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鸿蒙已踏上征途,那搭载RISC-V芯片的手机离我们还有多远?

	
mikew
发表于 2021-01-06 13:31:58
来源:无厘头小学弟
一、趋势
谷歌在前不久开源了Fuchsia操作系统,华为的鸿蒙也已登陆手机,开源操作系统的全平台统一之战正式打响(关于鸿蒙和Fuchsia,可以参考本人的另一篇文章谷歌正式开源Fuchsia,华为鸿蒙的最强对手到来。),那么在硬件层面,芯片的标准何时也会由开源主导呢?


作为全世界最成功的开源硬件项目,RISC-V指令集架构在诞生后的很短时间内就吸引了大量高科技企业的关注和参与,会员企业上百家,并迅速发展壮大。由此也可见ARM和Intel的封闭标准有多么不受待见。确实,谁会放心将整个行业的标准掌握在某家私人企业的手里呢。


RISC-V仅高级会员就有十一家,中国企业占比最高。
RISC-V也确实不负众望,短短几年就在嵌入式芯片市场玩得风生水起,仅中国就有数十家公司推出了自有的RISC-V控制芯片,大量电子产品纷纷开始抛弃ARM,改用RISC-V标准的核芯。后者极佳的性能及功耗表现,尤其更为重要的是更低的成本以及不用担心受制于人的定制自由度几乎在一瞬间就俘获了大量IP(基于ISA开发的芯片架构)及终端设备企业的芳心。
当然,如此优秀的ISA(指令集架构)如果仅仅用在嵌入市场实在太屈才了,尽管业内人士还不常提及RISC-V的下一步目标,但这丝毫不影响所有RISC-V生态圈内的业者期望与ARM和以Intel为代表的X86架构形成三足鼎立甚至取而代之的远期愿景。
显然,作为开源的指令集架构,搭配同样开源的操作系统,这是多么完美的组合。也因此,几乎所有关注RISC-V进展的同学都在盼望支持Android的RISC-V芯片的出现。
二、对可能的挑战保持乐观
就在前不久,国内企业芯来科技发布了900系列RISC-V芯片,其中的UX900内置了内存管理单元(MMU),成为了又一个真正可以运行Linux的64位处理器。


短期来看,Fuchsia和鸿蒙还难以挑战底层已经相当成熟的Linux在开源操作系统领域的地位,并且Linux已经有过移动平台成功部署的最经典案例(Android底层即基于Linux)。但从商业上来说,RISC-V芯片才刚刚跨入高端通用芯片的门槛,还未获得Linux社区的广泛支持,并且在中高端硬件市场,ARM积累了大量的技术和市场优势,挑战将变得相当困难。不过免费授权的RISC-V拥有的成本优势非常适合在低端手机、平板及笔电市场寻找切入点,并以此作为向上突破的基础。对于谷歌和华为来说,在新系统中添加对RISC-V指令集的支持也并不是非常困难的事,我甚至认为双方都已经开始了相关的部署。
另一个典型的问题是,尽管RISC-V本身是开源的,但基于其开发的IP并不需要遵循这一协议,而不同IP支持的ISA规模(RISC-V将指令集按功能划分为不同的指令集组,也就是所谓的模块化,这些模块可以根据需要随意组合而不用全部集成到最终芯片内,作为对比,ARM的A(应用)R(实时)M(嵌入式)三大ISA则互不兼容)各不相同,RISC-V甚至允许使用者添加自己的私有指令集,这就很容易让我们联想到令人深恶痛绝的碎片化,即不同公司开发的RISC-V芯片由于支持的模块或私有指令不同,使得运行其上的软件无法互相兼容。


首先,ISA规模问题或许还不是太严重的问题,毕竟作为高端的通用处理器,各家IP尽管在具体设计上存在差异,但对标准ISA的支持一定是尽可能完整的,这和嵌入式市场不同,芯片为了降低成本和功耗,指令集只支持需要用到的最小模块子集,例如RV32I或RV32M(数字后的每个字母表示一个模块),因此不同芯片的兼容性无法保证(当然在嵌入式市场,兼容性并不太重要)。但在通用处理器领域,还是拿芯来的UX900来举例,其支持已经相当完整的RV64IMACFDPV(只有极少用到的Q(四精度浮点)指令集模块没有包含),那么对操作系统来说,只需要在底层支持所有高端芯片包含的指令集的共有交集,就可以确保系统可以运行在所有这些芯片上,而即便系统需要用到某个不包含的指令集模块,也可以通过已有指令集间接实现(性能较低)或通过分支语句和预编译条件指令来提供直接支持(完整性能)。
比较不可控的地方是私有指令集,显然,一旦操作系统支持某个芯片设计公司设计的私有指令,则其将无法直接运行在其他RISC-V芯片上,当然,系统仍然可以通过上一段提到的方法来确保兼容性。同样的,在兼容环境下运行的系统可能无法获得最佳的性能表现。不过从另一个角度看,能够促使OS厂商单独为某一个私有指令集进行优化,往往意味着该IP拥有极高的市场占有率或者指令本身非常优秀,那么,这些私有指令也很有机会被RISC-V基金会纳入到新版本的开源标准中。
这么看来,RISC-V的碎片化问题似乎没有想象的那么严重,我个人持谨慎乐观的态度。不过无论如何,最终RISC-V的IP格局会是怎样的情形,这一点其实很难预测,最终某一个芯片设计公司一家独大,就和今天的ARM一样也未必不可能,但开放的标准和虎视眈眈的竞争者们可以很好地规避由垄断带来的暴利企图。
三、未来
从Linux的发展历程我们可以发现,尽管从占有率上来看,Ubuntu在所有发行版中占据了明显优势,但也远远谈不上占据垄断的地位,开源社区的一个有趣的地方在于,一旦某个分支版本成为市场主流后,一些小众的更具特色的项目反而会获得更多关注,这或许是因为人类总是喜新厌旧的生物特性。


总之,随着越来越多的RISC-V通用芯片的问世,我预计无论是Linux,或是基于其上的Android,抑或是最新的Fuchsia和鸿蒙,都会很快加入对其的支持,低价开发板(如树莓派)也会很快在社区风行,这也将进一步加速RISC-V在通用芯片市场的成熟,或许用不了多久,我们就可以买到内置RISC-V芯片的手机了。

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