《 處理器爭霸戰 Ep. 1》 RISC-V是什麼？為什麼它將掀起微處理器市場的驚濤駭浪？
日期：2021/03/15
文：Y.C. Lo / 校稿: B.H. Huang
閱讀時間：10 min
常使用3C產品的人一定都知道，無論是手機還是電腦裡都會有中央處理器（ Central Processing Unit, CPU ）用來計算或者控制，它的重要性就像是人類的大腦，既可以處理各式各樣的資訊又可以控制我們的四肢，幫我們應付大大小小的事。
但你/妳知道嗎？從2020年開始，無論哪種架構的處理器市場，都正在掀起巨大的波瀾喔！撇開 AMD 與 Intel 的大戰，最有名的莫過於 Nvidia 與 ARM 的大型併購案，擁有目前市售手機處理器架構佔有率九成的 ARM 公司一但被併購，將會失去市場中立性，所有相關的合作廠商正苦惱著會被斷貨。
因此這時一個名為 RISC-V 的開源微處理器架構正在逐漸受到重視，並開始席捲世界，許多人相信它將是這一波危機的解套，今天就讓 SemiKnow 帶著各位認識這位半路殺出的程咬金是何許人物吧！
CPU就是一間公司的總機！
所有種類的 CPU 運作方式都一樣。而若要給 CPU 的運作方式一個生動的比喻，那麼 Y 編會說它就像是一間公司的總機，它負責將收到的指令依照分機號碼，分配到各個部門去執行。而如果是公司部門無法完成交代的任務，它就會將任務外包給其他的單位，例如影像處理單位以及聲音訊號處理單位等等。
如果用生活一點的例子來說，當我們用手機開心地上著網時，後台執行的程式，會以好幾個固定為 32 或者 64 位元，由 0和1組成的指令表示，而這些指令就包含給 CPU 看的分機號碼，以及要分發給各部門的待辦事項。
因此在設計 CPU 的時候，IC 設計工程師們必須先知道，這顆 CPU 的各個分機號碼對應到哪些部門，以及每個指令、單位負責處理什麼事情，這也就是 CPU 的指令集 (Instruction Set Architecture, ISA) 的基本概念。
那麼 RISC 是什麼呢？
RISC-V 中的 RISC 指的是精簡指令集電腦（Reduced Instruction Set Computer）現今的處理器都是以這種方式做設計的，它的優勢是每一條指令長度固定，只用幾種簡單常用的幾種指令，組合成更複雜的功能，這樣的特點使它可以在更容易的被管線化（Pipeline）加速，設計出的硬體也相對小，但執行的程式大小也比較大。而與之相對的是複雜指令集電腦（CISC），它的特點與 RISC 完全相反過來，在40年前大部分的處理器都是這樣設計的。
而管線化的概念以上圖為例，各位一定都洗過衣服吧，對於 CISC 而言，洗衣可以用一個指令完成，而對於 RISC 而言它可以被拆分為洗衣機、脫水機、烘乾機三個指令，這也使得如果我們要洗大量的衣服時，我們可以在烘衣服的時候，同時將第二批洗好的衣服送進脫水機裡、並將第三批衣服丟到洗衣機去，這個多工的精髓可以有效被應用在 RISC 裡提升速度，但不能被應用在 CISC 中，這也是為什麼現今設計的主流都是 RISC。
明明都是 RISC，RISC-V 為何在今日舉手投足都被關注？
RISC-V 是由美國加州大學柏克萊分校（UC-Berkeley）所開發的開源指令集，也就是說人人都可以設計它並且拿它來盈利。它有以下幾點特點：
1. 彈性很高，沒有過多的指令設計，使用者甚至可以自主擴充
2. 人人可以依據它，設計並製造相應的硬體IC
3. 沒有申請專利，因此人人皆可拿它盈利，無需擔負權利金。目前它的應用主要都是在一些嵌入式系統以及物聯網裝置中，例如馬達控制、智慧手錶、智慧家具等等，而中國阿里巴巴集團最近更將 RISC-V 提升到另一個境界：將手機的Android系統移植到自家的手機 CPU 「玄鐵」上運行。
在這些上述的這些微處理器市場中，以往都是由英國的安謀科技 （ARM）把持9成以上的市場份額，透過設計自家的 CPU 並且申請專利，授權給其他廠商使用並製造，而自身收取權利金盈利，幾乎已經達到市場上的壟斷，本來這間公司保持市場上的中立性，因此尚未有競爭問題出現。
但在去年的年中，ARM 陷入了輝達 Nvidia 的併購案中（半導體界史上最高額 1.2 兆併購案）。雖然目前併購案仍未定案，但許多 ARM 的合作夥伴相繼擔心，未來將會因 ARM 失去市場中立性而斷貨，因此從去年的八月中開始，自主研發 RISC-V 降低 ARM 技術依賴的風氣開始興起，這當中包含著急迫想擺脫歐美技術依賴的中國科技廠，由於過往他們被歐美的指令集束縛，無法真正掌握『自己的晶片』，因此在這波中美的角力戰中，中國可能也會加快推動 RISC-V 的速度。
結語
Hi~我是 Y， 寫下這一篇內容主要是因為最近的處理器市場大戰，實在太過有趣，因此 SemiKnow 打算出一系列的連載，寫寫關於處理器市場的大戰，會涵蓋從目前相對低階的處理器（RISC-V v.s ARM）、電腦處理器（Intel v.s AMD）到高階伺服器處理器（AMD+Xilinx, Nvidia+ARM, Intel+Altera）的多方混戰，我想身為一個科技迷，這次的大戰肯定比三國演義還要有趣對吧！接下來請好好期待吧～
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