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RISC-V架構 引領物聯網時代新風潮

2019-03-14 10:10北美智權報

【蔣士棋╱北美智權報 編輯部】

5G被喊得震天價響,無線傳輸速度翻倍再翻倍後,各式各樣的應用場景也陸續推陳出新。不過,傳輸究竟並非電子設備的核心價值,如果最基本的運算能力無法提升,無論傳輸速度再快也是枉然。因此,在物聯網時代中,具備架構簡單、開源、可模組化等優勢的RISC-V也應運而起,為5G時代的各項應用提供更多可能。

資深的資訊產業人士,對於40年前那場CISC(Complex Instruction Set Computer,複雜指令集架構)與RISC(Reduced Instruction Set Computer,精簡指令集架構)的處理器架構之爭,絕對印象深刻。1980年,IBM推出的個人電腦,內部搭載了英特爾(Intel)的處理器以及微軟(Microsoft)的作業系統。這個決定,奠定了日後PC產業的發展基礎,影響直到今天。

「當時IBM的想法是PC的運算能力不能超越Workstation,Workstation又不能超越Mainframe,」黃崇仁回憶,當時的處理器兩大陣營分別是價格較便宜但性能有限的英特爾,與性能較優越但價格相對高昂的摩托羅拉(Motorola),但當IBM採用Intel的處理器晶片後,被Intel擁護的CISC勝出,PC產業的規格從此定於一尊,造就往後數十年的「Wintel」榮景。直到今天,業界人士仍會忍不住設想:如果當年IBM選中的不是Intel而是Motorola,今天的資訊產業又會是何種光景?

「Wintel」架構造就PC產業三十年榮景

圖1:力晶科技董事長黃崇仁 (攝影:蔣士棋)
圖1:力晶科技董事長黃崇仁 (攝影:蔣士棋)
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PC產業之後的行動通訊產業則呈現另一種風貌。「ARM(安謀)很厲害大家都曉得,但可能沒多少人知道,他名字裡面的R,指的就是RISC架構,」芯原微電子董事長戴偉民指出,Intel未能抓住3G、4G帶來的行動通訊商機,而ARM以RISC開發的處理器架構,具備低能耗、高性能的特點,受到以Google為首的Android陣營大力支持;在「AA(Android + ARM)」攜手合作下,終於打破了Wintel的壟斷優勢,成為行動通訊的霸主。

進入5G時代,競爭格局又再次轉變。戴偉民指出,半導體產業過去奉行的摩爾定律(Moore’s Law),已經逐漸走到盡頭。「1990年代時期,大約每四年能提升一倍的運算能力,但是到2000年以後出現瓶頸了,發現只靠一顆處理器不夠,開始發展多核,」他補充,即使如此也無法扭轉CISC運算能力成長趨緩的事實(圖2)。

圖2:1980年至今微處理器運算能力變化 (資料來源:台灣RISC-V聯盟啟動儀...
圖2:1980年至今微處理器運算能力變化 (資料來源:台灣RISC-V聯盟啟動儀式暨研討會,2019/03/07)
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ARM授權金高,不利物聯網創業家

至於ARM,雖然採行較為精簡的RISC架構,但這家公司並不自行生產晶片,營收來源均為專利授權金,授權費用也愈來愈昂貴。這樣對於想要投身物聯網產業的年輕創業家來說,是個沉重的負擔。

這個時候,標榜開源架構、模組化的RISC-V應運而生。戴偉民解釋,RISC-V只有40多條不變的核心指令,遠比Intel、ARM要更為簡潔;使用者可以在核心指令的基礎上,發展可擴充的指令集,也可以依據自己的應用需求,開發能以專利保護的專用指令。換句話說,採用RISC-V架構設計晶片,一方面可以避免龐大的授權金,而且使用者可以任意挑選需要的指令組合來開發物聯網應用,輕量化的晶片架構也很適合用於低能耗、高效率的物聯網運算需求。

因為能夠繞過Intel與ARM兩座大山,許多亟欲在半導體產業彎道超車的大陸廠商,都正積極投入RISC-V當中。小米生態系中專注於穿戴式裝備的華米科技,在去年九月推出了第一款以RISC-V架構開發的處理器晶片,號稱具備人工智慧(AI)功能,至於實際運用的可穿戴產品,預計在今年內可以上市。也是在去年九月,中天微系統推出了基於RISC-V架構的處理器CK902,旋即被阿里巴巴集團收購,與阿里內部的晶片團隊達摩院整合成立平頭哥半導體公司,也與小米旗下的松果電子合作,推動RISC-V商業化。

圖3:華米科技設計的黃山一號晶片,就是基於RISC-V架構。 (圖片來源:htt...
圖3:華米科技設計的黃山一號晶片,就是基於RISC-V架構。 (圖片來源:http://www.huami.com/news/67)
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進入5G時代,資料傳輸速度會翻倍成長,才能造就物聯網、人工智慧這些科技應用;不過同等重要的是,未來的終端設備,也就是物聯網中的每個「物」,都必須具備相當的運算能力。如果說Intel與ARM分別定義了PC和行動通訊時代的運算標準,對於即將來到的物聯網時代,我們期待的可能正是RISC-V。


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