RISC so với RISC-V so với ARM: Sự khác biệt là gì?

Bộ xử lý là bộ não của bất kỳ máy tính nào và nó không ngừng phát triển để nâng cao hiệu quả. Thiết kế của bộ xử lý xác định số lượng lệnh mà nó có thể thực hiện cũng như tốc độ và hiệu quả mà nó có thể thực hiện. RISC, RISC-V và ARM là các thuật ngữ được sử dụng trong thiết kế bộ xử lý để biểu thị một loại bộ xử lý sử dụng một loại kiến ​​trúc tập lệnh (ISA) cụ thể.

Mặc dù không được sử dụng phổ biến trong các máy tính phổ thông, nhưng các bộ xử lý này cung cấp năng lượng cho điện thoại thông minh, bộ vi điều khiển, máy tính bảng đơn và tất cả các loại thiết bị IoT. Đọc để tìm hiểu thêm về họ và sự khác biệt của họ.

Giải thích Kiến trúc Bộ Hướng dẫn và RISC

Có thể khó hiểu sự khác biệt giữa RISC, RISC-V và ARM nếu bạn không biết cách CPU hoạt động và thực thi mã. Vì vậy, trước khi chúng ta bắt đầu so sánh các thuật ngữ, trước tiên chúng ta hãy nói về kiến ​​trúc tập lệnh và nó khác với những gì mà bộ xử lý máy tính thông thường của bạn sử dụng.

Cho dù đó là bộ vi xử lý, máy vi tính hay máy tính để bàn thông thường, các bộ xử lý của chúng đều sử dụng kiến ​​trúc tập lệnh (ISA). ISA là một phần của bộ xử lý chứa tất cả các lệnh cơ bản mà bộ xử lý có thể thực thi. Các hướng dẫn này là các khối xây dựng của một chương trình máy tính. Chúng thường không phức tạp hơn phép cộng và trừ cơ bản của bạn.

Nhìn chung, có hai loại ISA lưu hành trên thị trường. Chúng là kiến ​​trúc RISC và CISC. RISC là viết tắt của Máy tính tập lệnh giảm, trong khi CISC là viết tắt của Máy tính tập lệnh phức tạp. Cả hai kiến ​​trúc đều phổ biến hiện nay, với x86 (bộ xử lý Intel và AMD) là bộ xử lý hàng đầu sử dụng CISC và ARM (bộ xử lý Qualcomm và MediaTek) là kiến ​​trúc RISC phổ biến nhất.

Về cơ bản, RISC là một kiến ​​trúc máy tính được thiết kế và tối ưu hóa để sử dụng ít lệnh hơn so với các đối tác CISC của nó. Ít hướng dẫn hơn này và công nghệ tối ưu hóa khác được sử dụng trong kiến ​​trúc RISC cho phép các loại bộ xử lý này sử dụng ít năng lượng hơn, khiến chúng trở nên lý tưởng cho điện thoại thông minh, máy ảnh, đồng hồ thông minh và tất cả các loại thiết bị IoT.

ARM là gì?

Chúng tôi đã xác nhận rằng bộ vi xử lý ARM là một trong những kiến ​​trúc RISC hàng đầu trên thị trường. Vậy, chính xác thì ARM là gì và tại sao chúng lại là bộ vi xử lý RISC phổ biến nhất?

Trước RISC-V (mà chúng ta sẽ nói ngay sau đây), các bộ xử lý dựa trên ARM là lựa chọn duy nhất cho bất kỳ ai muốn xây dựng một sản phẩm điện tử bằng bộ xử lý tùy chỉnh của riêng họ.

Arm (với chữ thường là “rm”) Ltd. là công ty thiết kế và cấp phép chip cho các nhà sản xuất phần cứng khác nhau, chẳng hạn như Apple, MediaTek, Qualcomm và các công ty nhỏ hơn như PINE64. Họ sử dụng ISA ARM nguồn đóng của riêng mình để thiết kế các bộ vi xử lý và hệ thống trên chip (SoC) hiệu quả cao. Tất cả các thiết kế do Arm tạo ra đều được gọi là bộ xử lý Advanced RISC Machine hoặc đơn giản là bộ xử lý ARM (tất cả đều viết hoa).

Ngoài việc là một trong những công ty đầu tiên bán và thiết kế chip theo yêu cầu, Arm đã trở thành nhà thiết kế chip RISC thống trị vì những đổi mới liên tục với thiết kế bộ xử lý ARM ISA và ARM.

Giống như APU của AMD, kết hợp CPU và GPU thành một khuôn, bộ xử lý ARM được biết là kết hợp CPU, GPU, Bộ nhớ, DSP và các modem khác nhau tất cả trong một khuôn hoặc chip — đây được gọi là Hệ thống trên chip (SoC). Sự tích hợp chặt chẽ nhiều mô-đun này đã cho phép các bộ vi xử lý ARM hoạt động nhanh và hiệu quả.

RISC-V là gì?

RISC-V là một ISA tiêu chuẩn mở được phát triển tại Đại học California, Berkeley. ISA này không giới thiệu bất kỳ công nghệ mới nào trên thị trường, nhưng nhiều người suy đoán nó là tương lai của bộ xử lý dựa trên RISC. Vậy tại sao lại như vậy?

RISC-V đã thu hút được sự chú ý từ các công ty như Amazon, Google, Qualcomm, Intel, Rockchip, SiFive, Sony, ZTE và Western Digital. Điều này là do RISC-V là một ISA tiêu chuẩn mở. RISC-V International (một hiệp hội phi lợi nhuận dành cho RISC-V) cho phép mọi người sử dụng RISC-V ISA trên bộ xử lý của họ mà không phải trả phí.

Điều tuyệt vời về RISC-V là khả năng mở rộng tập lệnh dựa trên bất kỳ quy trình nào mà chip của bạn sẽ cần cho một sản phẩm nhất định. RISC-V chỉ bắt đầu với một tập lệnh cơ sở gồm 47 lệnh. Các hướng dẫn này bao gồm tất cả các chức năng cơ bản mà một con chip cần để hoạt động và thực hiện các tác vụ cơ bản.

Sau đó, các nhà thiết kế sẽ được tự do lựa chọn hướng dẫn nào sẽ thêm vào tập lệnh cơ sở để cung cấp cho chip tất cả các chức năng cần thiết mà không cần thêm bất kỳ chức năng phình to nào mà nó sẽ không sử dụng.

Mặc dù RISC-V vẫn là một ISA tương đối mới, nhưng tiềm năng cung cấp các chip chuyên dụng hiệu quả cao và tiết kiệm chi phí cho các ứng dụng khác nhau là điều khiến nó trở thành một ISA đặc biệt.

CÁNH TAY hay RISC V? Cái nào tốt hơn?

ARM và RISC-V là ISA tuân theo triết lý thiết kế RISC, vậy cái nào tốt hơn?

Để so sánh, đây là so sánh hiệu năng giữa bộ xử lý P670 của SiFive với bộ xử lý Cortex-A78 của Arm:

Như bạn có thể thấy trong hình minh họa, Cortex-A78 nhỉnh hơn một chút so với P670 về hiệu năng đơn luồng cao nhất. Mặc dù Cortex-A78 thắng về hiệu năng thô, P670 tăng gấp đôi mật độ tính toán của Cortex-A78. Điều này có nghĩa là bộ xử lý P670 của SiFive cung cấp hiệu suất đơn luồng cao nhất có thể so sánh được với Cortex-A78, gấp đôi kích thước vật lý của P670.

Trong phép so sánh này, bộ xử lý P670 của SiFive thắng Cortex-A78 của Arm vì mang lại hiệu năng đơn luồng tương đương với kích thước chỉ bằng một nửa. Tuy nhiên, bạn cũng cần lưu ý rằng Cortex-A78 được ra mắt vào tháng 12 năm 2020 thông qua Vivo X60 và X60 Pro, trong khi P670 mới được công bố vào ngày 1 tháng 11 năm 2022.

Đó là khoảng chênh lệch hai năm về nghiên cứu và phát triển. Bộ vi xử lý mới nhất của Arm hiện chạy trên ARMv9 ISA, cải thiện đáng kể ARMv8 mà Cortex-A78 sử dụng. Nói cách khác, bộ vi xử lý ARMv9 mới nhất cung cấp hiệu suất cao hơn khoảng 30% và tiết kiệm năng lượng hơn 50%.

Vì vậy, xét về hiệu suất thô, bộ vi xử lý ARM vẫn dẫn đầu. Nhưng với P670 của SiFive cung cấp mật độ tính toán gấp đôi so với Cortex-A78, bộ xử lý RISC-V dường như có lợi thế hơn so với bộ xử lý ARM về các công nghệ thiết bị đeo được hưởng lợi rất nhiều từ việc sử dụng bộ xử lý kích thước nhỏ hơn.

RISC, RISC-V và ARM là các kiến ​​trúc tập lệnh khác nhau

Tóm lại, RISC là một triết lý thiết kế sử dụng ít lệnh hơn bạn sẽ thấy trên một bộ xử lý máy tính để bàn thông thường như x86. Việc có các hướng dẫn ngắn hơn và ít hơn cho phép các bộ xử lý RISC có hiệu suất sử dụng năng lượng cao.

ARM là một ISA nguồn đóng dựa trên RISC được cấp phép cho các công ty về bộ xử lý và SoC của họ. ARM ISA cho phép Arm thiết kế bộ xử lý RISC hiệu suất cao như chip M1 của Apple. Mặt khác, RISC-V là một ISA tiêu chuẩn mở dựa trên RISC mà bất kỳ ai cũng có thể sử dụng để thiết kế chip của riêng mình mà không phải trả phí giấy phép. Bản chất nguồn mở của nó cho phép RISC-V ISA được sửa đổi và mở rộng hơn nữa để tạo ra các chip chuyên dụng cho các tác vụ cụ thể.

Mặc dù có vẻ như không phải là tất cả quan trọng, nhưng cuộc cạnh tranh đang diễn ra này giữa ARM và RISC-V chắc chắn sẽ mang lại lợi ích cho tất cả người tiêu dùng, đặc biệt là khi nói đến các thiết bị IoT, vi điều khiển, máy tính một bo mạch và các thiết bị cầm tay như điện thoại thông minh và máy tính bảng. Và ai biết được, với các chip M1 của Apple là bằng chứng, các bộ vi xử lý dựa trên RISC có thể thực sự cạnh tranh với các bộ vi xử lý x86 sớm hơn dự kiến.