集成电路产业报告：内核架构，RISC-V（28页）

行业报告下载 2020年11月23日 07:29 管理员

X86 架构是目前唯一的主流复杂指令集，垄断个人计算机和服务器处理器市场。X86 架构是英特尔公司在 1978 年发布。在过去四十多年，x86 家族不断壮大，从桌面转战笔记本、服务器、超级计算机。目前，X86 架构授权被英特尔、超微半导体（AMD US，无评级）和台湾威盛三家把持。其中，英特尔和 AMD 的 X86 处理器在桌面电脑和笔记本市场占据主导地位。据 2017 年 IDC 的报告统计，X86 处理器在服务器市场占有率也高达 96%。根据 Mercury Research 统计，2019 年台湾威盛仅占有 0.1%的 X86 桌面处理器市场份额。ARM 指令集架构作为目前最成功 RISC 架构，主导了智能手机和物联网芯片处理器市场。根据英伟达公告，基于 ARM 架构的芯片已累计出货 1800 亿颗。ARM 架构处理器在智能手机芯片、车载信息芯片、可穿戴设备、物联网微控制器等领域占到 90%以上市场份额。 90 年代，MIPS 和 Alpha 作为知名 RISC 在与 X86 竞争计算机市场中失败，又在错过智能终端高速发展的机遇中走向衰弱。

2010 年发布的 RISC-V 作为从发明伊始即以开源为最大特色的 RISC ISA 受到全球学界、产业界的高度关注。全球顶级学府、科研机构、芯片巨头纷纷参与，各国政府出台政策支持 RISC-V 的发展和商业化。RISC-V 有望成为 X86 和 ARM 之后 ISA 第三极。处理器微架构是指令集架构的物理实现冯·诺依曼体系结构是现代计算机的基础。1946 年美籍匈牙利科学家冯·诺伊曼提出存储程序原理，把程序本身当作数据来对待，程序和该程序处理的数据用同样的方式存储，并确定了存储程序计算机的五大组成部分和基本工作方法。冯·诺依曼体系结构主要由 CPU、存储器（Memory）和输入输出设备（I/O Device）组成。在该体系结构下，指令和数据需要从同一存储空间存取，经由同一总线传输，无法重叠执行。冯·诺依曼体系的 CPU 工作分为 5 个阶段：取指令阶段（instruction fetch）、指令译码阶段（instruction decode）、执行指令阶段（execute）、访存取数（read memory）和结果写回（write back）。哈佛结构是另一种主要计算机架构体系。与冯诺依曼处理器相比，哈佛结构的指令和数据存在两个相互独立的存储器模块，使用两条独立的总线连接 CPU 和存储模块。而在改进型哈佛结构（Modified Harvard Architecture）中，指令和数据存在两个相互独立的存储器模块，但是共用地址和数据总线。现代的复杂芯片上，已经看到纯粹的冯·诺伊曼体系或者哈佛体系，而大多数能看到是两者融合或者并存的体系。