硬科技:一個科科眼中的RISC-V

2022.01.31 08:16AM
照片中提到了EOS14 P16,包含了風險、RISC-V、精簡指令集計算機、指令集架構、計算機架構

各位老一輩的資訊科班科科們,你們還記得DLX這個用來教學用的RISC指令集嗎?筆者在自家書桌上拍的這張照片,是否喚醒了各位曾經準備計算機結構課程考試的回憶呢?

照片中提到了All are 32 bits with a 6-bit primary opcode. Figure 4.19 show、4.5 The DLX、166,包含了文獻、文獻、文本、紙、字形

2021年3月,擁有MIPS智慧財產權的Wave Computing,宣佈要放棄MIPS指令集,轉向RISC-V,剛好跟當代兩位合著兩本經典教科書 (白算盤、計量方法) 的RISC大師有所關聯:創造MIPS的John Hennessy,與帶領RISC-V研發團隊的David Patterson。

對於經歷過SGI繪圖工作站與Irix作業系統全盛時期的老一輩IT人,或著一路讀著他們著作而成長的科班人士,看到昔日高高在上的RISC諸神,繼PA-RISC、Alpha、IA-64後 (加上看似岌岌可危的SPARC),又將再消失一個,想必內心多少有股不勝唏噓之感。

照片中提到了R RISC-V,包含了RISC v 標誌 PNG、RISC-V、精簡指令集計算機、商標、開放式RISC

用功的科科也或多或少耳聞「晶片世界的Linux」RISC-V的重要特色,像完全開源、高度模組化、可自定義指令 (號稱可客製1200個)、預留128位元記憶體定址等等。最近幾年來,大概因為成為「中國自主可控晶片研發的希望之所寄」,加上諸多媒體「掀起開源架構新風潮,撼動處理器雙雄獨占局勢,打破CPU巨頭的壟斷」之類「當兵晚點名呼口號」式標題的推波助瀾,加上nVidia併購Arm可能危及其中立性,以及Arm自身高昂的營運成本轉嫁到節節高升的授權費用,RISC-V成為處理器業界的熱議焦點。

然後很可笑的,幾乎所有的媒體報導,都千篇一律的耗費大量篇幅去解釋「什麼是指令集架構 (ISA, Instruction Set Architecture),為什麼這麼重要」,彷彿計算機結構 (Computer Architecture) 一詞的由來,在過去數十年來從不存在,到今天才從天上掉下來一樣。高談闊論「RISC指令集的先天優勢」就更可笑了,先別提這些老早就是教科書的基本知識,這些人是沒看到當年如何上映「RISC諸神的黃昏」嗎?

照片中提到了Layers of Abstraction、Application、Algorithms,跟英特爾有關,包含了微架構、指令集架構、抽象化、微架構、抽象層

總之RISC-V之所以會崛起,原因也不脫出「技術」、「商業」和「政治」的邏輯,和「天時」、「地利」與「人和」的交織。

技術:無晶圓廠晶片設計公司 (Fabless IC Design House) 、電子輔助設計工具 (EDA Tool) 與專業晶圓代工的生態系統更加的成熟,進一步降低自行研發晶片的時間與成本 (假若不考量先進製程和全球性的產能不足危機)。

商業:Arm極力將勢力延伸到資料中心伺服器與人工智慧而搞出一堆有的沒有的,這些高昂的研發成本,也通通「羊毛出在羊身上」,反應在節節高升的授權費和權利金,直到越來越多客戶開始受不了,尤其是財力有限的新創企業。

政治:nVidia企圖併購Arm將會「球員兼裁判」,即使假以時日摧毀了x86霸權,也只是造就另一個更專制的強權。

天時:喊了二十多年的物聯網,其應用普及度總算在這幾年出現實質性的成長 (如北美Starbucks的所有咖啡機具全部連上微軟Azure Sphere),市場需要更能客製化、價格更低廉的處理器方案。即使是「日常應用」,像Seagate的硬碟控制器和nVidia的GPU,也都出現了RISC-V的身影。

地利:在中興通訊事件之後,極度渴望晶片產業可獨立自主的中國,幾乎將RISC-V生態系統視為最後的突圍點,也是最熱衷RISC-V的國家。道理很簡單:RISC-V理論上可避免中國過去走過的兩條死路:「關起門來自己做,結果沒有生態系統」以及「跟在別人後面做,最後缺乏自有智財」。

人和:就... 美中貿易戰和武漢肺炎引發的一連串全球晶片荒,讓越來越多國家重新重視半導體產業,這就是RISC-V伺機而起的契機。

不過寫了這麼多,回到「RISC-V能否取代Arm甚至x86」這個大哉問,筆者對此保持悲觀的看法。天底下沒有免費的午餐,當廠商們都充分享受針對特定應用而客製化指令集時,勢必造成版本與軟體的分裂化,這也幾乎註定RISC-V很容易變成「物聯網客戶自己各玩各的」,這對一套指令集的長期發展,絕對不是好事。

照片中提到了RISC-V Custom Instruction Design & Development flow、System Level Design and、Architectural Exploration,包含了組織、RISC-V、安第斯科技、軟件、軟件開發

當然,也許也是最重要的,一套成功的指令集架構,如同「成功的男人背後都有一個偉大的女人」、「傲嬌的公主身邊都有一位萬用的男人」,都有起碼一個地位舉足輕重的作業系統支撐其存在的價值,像x86有Windows,Arm有Android,那RISC-V呢?目前看不出來,但Google的態度可能將是最重要的關鍵。

David Patterson這位世界上屈指可數、拿過計算機工業最高榮譽「圖靈獎 (ACM A.M. Turing Award)」的當代最偉大計算機結構大師,在2016年加入Google,讓人腦中不得不產生無盡的遐想,足以取代現有Intel AMD IBM的高效能RISC-V汎用處理器,是不是已經在Google資料中心的某排機櫃內默默的服役了?越想越讓人科科笑啊。

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