RISC

RISC簡介

　　RISC的英文全稱是Reduced Instruction Set Computer，中文是精簡指令集計算機。特點是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，并且采用流水線技術(shù)。在中高檔服務(wù)器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Sparc。

RISC百科

　　RISC的英文全稱是Reduced Instruction Set Computer，中文是精簡指令集計算機。特點是所有指令的格式都是一致的，所有指令的指令周期也是相同的，并且采用流水線技術(shù)。在中高檔服務(wù)器中采用RISC指令的CPU主要有Compaq（康柏，即新惠普）公司的Alpha、HP公司的PA-RISC、IBM公司的PowerPC、MIPS公司的MIPS和SUN公司的Sparc。

　　精簡指令集，是計算機中央處理器的一種設(shè)計模式，也被稱為RISC（Reduced Instruction Set Computing的縮寫）。 這種設(shè)計思路對指令數(shù)目和尋址方式都做了精簡，使其實現(xiàn)更容易，指令并行執(zhí)行程度更好，編譯器的效率更高。常用的精簡指令集微處理器包括DECAlpha、ARC、ARM、AVR、MIPS、PA-RISC、PowerArchitecture（包括PowerPC）和SPARC等。這種設(shè)計思路最早的產(chǎn)生緣自于有人發(fā)現(xiàn)，盡管傳統(tǒng)處理器設(shè)計了許多特性讓代碼編寫更加便捷，但這些復(fù)雜特性需要幾個指令周期才能實現(xiàn)，并且常常不被運行程序所采用。此外，處理器和主內(nèi)存之間運行速度的差別也變得越來越大。在這些因素促使下，出現(xiàn)了一系列新技術(shù)，使處理器的指令得以流水執(zhí)行，同時降低處理器訪問內(nèi)存的次數(shù)。早期，這種指令集的特點是指令數(shù)目少，每條指令都采用標(biāo)準(zhǔn)字長、執(zhí)行時間短、中央處理器的實現(xiàn)細(xì)節(jié)對于機器級程序是可見的。

　　優(yōu)勢

　　RISC和CISC是設(shè)計制造微處理器的兩種典型技術(shù)，雖然它們都是試圖在體系結(jié)構(gòu)、操作運行、軟件硬件、編譯時間和運行時間等諸多因素中做出某種平衡，以求達到高效的目的，但采用的方法不同，因此，在很多方面差異很大，它們主要有：（1）指令系統(tǒng)：RISC設(shè)計者把主要精力放在那些經(jīng)常使用的指令上，盡量使它們具有簡單高效。對不常用的功能，常通過組合指令來完成。因此，在RISC機器上實現(xiàn)特殊功能時，效率可能較低。但可以利用流水技術(shù)和超標(biāo)量技術(shù)加以改進和彌補。而CISC計算機的指令系統(tǒng)比較豐富，有專用指令來完成特定的功能。因此，處理特殊任務(wù)效率較高。（2）存儲器操作：RISC對存儲器操作有限制，使控制簡單化；而CISC機器的存儲器操作指令多，操作直接。（3）程序：CISC匯編語言程序一般需要較大的內(nèi)存空間，實現(xiàn)特殊功能時程序復(fù)雜，不易設(shè)計；而RISC匯編語言程序編程相對簡單，科學(xué)計算及復(fù)雜操作的程序設(shè)計相對容易，效率較高。（4）中斷：RISC機器在一條指令執(zhí)行的適當(dāng)?shù)胤娇梢皂憫?yīng)中斷，但是相比CISC指令執(zhí)行的時間短，所以中斷響應(yīng)及時；而CISC機器是在一條指令執(zhí)行結(jié)束后響應(yīng)中斷。（5）CPU：RISC CPU包含有較少的單元電路，因而面積小、功耗低；而CISCCPU包含有豐富的電路單元，因而功能強、面積大、功耗大。（6）設(shè)計周期：RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡單，布局緊湊，設(shè)計周期短，且易于采用最新技術(shù)；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)計周期長。（7）用戶使用：RISC微處理器結(jié)構(gòu)簡單，指令規(guī)整，性能容易把握，易學(xué)易用；CISC微處理器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能強大，實現(xiàn)特殊功能容易。（8）應(yīng)用范圍：由于RISC指令系統(tǒng)的確定與特定的應(yīng)用領(lǐng)域有關(guān)，故RISC機器更適合于專用機；而CISC機器則更適合于通用機。

　　結(jié)構(gòu)特點

　　RISC是簡化指令集計算機的簡略縮寫，其風(fēng)格是強調(diào)計算機結(jié)構(gòu)的簡單性和高效性。RISC設(shè)計是從足夠的不可缺少的指令集開始的。它的速度比那些具有傳統(tǒng)復(fù)雜指令組計算機結(jié)構(gòu)的機器快得多，而且RISC機由于其較簡潔的設(shè)計，較易使用，故具有更短的研制開發(fā)周期。RISC結(jié)構(gòu)一般具有如下的一些特點：

　?、賳沃芷诘膱?zhí)行：它統(tǒng)一用單周期指令。從根本上克服了CISC指令周期數(shù)有長有短，造成運行中偶發(fā)性不確定，致使運行失常的問題。②采用高效的流水線操作：使指令在流水線中并行地操作，從而提高處理數(shù)據(jù)和指令的速度。③無微代碼的硬連線控制：微代碼的使用會增加復(fù)雜性和每條指令的執(zhí)行周期。④指令格式的規(guī)格化和簡單化：為與流水線結(jié)構(gòu)相適應(yīng)且提高流水線的效率，指令的格式必須趨于簡單和固定的規(guī)式。比如指令采用16位或32位的固定的長度，并且指令中的操作碼字段、操作數(shù)字段都盡可能具有統(tǒng)一的格式。此外，盡量減少尋址方式，從而使硬件邏輯部件簡化且縮短譯碼時間，同時也提高了機器執(zhí)行效率和可靠性。⑤采用面向寄存器堆的指令：RISC結(jié)構(gòu)采用大量的寄存器——寄存器操作指令，使指令系統(tǒng)更為精簡?？刂撇考鼮楹喕噶顖?zhí)行速度大大提高。由于VLSI技術(shù)的迅速發(fā)展，使得在一個芯片上做大量的寄存器成為可能。這也促成了RISC結(jié)構(gòu)的實現(xiàn)。⑥采用裝入/存儲指令結(jié)構(gòu)：在CISC結(jié)構(gòu)中。大量設(shè)置存儲器——存儲器操作指令，頻繁地訪問內(nèi)存，將會使執(zhí)行速度降低。RISC結(jié)構(gòu)的指令系統(tǒng)中，只有裝入/存儲指令可以訪問內(nèi)存，而其它指令均在寄存器之間對數(shù)據(jù)進行處理。用裝入指令從內(nèi)存中將數(shù)據(jù)取出，送到寄存器；在寄存器之間對數(shù)據(jù)進行快速處理，并將它暫存在那里，以便再有需要時。不必再次訪問內(nèi)存。在適當(dāng)?shù)臅r候，使用一條存儲指令再將這個數(shù)據(jù)送回內(nèi)存。采用這種方法可以提高指令執(zhí)行的速度。⑦注重編譯的優(yōu)化，力求有效地支撐高級語言程序。通常使用的單片機中，MCS一51系列的單片機屬于CISC的體系結(jié)構(gòu)；AVR系列的單片機則屬于RISC的體系結(jié)構(gòu)。

　　RISC和x86兩種架構(gòu)平臺在關(guān)鍵業(yè)務(wù)市場對決

　　隨著服務(wù)器市場的產(chǎn)業(yè)格局在發(fā)生變化，服務(wù)器廠商正在改變以出貨量為目標(biāo)的增長方式。低端服務(wù)器市場正在日趨飽和，而以四路及以上中高端服務(wù)器市場正在成為廠商的焦點。這種趨勢在英特爾正式發(fā)布至強E7 v2處理器后更為明顯。

　　憑借新至強E7 v2處理器，新的x86多路服務(wù)器在關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用領(lǐng)域，無論在可靠性、穩(wěn)定性和安全性等關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)方面，將有能力與RISC架構(gòu)小型機一較高低。英特爾的眾多合作伙伴也紛紛推出基于至強E7 v2的新品服務(wù)器產(chǎn)品。

　　而且一個突出的新特點的就是這次英特爾合作伙伴推出的新品大部分集中于四路及以上服務(wù)器產(chǎn)品，服務(wù)器應(yīng)用場景也集中于行業(yè)關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用市場。產(chǎn)品的主打買點基本都是借助至強E7 v2的雙倍性能提升、三倍內(nèi)存擴容以及四倍的I/O增容，服務(wù)器新品也旨在滿足諸如數(shù)據(jù)分析、商業(yè)智能以及高性能運算等應(yīng)用的需求，在這類應(yīng)用中性能、可靠性和大容量內(nèi)存都是用戶的關(guān)鍵需求。

　　華為在上周發(fā)布了新一代四路和八路關(guān)鍵業(yè)務(wù)服務(wù)器，包括四路機架RH5885H V3、八路機架RH8100 V3和基于E9000融合基礎(chǔ)架構(gòu)的四路刀片CH242 V3。市場調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2013年華為四路和八路服務(wù)器為2012年同期發(fā)貨量的6倍。整體x86服務(wù)器市場上，2013年全年華為服務(wù)器出貨量位列全球第四，在中國市場華為服務(wù)器發(fā)貨量僅次于戴爾，穩(wěn)居第二。

　　其中華為與SAP合作的HANA一體機更是將華為服務(wù)器推向一個新的高度。華為RH5885 V2服務(wù)器是國內(nèi)廠商中率先通過SAP HANA認(rèn)證的產(chǎn)品。2014年2月18號，SAP網(wǎng)站公布了基于新一代至強E7 v2處理器的SAP HANA硬件認(rèn)證，華為RH5585H V3為首批獲得認(rèn)證的三款產(chǎn)品之一。

　　種種跡象顯示，英特爾正在將x86產(chǎn)品的定位轉(zhuǎn)移到新的戰(zhàn)場，那就是RISC架構(gòu)長期占據(jù)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用市場。在關(guān)鍵業(yè)務(wù)市場，一直是RISC架構(gòu)的小型機占據(jù)主導(dǎo)地位。以IBM小型機為代表的廠商在宣傳的時候也是將x86定位只能承擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器工作負(fù)載而不能應(yīng)對關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用，但是英特爾不甘心將x86架構(gòu)局限于標(biāo)準(zhǔn)工作負(fù)載平臺。

　　在此次新的英特爾至強E7 v2處理器中，英特爾給x86架構(gòu)融入了更多的RAS特性以及內(nèi)存計算特性，這樣x86架構(gòu)也能承擔(dān)關(guān)鍵業(yè)務(wù)。英特爾可靠運行技術(shù)Intel Run Sure Technology專用于支持對于核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)至關(guān)重要的五個九解決方案，能夠顯著降低計劃內(nèi)和計劃外宕機的頻次與成本。

　　在英特爾切入到傳統(tǒng)小型機占據(jù)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)市場后，IBM并沒有坐視不理。在IBM把x86產(chǎn)品線賣給聯(lián)想后，Power架構(gòu)平臺已經(jīng)成為IBM首要發(fā)展的業(yè)務(wù)。早在2012年，IBM就推出了天合計劃。依托該計劃向市場推出天合應(yīng)用服務(wù)器，IBM推出天合計劃的目的為企業(yè)用戶提供可替代的x86解決方案。2013年5月，IBM在北京成立全球首個IBM Power Systems Linux中心。2013年9月，IBM再次為Linux投資10億美元，專門用于支持Power Linux的發(fā)展。

　　2013年8月，IBM宣布成立OpenPOWER基金會，IBM將向第三方合作伙伴提供Power架構(gòu)授權(quán)，目標(biāo)是促進以往主要用于高端服務(wù)器的Power架構(gòu)的軟硬件開發(fā)。進入2014年以來，IBM宣布三星電子已經(jīng)加入OpenPOWER基金會。而就在上個月，兩家中國企業(yè)宣布加入OpenPOWER基金會，它們是蘇州中晟宏芯信息科技有限公司和江蘇產(chǎn)業(yè)技術(shù)國際研究院。IBM如此密集的拉攏廠商加入OpenPower聯(lián)盟，彰顯了IBM大力發(fā)展Power生態(tài)圈的決心。

　　IBM不光在Power架構(gòu)開放性上下功夫，在今年IBM也將發(fā)布Power 8處理器。Power 8處理器的特性和接口上都做了很大的變動，最大的變化就是開放性。比如Power 8晶圓上整合的PCI-E 3.0插槽提供CAPI（Coherence Attach Processor Interface）接口連接外部組件。CAPI有助于連接第三方廠商的硬件，如圖像圖像卡、存儲設(shè)備以及客戶話的定制芯片，如FPEA（可編程門陣列）卡、ASIC卡等。ACPI也讓服務(wù)器廠商現(xiàn)貨供應(yīng)Power系統(tǒng)變得更加簡單，類似于目前的白牌服務(wù)器。

　　Power 8另外一個驚人之舉在于IBM對PCI-E 3.0標(biāo)準(zhǔn)的支持，并承認(rèn)其連接速度超過此前Power 7系統(tǒng)所采用的專有內(nèi)部連接。Oracle SPARC M6也開始采用PCI-E 3.0。這樣IBM就可以和英特爾至強E7 v2處理器展開競爭。

　　IBM和英特爾都在拓展自己產(chǎn)品的應(yīng)用場景，兩家公司已經(jīng)進入對方的市場，雙方的對決不可避免。決定勝敗的關(guān)鍵是生態(tài)圈和合作伙伴。傳統(tǒng)的x86服務(wù)器市場正在發(fā)生變化，那就是x86服務(wù)器市場構(gòu)成向中高端產(chǎn)品轉(zhuǎn)移。畢竟，我們也知道低端x86服務(wù)器的利潤率已經(jīng)非常低，而中高端x86服務(wù)器市場正在成為服務(wù)器廠商的主要利潤來源。x86服務(wù)器市場正在面臨分化，隨之而來的是以RISC架構(gòu)為代表的小型機市場正在受到x86架構(gòu)服務(wù)器的沖擊。英特爾也在努力改變x86架構(gòu)只能承載標(biāo)準(zhǔn)工作負(fù)載的角色，關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用也是x86架構(gòu)能否承載的。