深入淺出GD32 RISC-V Nano/Pico – (一) RISC-V的歷史、現況與未來

[johnson]

首先，恭喜你入手RISC-V 系列微處理器開發版。

RISC-V架構的優點我相信大家都有目共睹，不僅開源、共享，同時他免權利金的優點也是所週知。

RISC-V起源於柏克萊大學，由三位作者共同完成，現在由非營利組織RISC-V 基金會共同維護。起初因商用ISA （指令集架構）太複雜，以及智財授權問題而開啟創作動機，決心創造一種高品質、開源、且不收取權利金的免費ISA 。
現已有超過230 位會員參與其中，包含Google,Nvidia, Qualcomm, 國立清華大學, 新加坡大學等。

台灣在RISC-V上的耕耘絕對不比國外少，且台灣是半導體晶片重鎮，台灣積體電路(TSMC)、聯發科(MediaTek)、昱瑞半導體(Realtek)等多家半導體廠，不管事代工或設計都位在台灣這塊寶島。

其中，聯發科旗下的晶芯科技(Andes)是RISC-V的元老級公司，在2020年新冠肺炎(COVID-19)的疫情影響下，並沒有被擊倒，相反的，受益於自駕車、美中貿易戰、以及台積電製成進化的影響，其股價上升四倍之多，可見其未來之前景。

當然，股價的攀升原因複雜，換另一方面，在2020年9月，以製造顯示晶片聞名的Nvidia(輝達)以400億美元(1.2兆台幣)收購arm(安謀控股)，此舉驚動所有半導體產業廠商。這意味著顯示晶片設計公司Nvidia將有能力強化自身架構，不僅限於桌上型電腦應用，更將拓展其業務範圍到手機、攜帶式裝置、嵌入式裝置、甚至是超低功耗裝置。在筆者撰文的當下，2020年第四季arm總共賣出67億片晶片，亦即每秒賣出842片，相當的驚人。

而在arm強大成長茁壯的情況下，有一群人看到他的缺點，並且想要借用開源的力量將他打破，那就是arm架構的授權費。

Arm與x86是CPU市場的兩大霸主，如果想要重新設計CPU，X86架構被intel完全掌握，而arm架構又需要付高額的授權費才能使用他們的指令集。

具體來說，arm架構一次性授權費用要價數百萬美金，而版稅提成則大約為1~2%，代表每賣出一顆CPU其中的1~2%要付給arm作為授權使用費。

這種高昂的收費方式令許多小型CPU設計工作室或者廠商無法負擔，且對科技大廠而言也是一筆不小的支出。因此加州大學柏克萊分校的研究團隊想打造出一款開源、無授權費、不收取權利金的指令集。

在耗費三個月的時間後，第一版RISC-V指令集出現了，可以說是其他晶片開發商的一大福音。

但是，設計指令集相較於將指令集製作成CPU而言，是相對容易許多的工作，這也是現階段在市場上尚未見到RISC-V架構處理器上市的原因，最多只能看到特定目的的開發版與廠商專為自己產品設計的晶片，而不是通用處理器或CPU。

目前能夠買到的通用型RISC-V處理器有SiFive出品的 HiFive Unmatched 他是一款板載CPU以及記憶體的mini-TIX主機板。

具備的64位元RISC-V架構處理器SiFive Freedom U740 SoC，搭配16GB RAM，並搭載Linux為作業系統，連電路圖都完全釋出，達到完全開源的電腦專案。

 

雖然RISC-V免權利金與開源的優點，但這同時導致RISC-V架構有看不見的隱憂。

首先是其開源的彈性讓各家廠商能依照自身產品特性開發處理器，但也讓處理器或指令集碎片化，沒有統一的規範與規格來限制。此外，RISC-V共有的特性，讓其喪失有力且明確的演化方向，這將導致使用RISC-V架構製作CPU的系統廠商難以維護其產品，舉例來說，同一系列產品在下一代可能會無法隨著主架構更新而有顯著的性能提升，廠商反而需要自己花費更多人力成本在特定產品開發上。

上述問題在現今arm與x86架構上並不明顯，因為他們分別有arm與intel公司在做最主要的研發與維護，此乃未來RISC-V架構可能需要面臨的問題之一。

但，雖然RISC-V仍然面臨許多問題與挑戰，但無庸置疑的，一定比arm架構以及x86架構的授權費更低廉。

硬碟製造大廠Seagate在2020年便宣稱已經完成RISC-V硬碟控制處理器的開發，並且能提升三倍以上的儲存速度與效率。

相信在不久將來，RISC-V將成為取代ARM以及x86的新世代處理器核心，並且將開源概念更進一步的推向更多使用者。

 

參考資料:

1. https://www.bnext.com.tw/article/60600/nvidia-buy-arm-2020
2. https://www.bnext.com.tw/article/60874/uks-markets-regulator-asks-for-views-on-nvidia-arm
3. https://technews.tw/2021/02/15/number-of-arm-chips-sold-in-the-fourth-quarter-of-2020/
4. https://technews.tw/2018/05/03/risc-v-may-become-linux-in-cpu/#_=_
5. https://www.edntaiwan.com/20200921nt61-arm-will-increase-the-licensing-fee/
6. Mapleboard GD32 RISC-V 開發版說明會簡報

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[johnson]

現在有seed公司有推出由BeagleBoard推出募資的BeagleV RISC-V 開發版，目的就是取代Raspberry Pi 使用BroadComm所生產的BCD系列CPU，因為其不公開資料手冊的特性，雖然號稱開源單板電腦，但是實際上許多電路都沒有公開給使用者。

BeagleV就是瞄準這一市場，以取代Raspberry Pi為目標

詳細內容可以前往官方網站查看:https://beagleboard.org/beaglev

或者前往seed 官方網站: https://beaglev.seeed.cc/

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