一文读懂RISC-V与ARM

RISC-V和ARM是近年来备受关注的两种处理器架构。RISC-V是一种基于精简指令集计算(RISC)原理的开源指令集架构(ISA)，而ARM是一种专有ISA，由于其长期存在于嵌入式系统和移动设备中，已成为嵌入式系统和移动设备的主导选择。市场以及多年积累的信任和专业知识，赢得了广泛的声誉。

比较这两种架构对于了解它们的优缺点以及它们对未来计算的潜在影响至关重要。

什么是 ISA（指令集架构）？

每个处理器功能的核心在于其指令集架构 (ISA)，这是一个概述处理器可以理解和执行的指令集的蓝图。它充当硬件和软件之间的基本桥梁，塑造处理器的功能和性能。ISA的选择会影响软件的开发方式，并对处理器的效率、兼容性和灵活性产生持久的影响。

ISA大致可分为两种类型：开放式和封闭式。封闭式ISA，如ARM，是专有的，并由特定公司（此处为Arm Holdings）严格控制，提供既定的可靠性和兼容性，但限制定制。另一方面，以RISC-V为代表的开放ISA是社区驱动的，为定制提供更大的灵活性，促进创新和适应特定需求。

RISC-V 和ARM之间持续的争论围绕着它们所体现的不同ISA展开，每种ISA都提供独特的优势和方法来满足不断变化的计算需求。

RISC-V 与ARM：背景和历史

RISC-V

多年来，计算机体系结构的发展取得了重大进展。历史上x86架构占据主导地位，推动了英特尔等巨头的发展，但随着ARM的出现，故事的新篇章开始了。最初专注于为移动设备创建节能处理器，ARM的成功鼓励了向精简指令集计算(RISC) 架构的转变。

虽然ARM确实在市场上取得了成功，但它是一种专有架构，需要支付许可费用并在定制方面受到限制。这种专有性质阻碍了小型企业、初创公司和研究人员充分参与先进处理器的开发。RISC-V 旨在通过提供开源替代方案来解决这些限制。因此，RISC-V 开发背后的动机源于对处理器架构领域更大开放、定制和创新的渴望。

RISC-V 起源于加州大学伯克利分校计算机科学系。该项目始于2010年，是由Krste Asanović 教授、David Patterson教授及其团队领导的一项研究工作。

第一个RISC-V规范于2011 年发布，RISC-V国际组织于2015年成立，以促进RISC-V ISA 的采用和标准化。此后，该基金会已发展到拥有200多名成员，其中包括Google、NVIDIA 和Western Digital 等主要科技公司。RISC-V已在各个行业得到快速采用，多家公司开发并发布了基于RISC-V 的处理器和片上系统(SoC)。

RISC-V 历史上的关键里程碑之一是2017年发布的RISC-V特权架构规范，它定义了硬件和操作系统之间的接口。该规范促进了更复杂的RISC-V处理器的开发，并促进了Linux等操作系统向RISC-V平台的移植。

另一个重要的里程碑是 2018 年发布了首款商用RISC-V处理器SiFive Freedom U540。该处理器展示了RISC-V在商业应用中的可行性，并为业界进一步采用该架构铺平了道路。

ARM

ARM代表高级RISC机器，起源于Acorn Computers，这是一家在20世纪80年代开发了Acorn RISC 机器架构的英国公司。ARM架构最初设计用于Acorn的个人计算机，重点关注功效和简单性。1990年，Acorn Computers、Apple和VLSI Technology成立了一家名为Advanced RISC Machines Ltd. 的合资企业，后来成为ARM Holdings。

第一个ARM处理器ARM1于1985年推出，ARM2随后于1986年推出。这些早期处理器主要用于Acorn的阿基米德系列计算机。然而，当苹果公司于1993年为其牛顿个人数字助理(PDA) 选择ARM610处理器时，ARM架构获得了广泛的认可。这标志着ARM在移动和嵌入式系统市场的主导地位的开始。

多年来，ARM开发了多个处理器系列，每个系列都针对特定的细分市场和性能要求。一些著名的ARM处理器系列包括用于高性能应用的Cortex-A系列、用于实时系统的 Cortex-R 系列以及用于微控制器和低功耗设备的Cortex-M系列。

ARM的成功可归功于其创新的许可模式，该模式允许半导体公司许可ARM的IP并根据其特定需求进行定制。这种灵活性使得包括AMD这样的行业巨头在内的多家公司能够设计和制造针对不同应用（从节能移动设备到高性能服务器）进行优化的基于ARM的CPU和GPU。这催生了基于ARM的处理器和设备的庞大生态系统，迄今为止，ARM芯片的出货量已超过1800亿颗。ARM芯片每年出货量约为300亿颗。

ARM 架构已成为移动设备、物联网和嵌入式系统事实上的标准，苹果、三星和高通等大公司的产品都依赖ARM处理器。