最高性能的RISC-V核心 | | risc和arm区别 | | riscv和arm性能对比 |
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riscv架构和arm的区别 | | arm不是risc | | arm采用精简指令集优势 |
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新的指令集叫做RISC-V,指令集从2014年正式发布之初就受到多方质疑,到2017年印度政府表示将大力资助基于RISC-V的处理器项目,使RISC-V成为了印度的事实国家指令集。再到今年国内从国家政策层面对于RISC-V进行支持,上海成为国内第一个将RISC-V列入政府扶持对象的城市。IBM、NXP、西部数据、英伟达、高通、三星、谷歌、特斯拉、华为、中天微、中兴微、阿里、高云、中科院计算所等国内外150多家企业与科研机构的加入RISC-V阵营。
从指令集上来说,CISC与RISC两种指令集区别比较明显,CISC服务器目前以X86架构为其代表,但RISC服务器却并不是服务器市场剩余的全部。值得注意的是,现在以英特尔至强系为代表的x86架构已经不是标准的CISC了,它吸收了RISC和CISC双方的性能的有点,形成了独特的、自主的x86架构。
ARM与RISC-V的区别
ARM架构和RISC-V架构都源自1980年代的精简指令计算机RISC。两者最大的不同就在于其推崇的大道至简的技术风格和彻底开放的模式。ARM是一种封闭的指令集架构,众多只用ARM架构的厂商,只能根据自身需求,调整产品频率和功耗,不得改变原有设计,经过几十年的发展演变,CPU架构变得极为复杂和冗繁,ARM架构文档长达数千页,指令数目复杂,版本众多,彼此之间既不兼容,也不支持模块化,并且存在着高昂的专利和架构授权问题。反观RISC-V,在设计之初,就定位为是一种完全开源的架构,规避了计算机体系几十年发展的弯路,架构文档只有二百多页,基本指令数目仅40多条,同时一套指令集支持所有架构,模块化使得用户可根据需求自由定制,配置不同的指令子集。
最高性能的RISC-V核心,比起Arm如何?
我们首先有必要搞清楚,SiFive内部针对不同系列的产品的定位。在今年4月SiFive举行的一场名为"Embedding Intelligence Everywhere with SiFive 7 Series Core IP"的在线会议上,SiFive曾经对自家产品线进行过总结。SiFive的E系列核心,着眼在32bit嵌入式使用场景;64bit的S核心则偏向算力需求更大的场景;而U系列核心是性能最强的定位,面向高端计算。
若以数字为切分维度,SiFive的2系列是RISC-V处理器IP中效率最高,同时也最小型的处理器IP;3系列、5系列则在部署上更为广泛,用在一些多核配置和对实时处理能力要求较高的场景;7系列和8系列如上所述都着力于高性能。数字与字母组合,就构成了不同的产品,比如说E3面向中端定位的嵌入式应用提供32bit性能;S7显然是专注在性能方面的产品;U8则实现了可规模化配置的高性能核心,达成最高的每瓦性能。
在U8发布之前,SiFive的高算力产品主要就是U5、U7——这两者仍是顺序架构,对标的是Arm的低端及微控制器核心,在面对更为复杂的负载、要求算力的场景下还是有欠缺的。U8系列是弥补这个短板的产品。SiFive当时宣称,U8将极大扩展SiFive与RISC-V在终端产品中的生态系统生存能力。
在SiFive U8系列产品下,目前主要包括U84、U87两个核心IP。SiFive自己给的
数据是,U84核心的性能是U74的3.1倍,IPC提升2.3倍(在最高频率提升1.4倍的情况下)。上面这张图对比中,在相同工艺的前提下,U84性能是U54的5.3倍;如果加上工艺造成的差别,则7nm的U84核心,性能达到了28nm的U54核心的7.2倍。这个数据其实一方面表明,RISC-V的性能潜力这些年还在挖掘过程中,所以相比更低端的产品能有如此巨量的性能与效率差距。
这是RISC-V自己内部在FPGA平台下跑U84 IP的成绩,比较的是SPECint2006成绩。
SiFive此前在新闻稿中给U8树立的直接竞争对手是Arm Cortex-A72,其中提及相比Arm Cortex-A72核心,SiFive U84提供可媲美的性能。不过在面积效益和每瓦性能方面,U84还是有优势,当然我们知道A72已经是Arm前两年的架构了。
同是7nm工艺的前提下,U84的每个核心占地面积在0.28mm²,四个核心加上2MB L2 cache构成一个簇,面积为2.63mm²。此前华为Krin 980的Cortex-A55小核心,每个核心配上各自128KB的L2 cache,面积为0.36mm²——要知道A72的性能是A55的两倍还多,显然在PPA方面,SiFive U84表现不错。
需要强调的是,U8系列作为IP在面向具体的芯片产品时还是有很大的可配置和扩展性的,U84是作为一个标准IP存在的,所以这里的探讨仅基于SiFive的标准IP,具体到实际产品仍然会有差别。未来ARM和RISC-V的竞争将会何去何从?
目前ARM占据了以移动设备为代表的处理器IP的绝大部分市场,而RISC-V则是后起之秀。那么,未来会何去何从呢?
ARM与RISC-V的竞争有点像上世纪末的Windows和Linux之争,ARM和RISC-V的未来竞争格局也可能类似。首先几乎可以肯定的是,在ARM的传统优势领域,即手机领域,RISC-V基本没有机会,因为手机经过十年迭代后不太会彻底改变处理器内核了,这也和目前Windows经过二十多年风雨仍然是PC市场操作系统龙头老大一样。但是,在新兴的领域,RISC-V和ARM都处于同一起跑线上,而RISC-V凭着指令集开源等特性很有可能可以击败ARM,或者至少能够占据可观的市场份额。目前这样的新兴市场主要是物联网市场。物联网市场有长尾化的特性,拥有众多细分市场,同时对于功耗有很高的要求,因此对于可以针对不同应用灵活修改指令集和芯片架构设计的RISC-V有优势,相比之下使用ARM往往只能做一个标准化设计,很难实现差异化。此外,物联网市场对于成本较敏感,RISC-V免费授权的特点对于芯片厂商也很重要。在RISC-V基金会名单中,我们可以看到高通、联发科这样重点布局物联网的企业。而在目前很火的AI芯片市场,ARM和RISC-V则尚看不出明显的优劣。这是因为高性能AI芯片中无论是使用ARM还是RISC-V的核,主要都是作为控制器来使用,最主要的也是最核心的计算单元往往是电路设计师自行设计而不会使用IP;另一方面AI芯片的利润空间往往较大,因此RISC-V的免费的特点并没有带来特别大的优势。