CPU 架構之戰:ARM、x86以及RISC-V

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CPU架構定義了處理器的設計藍圖,決定了其處理資料和執行指令的能力,常見的CPU架構包括ARM、x86和RISC-V,依目前市場來說三足鼎立之局勢還未形成。


ARM以高效率、低功耗著稱,適合移動設備;

x86擁有強大的性能,主宰PC和伺服器市場;

RISC-V是新興的開源架構,擴展性和靈活性,展現了技術創新和市場需求之多樣化,推動了CPU技術的不斷演進。目前市場仍以 X86 與ARM 為主,然由於 RISC-V 之可塑性強,因此對於一些尚不成熟、正在興起的產業來說,像 AI PC 與車用等等,反而是RISC-V更易以開發應用。


ARM架構的低功耗、高性能特點,迅速獲得了市場認可。如今ARM架構已佔據了全球行動晶片市場的95%以上,被應用於智慧型手機、平板電腦、物聯網設備等各種電子產品中。而 ARM 的策略是積極搶占 PC 領域,要進入PC領域就必須挑戰該領域的先進大佬 x86, ARM在 Windows 軟體應用上相容性有待改善。又隨著AI、物聯網等新興技術的發展,ARM也積極拓展新的業務領域,如專為AI應用設計的ARM架構晶片,因 AI PC 涉及更強大的晶片運算能力,ARM 架構是否能與 X86 架構的效能匹敵亦是一大難題。

但在中國ARM架構取得了巨大成功,被廣泛應用於各種智慧型手機和平板電腦中,佔據了大部分市場。


RISC-V讀音為“risk-five”

是一種模組化ISA,這意味著它由許多較小的獨立模組構成。使其具有高度擴展性,允許開發人員的新創,滿足其特定需求的新指令。因為它具有少量指令,並且大多數指令易於解碼和執行,這使得RISC-V處理器在性能和功耗方面都有高效率的表現。RISC-V最大的好處,就是這項技術非常有彈性,在設計客製化晶片上相當好用,但用RISC-V製作出的晶片無法執行市面上一般處理器所執行的程式,若要執行第三方軟體,可能還要再等幾年的改進,這就是為什麼ARM和X86系統有今天的地位。但在中國市場積極開發與 AI 的雙重加乘下,具備良好的成長動能,若能夠在中國建立起RISC-V穩健生態系統,則其未來發展性十分可觀。

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2024/6/4 於台北 COMPUTEX讓國際知道台灣的創新能量,另外黃仁勛來台旋風,不只是夜市美食,台大演講,也讓我們了解Nvidia與台灣的資通產業供應鏈廠商的密切合作,與引領未來科技趨勢。

我們來了解一下Nvidia採用RISC-V架構的發展經過。

在2016年,Nvidia推出了第一代Falcon控制器,該控制器採用RISC-V Rocket處理器。2017年推出第二代Falcon控制器,採用Nvidia自己設計的RISC-V處理器版本。2021年,Nvidia加入RISC-V基金會成為白金會員,並積極參與RISC-V生態系統的建設。目前Nvidia的GPU、伺服器和網路晶片等多種產品採用了RISC-V架構。

2021年,Nvidia使用RISC-V開發伺服器晶片,推出了Grace CPU,該CPU用於專為大型AI應用設計的Nvidia的DGX Hyperion伺服器。

2022年,Nvidia使用RISC-V開發網路晶片,推出了BlueLink AI DPU,該DPU用於專為加速AI應用而設計的Nvidia的BlueField DPU卡。

這意味著Nvidia有機會在RISC-V生態系統中發揮領導作用。Nvidia採用RISC-V只是RISC-V發展的一個縮影,隨著越來越多的公司採用RISC-V,RISC-V將成為ARM的最大競爭者。


上述提到的ISA解釋如下:

指令集架構ISA,英文稱為 Instruction Set Architecture,是處理器基礎設計的一部分,定義了軟體如何與硬體交互溝通。它是處理器執行的指令集合,以及數據類型、尋址模式和其他軟體在處理器上運行所需的詳細信息。簡而言之,ISA就是處理器使用的語言。ISA對計算機系統的性能、效率和兼容性具有重大影響,不同的ISA具有不同的優缺點,在電腦系統的設計上,ISA的選擇是一個關鍵性的決定。

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