2019年開(kāi)始，RISC-V得到了越來(lái)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(lái)說(shuō)說(shuō)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(guó)劍橋，早期ARM也自主設(shè)計(jì)和生產(chǎn)芯片，但由于業(yè)績(jī)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(jì)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(kāi)發(fā)的處理器體系結(jié)構(gòu)。經(jīng)過(guò)30多年的發(fā)展，目前ARM架構(gòu)有針對(duì)不同類型計(jì)算設(shè)計(jì)的體系結(jié)構(gòu)。 比如我們經(jīng)常聽(tīng)說(shuō)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(jiǎn)指令集（RISC）架構(gòu)。相對(duì)于CISC架構(gòu)處理器，采用精簡(jiǎn)指令集設(shè)計(jì)的ARM架構(gòu)設(shè)計(jì)目標(biāo)是能在盡量高的時(shí)鐘頻率下通過(guò)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(guò)load、store指令存取內(nèi)存中的數(shù)據(jù)，針對(duì)邏輯、算術(shù)等運(yùn)算，CPU只處理寄存器中的數(shù)據(jù)。同時(shí)由于這個(gè)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(lái)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(zhǎng)的，加快了常用操作的速度。

同時(shí)ARM也沒(méi)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(lái)說(shuō)，ARM架構(gòu)就是采用精簡(jiǎn)指令集計(jì)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(hào)的處理器架構(gòu)。 關(guān)于RISC-V RISC：Reduced Instruction Set Computer，即精簡(jiǎn)指令集計(jì)算機(jī)。 RISC-V是基于RISC原理建立的免費(fèi)開(kāi)放指令集架構(gòu)（ISA），V是羅馬字母，代表第五代RISC（精簡(jiǎn)指令集計(jì)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(gè)研究團(tuán)隊(duì)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(gè)晶體管，擁有31條指令。包含78個(gè)32位寄存器，分為6個(gè)窗口，每個(gè)窗口包含14個(gè)寄存器，另外還有18個(gè)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(shí)代的芯片設(shè)計(jì)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(gè)寄存器，分為8個(gè)窗口，每個(gè)窗口有16個(gè)寄存器，另外還有10個(gè)全局變量，但是只有39000個(gè)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(duì)準(zhǔn)備啟動(dòng)一個(gè)新項(xiàng)目，需要設(shè)計(jì)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(gè)指令集，發(fā)現(xiàn)它們不僅設(shè)計(jì)越來(lái)越復(fù)雜，而且還存在知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。 RISC-V（第五代精簡(jiǎn)指令集）是David Patterson教授基于其30多年在精簡(jiǎn)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(duì)研發(fā)出的最新一代CPU芯片設(shè)計(jì)指令集。RISC-V是基于精簡(jiǎn)指令集計(jì)算（RISC）原理建立的開(kāi)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(kāi)源、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于移植Linix系統(tǒng)，采用模塊化設(shè)計(jì)，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(jiǎn)指令計(jì)算機(jī)RISC，兩者最大的不同就在于其推崇的大道至簡(jiǎn)的技術(shù)風(fēng)格和徹底開(kāi)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?cè)性O(shè)計(jì)，經(jīng)過(guò)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(zhǎng)達(dá)數(shù)千頁(yè)，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(wèn)題。 反觀RISC-V，在設(shè)計(jì)之初，就定位為是一種完全開(kāi)源的架構(gòu)，規(guī)避了計(jì)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(yè)，基本指令數(shù)目?jī)H40多條，同時(shí)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(duì)于ARM架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì) 1.優(yōu)勢(shì)RISC-V是一種開(kāi)放的架構(gòu)，從歷史的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，開(kāi)放的生態(tài)一定會(huì)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(yàn)教訓(xùn)，做到相對(duì)簡(jiǎn)潔和干凈。 2.劣勢(shì)由于RISC-V誕生時(shí)間太短，相關(guān)的編譯器、開(kāi)發(fā)工具和軟件開(kāi)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(kāi)源免費(fèi)的編譯器、開(kāi)發(fā)工具和軟件開(kāi)發(fā)環(huán)境，這是RISC-V的巨大優(yōu)勢(shì)，但是開(kāi)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(jìng)爭(zhēng) 目前ARM占據(jù)了以移動(dòng)設(shè)備為代表的處理器IP的絕大部分市場(chǎng)，而RISC-V則是后起之秀。ARM與RISC-V的競(jìng)爭(zhēng)有點(diǎn)像上世紀(jì)末的Windows和Linux之爭(zhēng)，ARM和RISC-V的未來(lái)競(jìng)爭(zhēng)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(shì)領(lǐng)域，即手機(jī)領(lǐng)域，RISC-V基本沒(méi)有機(jī)會(huì)，因?yàn)槭謾C(jī)經(jīng)過(guò)十年迭代后不太會(huì)徹底改變處理器內(nèi)核了，這也和目前Windows經(jīng)過(guò)二十多年風(fēng)雨仍然是PC市場(chǎng)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(kāi)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(chǎng)份額。

目前這樣的新興市場(chǎng)主要是物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)有長(zhǎng)尾化的特性，擁有眾多細(xì)分市場(chǎng)，同時(shí)對(duì)于功耗有很高的要求，因此對(duì)于可以針對(duì)不同應(yīng)用靈活修改指令集和芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)的RISC-V有優(yōu)勢(shì)，相比之下使用ARM往往只能做一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，很難實(shí)現(xiàn)差異化。此外，物聯(lián)網(wǎng)市場(chǎng)對(duì)于成本較敏感，RISC-V免費(fèi)授權(quán)的特點(diǎn)對(duì)于芯片廠商也很重要。 在RISC-V基金會(huì)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(chǎng)，ARM和RISC-V則尚看不出明顯的優(yōu)劣。這是因?yàn)楦咝阅蹵I芯片中無(wú)論是使用ARM還是RISC-V的核，主要都是作為控制器來(lái)使用，最主要的也是最核心的計(jì)算單元往往是電路設(shè)計(jì)師自行設(shè)計(jì)而不會(huì)使用IP；另一方面AI芯片的利潤(rùn)空間往往較大，因此RISC-V的免費(fèi)的特點(diǎn)并沒(méi)有帶來(lái)特別大的優(yōu)勢(shì)。

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

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