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淺談 CPU 指令分類
CPU 的指令集可分為兩種,分別為 RISC(reduced instruction set computer, 精簡指令集電腦)和 CISC(Complex Instruction Set Computer, 複雜指令集電腦),RISC-V、Arm 架構屬於 RISC,x86 屬於 CISC。RISC 指令集中的指令數量不多,功能也不多,所以需要較多指令才能執行相同的工作;CISC 則相反,他的指令數量及功能較多,很多時候只要一行指令就可以完成需要的功能。詳細比較如下:

RISC-V 由柏克利分校發明,並經由多家企業的推動而創立基金會,其中也包含台廠晶心科技
RISC-V 架構由美國加州大學伯克利分校的 Krste Asanovic,Andrew Waterman 和 Yunsup Lee 教授等人於 2010 發明的開源指令集,並得到圖靈獎 David Patterson 教授的幫助和支持。之所以開發新的發明新的架構而非使用成熟的 x86 或是 ARM 是因為這些架構在經過多年的發展後變得極為複雜和繁冗,還存在著高昂的專利和架構授權問題,因此決定發明全新、簡單且開放的免費指令集架構,於是 RISC-V 就此誕生。在經過幾年的開發後,柏克利分校為 RISC-V 架構開發出了完整的軟體工具鏈以及開元的處理器實例而得到越來越多的關注。在 2015 年,為了推動 RISC-V 產業化的發展,有 36 家企業成立了 RISC-V 基金會的非營利組織,並指導開發已推動 RISC-V 的發展。值得注意的是,台廠晶心科技(股票代號: 6533 )也是創始會員之一。
RISC-V 在功耗、成本、靈活性較 x86、ARM 優異,終端應用上因發展時間較短而略遜於前兩者,但未來發展值得期待
RISC-V 因其指令數較少,約 200 個。比起 ARM 的 1,000 個和 x86 的 3,000 個還來的低許多,而指令數越少會使內核面積更小,相對的功耗也就越低。在授權上,x86 架購幾乎所有的專利都被 Intel 和 AMD 控制著,其他公司想研發和生產x86 處理器,必須有 Intel 或 AMD 的同意才可。ARM 成本來自授權費及權利金,若公司使用 ARM 架構要先繳交百萬美元的授權費,等晶片出貨後要再依晶片價格繳交 1% 的權利金,加總授權金額非常高。而 RISC-V 允許任何人免費設計、製造和銷售此架構下的晶片,因此成本較低。在靈活性上,RISC-V 是一個模塊化的架構,其不同部分能以模塊化的方式串在一起,從而試圖通過一套統一的架構滿足各種不同的應用。和不同系列相互不兼容的 ARM 相比,RISC-V 具有能夠靈活地擴展指令集的優勢,可以新增專用指令,也可以擴充邊緣運算裝置所需的運算資源。目前主流市場上,x86 獨佔了電腦(除了蘋果)及伺服器的處理器,ARM 在手機、嵌入式裝置上也處於領導地位,但 RISC-V 在十幾年的時間就可以切入新興的領域,未來發展值得期待。

RISC-V 架構的產品目前主要應用於車用、工業及物聯網,預估 2025 年在前述的三大領域的滲透率將超過 10%
目前在產品應用上,有阿里巴巴旗下的半導體公司平頭哥推出的處理器晶片『玄鐵 910』採用 RISC-V 架構,在結合其他高性能晶片後,可應用在 5G、AI、網通及自動駕駛等領域。MCU 大廠瑞薩也推出 RISC-V 架構的晶片解決方案,應用於車用感測器、ADAS、物聯網、工業控制等領域、讓客戶有除了 ARM 架構之外更多的選擇。另外,第一隻 RISC-V獨角獸 SiFive 被 NASA 選中,為下一代高性能航天計算( HIPSC )提供核心處理器,預計用於幾乎未來所有的太空任務。根據 Counterpoint 的研究指出,預估在 2025 年,RISC-V 在物聯網、車用及工業控制的產品滲透率皆能達雙位數。

在未來五年內,預估 RISC-V 架構的 AI 晶片將在多個領域成長超過 50%
在 2021 年,許多組織深化了他們在 RISC-V 的策略,利用開放的架構來客製化核心處理器及單晶片系統( SoC )設計。根據 Semico Research 的研究指出,預估在 2027 年將有 250 億個 RISC-V 架構的 AI SoC 且預期同年營收將達 2,910 億美元。將 AI 納入所有類型應用的矽解決方案是當今半導體市場的成長動能,而 RISC-V 在未來的應用也橫跨了多個領域,預期在未來五年內,低階手機成長 57.2%,5G 基礎建設成長 112.3%,資料中心成長 68.9%,個人電腦及遊戲機成長78%,手機基礎建設成長 313.8%,消費性物聯網成長 85.2%。

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