〈分析〉RISC-V竄起！ARM霸主地位受考驗？

美國封鎖華為讓市場看到科技業平常鮮為人知的面紗，一般市場只專注於硬體的供應鏈，或是大眾化的軟體，如作業系統，應用程式等。至於更上游的 IC 設計架構則是很少提及。

主要在於，設計處理器的架構基本上是獨占市場，因此在正常情況下，市場很少去分析相關領域概況。但由於華為事件不斷延燒之下，處理器設計架構也開始被市場廣泛討論。

「架構」是處理器的基礎：

CPU 架構是 CPU 廠商給屬於同一系列的 CPU 產品設定的一個規範，其包含指令集和微架構兩部分。指令集的功能在於讓 CPU 透過程式指揮相對應硬體，以完成特定功能；而微架構則是處理器內部的組成，以及這些組成如何執行程式。

目前主流的指令集為 CISC 與 RISC。CISC 是適用於追求性能與運算能力的 PC 與伺服器等市場，進而 Intel 運用 X86 架構築起專利高牆。至於 RISC 則是針對特殊領域，適用於對功耗要求較高的場景，如智慧手機、物聯網等領域。

而現在應用最廣的 RISC 指令集，其 CPU 架構代表有 ARM 架構、MIPS 架構，與 IBM 的 PowerPC 架構。

從應用範圍來看，Power PC 因為性能強大，主要以交換機、網路處理器等中高階市場發展。而 ARM 和 MIPS 有相同的定位，主要面向消費性電子的處理器，MIPS 立足點在於性能，ARM 則偏向於低功耗。

消費性電子讓 ARM 架構嶄露頭角

由於 ARM 架構比較早進行授權，再加上其架構的開放性和通用性佳，工程師在設計處理器上更簡便，因此逐漸獲得業界多數支持。

而透過 ARM 架構，IC 晶片設計廠開發大量低功耗、高性價比的 RISC 處理器，這個特性與智慧終端產品所需相契合，也造就全球超過 75% 的 32 位元嵌入式處理器採用 ARM 架構，同時奠定此架構在消費性電子產品大爆發時代的霸主地位。

根據數據顯示 2017 年 ARM 架構在智慧手機和數據機領域的比重超過 99%，在車載智慧硬體與穿戴裝置領域的比重也分別超過 95% 和 90%。

ARM 的授權模式主要可分為三種：

• 使用層級授權。被授權方可以直接使用已經定義好的 IP 嵌入設計中，無法更改設定 IP，是最低層級的授權。
• 內核層級授權（IP 核授權）。 以 ARM 內核為基礎，添加新的外設，形成 MCU。例如三星、TI、Broadcom、Freescale 等都是採用這類授權模式。 
• 架構 / 指令集層級授權。可以對 ARM 架構進行大幅改造，包括對指令集進行擴展及縮減。如蘋果的 Swify 就是在 ARMv7-A 的基礎上開發的。

不過，即使目前 ARM 架構稱霸全球智慧手機與穿戴裝置市場，但該架構還是有不少令業內詬病之處，如架構文檔過多、指令數目複雜且冗長，版本之間不能通用、不支援模組化，缺乏人性化設計等。

RISC-V 為取代 ARM 架構而生

由於 ARM 架構在開發上有諸多不便，業界也在找尋新的替代方案，因此催生出新一代指令集 RISC-V。RISC-V 指令集被業界認為是完全開放的架構，指令數目減少 80% 以上，且模組化，能讓使用者自由發揮，更重要的是免費使用。

雖然 RISC-V 指令集推出約五年，仍處於起步發展階段，但其架構特性有機會在新興應用市場上取得更多客戶支援。

此外，在 RISC-V 基金會成立後，已有不少企業與研究機構的加入 RISC-V 陣營，探尋未來 RISC-V 的可行性。目前參與的企業有 IBM、NXP、Western Digita、輝達、高通、三星、Google、特斯拉、華為、阿里巴巴、中科院計算所等 200 多家。

同時，美國封鎖中國科技公司的動作越來越大，中國為了擺脫對美國高科技產品的依賴，必定支持更新的指令集發展，以防止華為事件不斷上演。