一文讀懂RISC-V與ARM

RISC-V和ARM是近年來備受關注的兩種處理器架構。RISC-V是一種基于精簡指令集計算(RISC)原理的開源指令集架構(ISA)，而ARM是一種專有ISA，由于其長期存在于嵌入式系統和移動設備中，已成為嵌入式系統和移動設備的主導選擇。市場以及多年積累的信任和專業知識，贏得了廣泛的聲譽。

比較這兩種架構對于了解它們的優缺點以及它們對未來計算的潛在影響至關重要。

什么是 ISA（指令集架構）？

每個處理器功能的核心在于其指令集架構 (ISA)，這是一個概述處理器可以理解和執行的指令集的藍圖。它充當硬件和軟件之間的基本橋梁，塑造處理器的功能和性能。ISA的選擇會影響軟件的開發方式，并對處理器的效率、兼容性和靈活性產生持久的影響。

ISA大致可分為兩種類型：開放式和封閉式。封閉式ISA，如ARM，是專有的，并由特定公司（此處為Arm Holdings）嚴格控制，提供既定的可靠性和兼容性，但限制定制。另一方面，以RISC-V為代表的開放ISA是社區驅動的，為定制提供更大的靈活性，促進創新和適應特定需求。

RISC-V 和ARM之間持續的爭論圍繞著它們所體現的不同ISA展開，每種ISA都提供獨特的優勢和方法來滿足不斷變化的計算需求。

RISC-V 與ARM：背景和歷史

RISC-V

多年來，計算機體系結構的發展取得了重大進展。歷史上x86架構占據主導地位，推動了英特爾等巨頭的發展，但隨著ARM的出現，故事的新篇章開始了。最初專注于為移動設備創建節能處理器，ARM的成功鼓勵了向精簡指令集計算(RISC) 架構的轉變。

雖然ARM確實在市場上取得了成功，但它是一種專有架構，需要支付許可費用并在定制方面受到限制。這種專有性質阻礙了小型企業、初創公司和研究人員充分參與先進處理器的開發。RISC-V 旨在通過提供開源替代方案來解決這些限制。因此，RISC-V 開發背后的動機源于對處理器架構領域更大開放、定制和創新的渴望。

RISC-V 起源于加州大學伯克利分校計算機科學系。該項目始于2010年，是由Krste Asanovi? 教授、David Patterson教授及其團隊領導的一項研究工作。

第一個RISC-V規范于2011 年發布，RISC-V國際組織于2015年成立，以促進RISC-V ISA 的采用和標準化。此后，該基金會已發展到擁有200多名成員，其中包括Google、NVIDIA 和Western Digital 等主要科技公司。RISC-V已在各個行業得到快速采用，多家公司開發并發布了基于RISC-V 的處理器和片上系統(SoC)。

RISC-V 歷史上的關鍵里程碑之一是2017年發布的RISC-V特權架構規范，它定義了硬件和操作系統之間的接口。該規范促進了更復雜的RISC-V處理器的開發，并促進了Linux等操作系統向RISC-V平臺的移植。

另一個重要的里程碑是 2018 年發布了首款商用RISC-V處理器SiFive Freedom U540。該處理器展示了RISC-V在商業應用中的可行性，并為業界進一步采用該架構鋪平了道路。

ARM

ARM代表高級RISC機器，起源于Acorn Computers，這是一家在20世紀80年代開發了Acorn RISC 機器架構的英國公司。ARM架構最初設計用于Acorn的個人計算機，重點關注功效和簡單性。1990年，Acorn Computers、Apple和VLSI Technology成立了一家名為Advanced RISC Machines Ltd. 的合資企業，后來成為ARM Holdings。

第一個ARM處理器ARM1于1985年推出，ARM2隨后于1986年推出。這些早期處理器主要用于Acorn的阿基米德系列計算機。然而，當蘋果公司于1993年為其牛頓個人數字助理(PDA) 選擇ARM610處理器時，ARM架構獲得了廣泛的認可。這標志著ARM在移動和嵌入式系統市場的主導地位的開始。

多年來，ARM開發了多個處理器系列，每個系列都針對特定的細分市場和性能要求。一些著名的ARM處理器系列包括用于高性能應用的Cortex-A系列、用于實時系統的 Cortex-R 系列以及用于微控制器和低功耗設備的Cortex-M系列。

ARM的成功可歸功于其創新的許可模式，該模式允許半導體公司許可ARM的IP并根據其特定需求進行定制。這種靈活性使得包括AMD這樣的行業巨頭在內的多家公司能夠設計和制造針對不同應用（從節能移動設備到高性能服務器）進行優化的基于ARM的CPU和GPU。這催生了基于ARM的處理器和設備的龐大生態系統，迄今為止，ARM芯片的出貨量已超過1800億顆。ARM芯片每年出貨量約為300億顆。

ARM 架構已成為移動設備、物聯網和嵌入式系統事實上的標準，蘋果、三星和高通等大公司的產品都依賴ARM處理器。