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64位RISC-V CPU發(fā)展情況

lPCU_elecfans ? 來源:電子發(fā)燒友網(wǎng) ? 作者:吳子鵬 ? 2022-07-22 10:46 ? 次閱讀

2020年,ARM公司宣布,其所有“大型” CPU內(nèi)核將僅采用64位。同時,ARM公司在ARMv9指令集方面做出實際行動,2021年上市的ARMv9的第一代產(chǎn)品,包括Cortex-X2、A710等CPU,全部放棄32位,轉(zhuǎn)向64位架構(gòu)。

此情此景,我們禁不住將目光投向揚言“ARM架構(gòu)要小心了”的RISC-V架構(gòu),ARM這波“梭哈”RISC-V跟了嗎?

64位RISC-V CPU發(fā)展情況

實際上,目前RISC-V已經(jīng)開始64位CPU的研發(fā),也已經(jīng)有相關(guān)內(nèi)核和產(chǎn)品面市,比如平頭哥64位RISC-V C906。

既然RISC-V已經(jīng)跟進了這波趨勢,那么我們就需要知道為什么ARM如此堅決地轉(zhuǎn)向64位,而RISC-V又為何要跟進呢?從理論上講,面對當前日益爆發(fā)的大數(shù)據(jù),64位字長的CPU單次能夠處理的字節(jié)數(shù)更多,配合上高效的軟件系統(tǒng),能夠在有效的時間內(nèi)處理更大規(guī)模的數(shù)據(jù)。此外,從設(shè)備終端的效果來看,64位CPU被證明處理的效率更高,有更快的運行速度,同時系統(tǒng)時延更低。

從32位到64位,相同字長產(chǎn)品在不同代際之間的性能提升也更為明顯。以ARM Cortex-X3為例,作為一款64位的超大核,與上代安卓旗艦相比性能提升25%,與筆記本電腦性能相比提升34%。

分析人士認為,32位處理器架構(gòu)和產(chǎn)品的邊際已現(xiàn),在應(yīng)對人工智能機器學習和4K高清顯示等方面尤其如此,這個移動端曾經(jīng)的主流字長數(shù)已經(jīng)英雄遲暮,性能改進空間與日俱減。

在64位RISC-V產(chǎn)品方面,平頭哥的C906和C910是比較有代表性的產(chǎn)品。2021云棲大會上,平頭哥開源了玄鐵RISC-V系列處理器,包括E902、E906、C906、C910。2022年4月份,根據(jù)全球權(quán)威AI基準測試MLPerf發(fā)布的最新榜單,在聚焦低功耗、高能效的IoT領(lǐng)域Tiny v0.7榜單中,基于平頭哥玄鐵RISC-V C906處理器的軟硬件聯(lián)合優(yōu)化方案,取得了全部4個指標的第一,包含視覺喚醒、圖像分類、語音喚醒及異常監(jiān)測4個典型AI任務(wù)。值得注意的是,參與這項評選的也有ARM架構(gòu)核心,以及其他自研的核心。

玄鐵910是平頭哥于2019年7月發(fā)布的核心,支持16核,主頻為2.5GHz,在發(fā)布之初,玄鐵910擁有兩大創(chuàng)新,分別為3發(fā)射8執(zhí)行的復雜亂序執(zhí)行架構(gòu)和擴展了50多條指令,可用于設(shè)計制造高性能端上芯片,應(yīng)用于5G、人工智能以及自動駕駛等領(lǐng)域。

在核心層面,我們看到晶心科技也推出了多款64位RISC-V內(nèi)核,包括AX45MP、NX45、AX27L2等。AX45MP為超純量多核64位RISC-V內(nèi)核,相較于前一版本,增加高達3倍的內(nèi)存帶寬,并且它的浮點運算性能提升超過20%的Whetstone benchmark分數(shù),L1 cache miss而Level-2 Cache hit的延遲也降低了一半,具有用于基于 Linux 的應(yīng)用程序的 MMU、用于高效分支執(zhí)行的分支預測、1 級指令/數(shù)據(jù)緩存和用于低延遲訪問的本地存儲器,應(yīng)用市場包括高性能應(yīng)用處理器、機器/深度學習加速、大型網(wǎng)絡(luò)控制器ADAS/V2X/IVI等。

根據(jù)相關(guān)報道,晶心科技是首家將RISC-V兼容性納入并邁向64位處理器的主流CPU IP公司,于2017年第四季推出AndesCore NX25。

從產(chǎn)品定義來看,64位RISC-V內(nèi)核的主要對應(yīng)產(chǎn)品是高端MCU/MPU,以及高性能運算市場。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計,SiFive、阿里平頭哥、晶心科技、芯來科技和中科院計算所都發(fā)布了高性能64位RISC-V CPU 。

瑞薩電子 3 月份發(fā)布了基于64位RISC-V CPU內(nèi)核的RZ/Five通用微處理器(MPU)——RZ/Five采用Andes AX45MP。瑞薩電子在產(chǎn)品介紹中表示,社會對太陽能逆變器或家庭安全系統(tǒng)網(wǎng)關(guān)等物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備的需求正在增加,以收集傳感器數(shù)據(jù)并連接至服務(wù)器或云。RZ/Five針對這一需求進行了優(yōu)化,可提供物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備所需的性能和外圍功能。在軟件方面,RZ/Five通過工業(yè)級CIP Linux提供長期Linux支持。

綜合而言,RISC-V未來更大的增長機會在64位,所面向的是人機交互、智能座艙、高精度電機控制、人工智能和機器學習等前沿市場,這些市場的未來成長性都更高。

64位RISC-V CPU的未來

從當前的市場情況來看,不像ARM架構(gòu)是從32位逐漸轉(zhuǎn)向64位,RISC-V架構(gòu)是同時從32位和64位發(fā)力,遇到的挑戰(zhàn)也是相同的。

我們看ARM架構(gòu)轉(zhuǎn)向64位的過程,隨著安卓內(nèi)核成功移植到64位ARM核心產(chǎn)品上之后,相關(guān)的應(yīng)用程序和程序庫等已經(jīng)同時全面支持32位和64位ARM架構(gòu)產(chǎn)品,驍龍8 gen1與天璣9000這些旗艦級芯片都已經(jīng)采用Cortex-X2超大核、Cortex-A710大核和Cortex-A510小核的CPU架構(gòu)方案。而蘋果自A7開始就玩轉(zhuǎn)64位ARM架構(gòu),iOS操作系統(tǒng)對此已經(jīng)完美支持。

此外,早在2020年就有報道稱,有部分企業(yè)推出了基于ARM平臺的Windows平板或者筆記本。而后微軟通過開發(fā)者博客宣布,已通過Windows內(nèi)部開發(fā)頻道推出了第一個可用于ARM64設(shè)備的x64仿真的預覽版Build 21277,這意味著使用ARM芯片的筆記本用戶可以從Windows商店或其他渠道安裝x64程序。

由于ARM架構(gòu)在移動和嵌入式市場超高的市占比,加上其多年經(jīng)營的生態(tài)系統(tǒng),在軟件層面得到了較為充分的支持。

而對于RISC-V而言,64位RISC-V CPU內(nèi)核和相關(guān)產(chǎn)品的出現(xiàn)填補了 RISC-V 在高性能計算應(yīng)用領(lǐng)域的空白,后續(xù)需要繼續(xù)豐富核心的種類,以及提升核心的性能。同時,RISC-V在人才、軟件及應(yīng)用生態(tài)等方面的短板還是真實存在的,在編譯器、調(diào)試器、OS、基礎(chǔ)庫等基礎(chǔ)方面都和ARM架構(gòu)有較大的差距,并且尚未形成具有代表性的大規(guī)模商用案例。

此前,在愛普特微電子在發(fā)布64位高可靠通用MCU——APT32F706 MCU時,愛普特微電子董事兼副總經(jīng)理袁永生表示,現(xiàn)階段MCU基本都是基于ARM架構(gòu)的產(chǎn)品,用RISC-V做MCU面臨平臺移植和軟件生態(tài)難題,無論是工程師,還是終端客戶,從ARM轉(zhuǎn)到RISC-V都需要付出巨大的學習成本。

積極的信號是,作為后發(fā)架構(gòu),RISC-V能夠走很多捷徑,且開放開源的特性得到全球開發(fā)者的認可,并擁有豪華的會員單位成員,這些都讓RISC-V相較于ARM跑的更快,彼此的差距在縮小。

審核編輯 :李倩

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原文標題:64位RISC-V CPU發(fā)展現(xiàn)狀和未來前景

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