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機器之心編輯部
圖靈獎獲得者，計算機體系結構先驅 David Patterson：「這真是太神奇了。」
開放開源的 Risc-V 架構一直被認為前途不可限量，最近一段時間也獲得了越來越多公司和機構的支持，市面上既出現了阿里平頭哥這樣的高性能處理器，也有華米打造的可穿戴設備晶片。
但習慣了 X86 和 Arm 架構的很多人一直對於 Risc-V 這個秉承開放的架構持懷疑態度，人人都能自主可控，是否能催生出完整的生態？
但首先，Risc-V 本身必須足夠強大。
RISC-V 的驚人突破
十年前，加州大學伯克利分校的一個實驗室裡誕生了一個想法：有人想創造計算機晶片的通用指令，這套指令將被所有晶片製造商使用，但又不屬於任何一個製造商。
雖然這個願景還未實現，但最近的確發生了一件有趣的事情：該校的研究成果 RISC-V 已經開始在晶片設計方面取得一些技術突破。
根據全球半導體行業知名媒體 EE Times 的報導，前些天，一家位於加州森尼維爾的小型電子設計公司 Micro Magic 宣稱：他們設計、生產出了全世界最快的 64 位 RISC-V 內核，比蘋果的 M1 晶片和 Arm Cortex-A9 表現還要出色。該公司認為，該晶片優雅地實現了 David Patterson（參與創建 RISC-V 的加州大學伯克利分校教授）對精簡指令集計算機（RISC）架構的最初設想，在當今用電池供電的設備上也能輕鬆工作。
Micro Magic 的聲明中提到，這款原型 CPU 在 1.1v 電壓下可以達到 5GHz 的時鐘速度，遠高於運行速度為 3.2GHz 的英特爾 Xeon 伺服器晶片 E7，CoreMarks 跑分達到 13000 分。而 1.1 伏時，該晶片只需要消耗 1 瓦的功率，不到英特爾 Xeon 功率的 1%。此外，單個 Micro Magic 核心在 0.8V 下可以達到 4.25GHz，CoreMarks 跑分達到 11000 分，但消耗的功率僅為 200mW。
與此同時，這款 RISC-V 晶片的速度和能效也超過了 Exynos 4。Exynos 4 是三星電子為其智慧型手機生產的頂級部件，基於 ARM Holdings Plc 提供的計算核心，是英特爾的主要競爭對手。
David Patterson 在接受 ZDNet 採訪時說：「這真是太神奇了…… 我認為 IBM 的大型主機有 5GHz 的液冷產品，但需要 100 瓦才能運行」。
David Patterson。圖源：https://spectrum.ieee.org/view-from-the-valley/computing/hardware/david-patterson-says-its-time-for-new-computer-architectures-and-software-languages
Patterson 還表示：「我也聽到過一些關於 FPGA 的令人印象深刻的數字，大概是 600MHz」，他指的是可重新編程晶片，「對於軟核來說，這似乎相當快」。
Patterson 對技術創新的突飛猛進感到非常驚訝，「創新的潛力總是存在的」，但這並不是他和加州大學伯克利分校教授 Krste Asanovic 在 2011 年首次為 RISC-V 撰寫宣言時的初衷。
「因為它是開放的，所以我們會看到很多這類競爭」，Patterson 反思道。
「也許是因為競爭激烈，我們開始看到設計領域一些真正有趣的東西正在被實現」，Patterson 說，他同時也是谷歌的傑出工程師。
新的 5GHz 處理器僅僅是一個原型，而不是一個車庫起家的初創公司的產物。它是由矽谷晶片智慧財產權設計公司 Micro Magic Inc 製造的，該公司為矽谷所有的大公司提供諮詢服務已有 25 年。一小隊經驗豐富的晶片設計師能夠完成這樣的任務，這意味著一場設計復興可能即將到來。
這款晶片不僅在低功耗下速度更快，在基準得分上也趕超英特爾和三星的晶片。在 CoreMark 基準測試中，這款 RISC-V 晶片的得分為 13000 分，是基於 ARM 的 Exynos 單核性能得分的兩倍多。雖然英特爾 Xeon 名義上單核性能更高，達到 26009 分，但 Xeon 需要更多線程，120 個線程才能達到上述結果。
Micro Magic 業務聯絡人、長期擔任晶片行業高管的 Dr. Andy Huang 在接受 ZDNet 電話採訪時解釋說：這一突破在於 CPU 和內存的交互方式。Micro Magic 的兩位創始人 Mark Santoro 和 Lee Tavrow 在 90 年代早期為一種 SRAM 計算機內存晶片申請了專利。
這一 RISC-V 原型晶片改變了存儲快、晶片慢這種現狀。
「如果內存運行在 5GHz，而邏輯運行在 1GHz，誰是瓶頸？」Dr. Andy Huang 打趣道。但他沒有透露具體細節。
關鍵在於開放
Huang 還表示：他們成功的關鍵在於 RISC-V 是開放的，不像英特爾晶片的複雜指令集架構 CISC，也不像 ARM 晶片中的 RISC 版本。晶片設計可以解決上述瓶頸。但如果晶片的指令被鎖定，瓶頸就很難解決。
為了解釋這一點，Huang 還打了個比方。
「我問我兒子為什麼他更喜歡三星（智慧型手機）而不是蘋果，他說是因為如果他想改變什麼，他可以讓他的一個編程朋友幫他做，因為 Android 是開放的，不像 iOS」。Huang 這樣比喻。
「這就是我們為什麼要把所有的成功都歸功於 Dr. Patterson」，Huang 說，「他創造了迄今為止最高效、最優雅的 RISC 架構」。
「我們應該叫他聖 Patterson」，Huang 說。
Micro Magic 晶片的成功不僅僅是修改指令集那麼簡單，還有一種經濟因素在起作用。
Dr. Huang 強調，CISC 或 ARM 的指令集都有 1000 多條指令，而 RISC-V 的指令不到 100 條。
由於 RISC-V 指令集簡單，Micro Magic 能夠使用標準矽晶圓生產其晶片，無需進行特殊調整。這使得使用所謂的 shuttle run 成為可能。在製造過程中，該晶片與其他家的晶片組合在同一個晶圓上。由於晶圓的成本是由多方共同承擔的，所以這樣可以節省成本。
「人們經常討論用 1 億美元來做一個定製的 ASIC」，Patterson 說，這意味他們想做一種為特定應用而調整的晶片。「但他們（Micro Magic）沒有花 1 億美元去做這件事」。
儘管 Patterson 和 Huang 都沒有強調，但還有一個經濟因素也在起作用：如果你在 ARM 許可方面沒有太多的預算，那麼 shuttle run 會讓你的處境變得容易一些，因為這樣就可以將 ARM 許可費用分攤。
Micro Magic 的晶片在 3.08GHz 頻率下的功耗是 0.69mW，此時的 CoreMark 分數為 8200 分。
考慮到世界上最大的晶片製造商之一英偉達（Nvidia）正以 400 億美元的價格收購 ARM，這個經濟方面的問題開始變得重要起來。
Nvidia 執行長黃仁勳（Jensen Huang）描述了他對 ARM 雄心勃勃的計劃，並且他向華爾街保證，ARM 許可證的持有者、他的競爭對手們不會介意英偉達收購 ARM。
但是此舉顯然為替代品提供了新的機會。當被問及這筆交易時，Patterson 表現得非常謹慎。 英偉達是 RISC-V 生態系統的成員，並全心全意地支持該技術。
巨大的想像空間
Micro Magic 的 Huang 說，自從 Micro Magic 發布了簡短的晶片公告後，就有科技巨頭開始聯繫他。
「在那市值總和達到 4 萬億美元的四大科技巨頭（蘋果、微軟、亞馬遜、Alphabet）」中，已經有兩家公司給我發來了電子郵件」，Huang 說，但他沒有透露具體是哪兩家公司。
Huang 的這個說法為我們提供了一個假設的空間，即蘋果或谷歌可能利用該晶片在能效方面取得突破。
「谷歌已經擁有了移動開源軟體 Android，想像一下，如果他們再拿到最節能、性能最強大的開源 RISC 核心，移動消費者將從中獲得多少收益」，Huang 這樣說道。
「再想像一下最新的蘋果手錶不需要每晚充電，」這是 Huang 提出的另一種可能性。
Huang 說，不管有沒有這樣的交易，Micro Magic 都希望將其 RISC-V 的智慧財產權應用到越來越多的設計中，從而在全球電力消耗方面取得實質性的進展。
「我們的目的是幫助世界，幫助個人電腦、筆記本電腦世界、平板電腦世界、手機世界、可穿戴設備、遊戲、電動汽車和物聯網…… 我們的目標是為將世界碳排放量減少一半做出貢獻。」
五到十年之後，RISC-V 將成為最重要的指令集？
一個 CPU 原型並不是一場革命。通過與英特爾和其他公司的實際出貨產品進行比較，我們可以發現一個事實，即完成晶片設計需要很多的部件。
這就是為什麼圍繞 RISC-V 的公司生態系統如此重要。目前，宣布將使用 RISC-V 的公司數量雖然不多，但正在增長。
Patterson 說：「所有你能想到的產品，甚至是數據中心，都有人在認真考慮 RISC-V」。
他說：「我們感覺，最難的地方已經過去了。幾年前，我們討論的是為什麼要用 RISC-V，現在，我們討論的是為什麼我不用 RISC-V」。
SiFive 是矽谷的一家初創公司，多年來致力基於 RISC-V 的晶片智慧財產權的研發。八月份，該公司成立了一個業務部門 OpenFive，致力於為各種應用（包括 AI 和邊緣計算）生產定製晶片。 Patterson 的合作者 Asanović教授是 SiFive 的首席架構師。
另一家典型的 RISC-V 生態支持者是臺灣的嵌入式處理器製造商晶心科技（Andes Technology。多年來，該公司總共向電子產品製造商出售了數十億的 CPU 設計。
上個月，SiFive 和 Andes Technology 都在著名的晶片技術會議（Linley Fall Processor）上展示了使用 RISC-V 的人工智慧新晶片設計。
SiFive 告訴 ZDNet，他們現在已經與 80 多家公司達成了 200 多項設計方案，其中包括前十大半導體製造商中的 6 家。憑藉 FADU、華米、高通、三星和新思國際在設計領域取得的成功，目前 SiFive 的核心出貨量已達數千萬。
晶心科技在上個月的一份季度報告中對投資者表示，今年約三分之一的收入來自基於 RISC-V 的零部件。
大型磁碟驅動器製造商 Seagate Technology 和 Western Digital 都是下個月舉行的 RISC-V Summit 的贊助商，這是該生態系統的第三屆年度技術峰會。該活動由 RISC-V 國際協會主辦，該協會是一家非盈利機構，目前代表了 750 多個致力於推進該標準的締約方，其中包括中國智慧型手機供應商華為、晶片製造商賽靈思、高通以及 IBM。Asanović是該組織的主席，Patterson 是副主席。
然而，無論 RISC-V 有多成功，我們可能永遠不會知道它的全部用途。這是因為，儘管 ARM 和其他商業技術提供商要求被許可方籤署文件，但 RISC-V 的使用者無需披露其使用情況。
RISC-V 國際協會要求供應商自願披露使用情況，但不強制。基於這個原因，很難看到 RISC-V 使用範圍的具體證據，Patterson 說。
最近，Patterson 通過視頻與合作者進行了一系列的一對一訪談，以慶祝 RISC-V 十周年。Patterson 告訴 ZDNet，其中一位合作者提出了一個驚人的觀點：在五到十年內，RISC-V 可能是世界上最重要的指令集。「一方面，這聽起來很瘋狂，但這並非不可能。」Patterson 說道。
參考內容：
https://www.zdnet.com/article/risc-v-the-linux-of-the-chip-world-is-starting-to-produce-technological-breakthroughs/
https://arstechnica.com/gadgets/2020/12/new-risc-v-cpu-claims-recordbreaking-performance-per-watt/
© THE END
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原標題：《1瓦功耗，5GHz頻率：全球最快Risc-V晶片出世，效率超越蘋果M1》
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