Google、高通都在研究的晶片架構,是他們對抗ARM的武器

AI科技大本營發表於2018-03-30

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作者 | 張智偉

出品 | AI科技大本營(公眾號ID:rgznai100)


據美國媒體 TheInfomation 報導,Google、高通、英偉達等 80 多家科技公司陸續開始研究一個名叫 RISC-V(risk-five)的開源晶片架構。


基於這個架構的晶片如果研發成功,並應用到物聯網裝置、自動駕駛車等產品上,將有助於節省半導體公司交給 ARM 的授權費。


從行業現狀來看,全球超過 90% 的智慧手機和平板電腦都採用了 ARM 授權的指令集架構。在車載電腦、網路路由裝置、數字電視等品類中,ARM IP 的市場份額也在逐年增加。


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綜合 Gartner、IDC 等研究機構的資料,ARM 估計 2017 年大約有 340 億臺裝置使用了該公司授權的指令集晶片,晶片總量高達 410 億枚。


而在傳統 PC 市場,英特爾和 AMD 等公司採用的 x86 架構佔據了絕對主導地位。


但這兩種指令集架構並非完美無缺。


今年 1 月,Google 旗下的 Project Zero 安全團隊發現了由“預測執行”功能引發的晶片級漏洞,Spectre 和 Meltdown。


全世界搭載英特爾、AMD 和 ARM 架構處理器的裝置無一倖免,甚至連英偉達的顯示卡、雲端的資料中心也受到波及。打上補丁之後,這些裝置的效能平均要下降 4-6% 左右。


而開源的 RISC-V 架構不具備執行預測性記憶體訪問功能,因此不會受到這兩個漏洞的影響。


從架構設計層面看,RISC-V 定義的標準指令集只使用了少部分的指令編碼空間,其餘空間被預留給開發者作為擴充套件指令使用。


RISC-V 預設採用 32 位指令長度,對 16 位的整數倍指令也能很好支援。另外,RISC-V 還提供多種指令型別可選,同時支援指令預定義。


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Roa Logic 公司基於 RISC-V 架構設計的處理器 RV12


這兩個設計優勢,讓 RISC-V 架構擁有非常高的靈活性和可擴充套件性。在執行某些特定的計算任務時,比如 AI 模型,RISC-V 架構能通過特殊定製和優化,達到比較理想的能源利用和運算效率。


作為開源的指令集架構,RISC-V 目前由非盈利組織 RISC-V Foundation 管理。從 2015 年成立至今,已經有 100 多家公司和機構加入 RISC-V Foundation,其中包括高通、聯發科、英偉達等半導體設計公司,還有 Google、華為、特斯拉等科技公司。中科院計算所、普林斯頓大學等研究機構也出現在成員機構列表中。


RISC-V 的主要發明人,美國加州伯克利大學的電腦科學家 David Patterson 和 John Hennessy 前不久還獲得了計算機領域的最高榮譽圖靈獎(Turing Award)。


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David Patterson


對於半導體設計公司而言,RISC-V 在商業上的最大優勢是開放且完全免費,省去了指令集授權的成本。僅僅是這一點,就足以讓不少公司投入研發資源。最近加入的西部資料、特斯拉等公司,就是受此驅動。


不過,RISC-V 並非沒有缺點。作為新興的指令集架構,RISC-V 的整個生態基礎還比較薄弱。產業鏈上位於架構設計環節之後的公司,目前什麼也做不了。


除此之外,RISC-V 極強的可擴充套件性也意味著,需要一個全行業的共識機制來保證相容性。當出現重大漏洞時,也需要足夠妥善及時的預防和補丁機制。


綜合來看,RISC-V 作為後來者,確實有天生的設計優勢。它能夠給半導體行業乃至全人類帶來哪些改變,就要看這些科技公司的努力和協作進展了。


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