM架構(gòu)文檔長達(dá)數(shù)千頁，指令數(shù)目復(fù)雜，版本眾多，彼此之間既不兼容，也不支持模塊化，并且存在著高昂的專利和架構(gòu)授權(quán)問題。 反觀RISC-V，在設(shè)計之初，就定位為是一種完全開源的架構(gòu)，規(guī)避了計算機(jī)體系幾十年發(fā)展的彎路，架構(gòu)文檔只有二百多頁，基本指令數(shù)目僅40多條，同時一套指令集支持所有架構(gòu)，模塊化使得用戶可根據(jù)需求自由定制，配置不同的指令子集。 RISC-V相對于ARM架構(gòu)的優(yōu)勢和劣勢 1.優(yōu)勢RISC-V是一種開放的架構(gòu)，從歷史的經(jīng)驗來看，開放的生態(tài)一定會比封閉的好。RISC-V技術(shù)是后發(fā)技術(shù)，所以能夠總結(jié)前人的經(jīng)驗教訓(xùn)，做到相對簡潔和干凈。 2.劣勢由于RISC-V誕生時間太短，相關(guān)的編譯器、開發(fā)工具和軟件開發(fā)環(huán)境（IDE）以及其它生態(tài)要素還在發(fā)展。目前RISC-V具有全套開源免費(fèi)的編譯器、開發(fā)工具和軟件開發(fā)環(huán)境，這是RISC-V的巨大優(yōu)勢，但是開源版本相比ARM的商用編譯器和IDE而言，還頗有差距。

ARM與RISC-V的競爭 目前ARM占據(jù)了以移動設(shè)備為代表的處理器IP的絕大部分市場，而RISC-V則是后起之秀。ARM與RISC-V的競爭有點(diǎn)像上世紀(jì)末的Windows和Linux之爭，ARM和RISC-V的未來競爭格局也可能類似。 首先幾乎可以肯定的是，在ARM的傳統(tǒng)優(yōu)勢領(lǐng)域，即手機(jī)領(lǐng)域，RISC-V基本沒有機(jī)會，因為手機(jī)經(jīng)過十年迭代后不太會徹底改變處理器內(nèi)核了，這也和目前Windows經(jīng)過二十多年風(fēng)雨仍然是PC市場操作系統(tǒng)龍頭老大一樣。但是，在新興的領(lǐng)域，RISC-V和ARM都處于同一起跑線上，而RISC-V憑著指令集開源等特性很有可能可以擊敗ARM，或者至少能夠占據(jù)可觀的市場份額。

目前這樣的新興市場主要是物聯(lián)網(wǎng)市場，物聯(lián)網(wǎng)市場有長尾化的特性，擁有眾多細(xì)分市場，同時對于功耗有很高的要求，因此對于可以針對不同應(yīng)用靈活修改指令集和芯片架構(gòu)設(shè)計的RISC-V有優(yōu)勢，相比之下使用ARM往往只能做一個標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，很難實現(xiàn)差異化。此外，物聯(lián)網(wǎng)市場對于成本較敏感，RISC-V免費(fèi)授權(quán)的特點(diǎn)對于芯片廠商也很重要。 在RISC-V基金會名單中，我們可以看到高通、聯(lián)發(fā)科這樣重點(diǎn)布局物聯(lián)網(wǎng)的企業(yè)。而在目前很火的AI芯片市場，ARM和RISC-V則尚看不出明顯的優(yōu)劣。這是因為高性能AI芯片中無論是使用ARM還是RISC-V的核，主要都是作為控制器來使用，最主要的也是最核心的計算單元往往是電路設(shè)計師自行設(shè)計而不會使用IP；另一方面AI芯片的利潤空間往往較大，因此RISC-V的免費(fèi)的特點(diǎn)并沒有帶來特別大的優(yōu)勢。

原文標(biāo)題：干貨 | ARM與RISC-V架構(gòu)的區(qū)別

文章出處：【微信公眾號：旺材芯片】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請注明出處。

責(zé)任編輯：haq