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Tipo de Documento: Dissertação
Título: A comparative survey of ARM and RISC-V: architectures, applications and challenges
Autor(es): Meira, Andre Reges Souza
Data do documento: 22-Jul-2026
Orientador: Moreno, Edward David
Resumo: A escolha da arquitetura do conjunto de instruções (ISA) de um processador tornou-se uma decisão de engenharia fundamental, que determina o desempenho, a eficiência energética, a segurança e a independência da cadeia de suprimentos dos sistemas computacionais modernos. Três tendências convergentes tornam especialmente oportuna uma nova comparação entre ARM e RISC-V: a expansão da computação para domínios críticos quanto à segurança funcional (safety) e à segurança computacional (security), regidos por normas como a ISO 26262 e a IEC 61508; a ascensão do RISC-V como a primeira alternativa aberta verdadeiramente viável ao ARM, com mais de dez bilhões de núcleos produzidos até 2024; e a crescente demanda por auditabilidade do hardware após ataques microarquiteturais como Spectre e Meltdown e comprometimentos da cadeia de suprimentos como o backdoor no XZ Utils. Nesta dissertação, apresentamos um levantamento comparativo abrangente e de estrutura paralela das arquiteturas ARM e RISC-V, abordando o projeto e a evolução da ISA, a microarquitetura, o processamento vetorial e a virtualização, juntamente com os domínios de aplicação de robótica, inteligência artificial e segurança de hardware — dimensões que as análises existentes em nível de ISA, de benchmarking e da indústria tratam apenas de forma isolada. O trabalho constitui um levantamento arquitetural, e não um estudo experimental de benchmarking, fundamentado em especificações de ISA; na literatura revisada por pares, de veículos como IEEE, ACM, USENIX e Springer; em manuais e documentos de segurança de fabricantes; e em normas internacionais de segurança funcional; e organizado como uma avaliação paralela das duas arquiteturas, em cada capítulo desta dissertação. A análise constata que a diferença entre ARM e RISC-V é cada vez mais uma questão de maturidade de ecossistema do que de capacidade arquitetural: o ARM oferece um ecossistema verticalmente integrado e amplamente difundido, com mecanismos de segurança impostos por hardware e ativados por padrão (PAC, MTE, BTI, CCA) e núcleos com certificação de segurança funcional, ao passo que o RISC-V oferece abertura, viabilidade de verificação formal e personalização livre de licenciamento, com núcleos certificados em ISO 26262 ASIL D já surgindo. Para cargas de trabalho de inteligência artificial, o RISC-V demonstra eficiência energética até quatro vezes superior por meio de extensões personalizadas, enquanto o ARM entrega inferência até quinze vezes mais rápida em redes complexas por meio de uma cadeia de ferramentas madura; tais valores constituem tendências de melhor caso, dependentes da implementação, e não veredictos arquiteturais fixos. Em robótica e segurança, a escolha da arquitetura mostra-se dependente da aplicação e da certificação, e não absoluta, e a fronteira está se deslocando de uma escolha binária entre ARM e RISC-V para projetos heterogêneos que combinam ambas as arquiteturas com aceleradores específicos de domínio em uma única plataforma.
Abstract: The selection of a processor instruction set architecture (ISA) has become a foundational engineering decision that shapes the performance, power efficiency, security, and supply-chain independence of modern computing systems. Three converging trends make a renewed comparison of ARM and RISC-V especially timely: the expansion of computing into safety- and securitycritical domains governed by standards such as ISO 26262 and IEC 61508; the rise of RISC-V as the first credible open alternative to ARM, with over ten billion cores shipped by 2024; and the growing demand for hardware auditability following microarchitectural attacks such as Spectre and Meltdown and supply-chain compromises such as the XZ Utils backdoor. In this master’s thesis, we provide a comprehensive, parallel-structured comparative survey of the ARM and RISC-V architectures, spanning ISA design and evolution, microarchitecture, vector processing, and virtualization, together with the application domains of robotics, artificial intelligence, and hardware security — dimensions that existing ISA-level, benchmarking, and industry analyses address only in isolation. The work is an architectural survey rather than an experimental benchmarking study, grounded in ISA specifications, peer-reviewed literature from IEEE, ACM, USENIX, and Springer venues, vendor datasheets and safety documentation, and international functional-safety standards, and organised as a chapter-by-chapter parallel evaluation of the two architectures. The analysis finds that the gap between ARM and RISC-V is increasingly one of ecosystem maturity rather than architectural capability: ARM offers a vertically integrated, broadly deployed ecosystem with hardware-enforced security defaults (PAC, MTE, BTI, CCA) and certified safety cores, whereas RISC-V offers openness, amenability to formal verification, and license-free customisation, with ISO 26262 ASIL D cores now emerging. For artificial-intelligence workloads, RISC-V demonstrates up to fourfold superior energy efficiency through custom extensions, while ARM delivers up to fifteenfold faster inference on complex networks through a mature toolchain; these figures are best-case, implementation-dependent trends rather than fixed architectural verdicts. Across robotics and security, architecture selection proves application- and certificationdependent rather than absolute, and the frontier is shifting from a binary ARM-versus-RISC-V choice toward heterogeneous designs that compose both architectures with domain-specific accelerators on a single platform.
Palavras-chave: Sistemas embarcados (Computadores)
Robótica
Inteligência artificial (IA)
Computadores
Arquitetura de conjunto de instruções
Segurança funcional
Segurança de hardware
Advanced RISC Machines (ARM)
RISC-V
Instruction set architecture
Embedded systems
Robotics
Artificial Intelligence
Functional safety
Hardware security
área CNPQ: CIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAO
Agência de fomento: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Idioma: eng
Sigla da Instituição: Universidade Federal de Sergipe (UFS)
Programa de Pós-graduação: Pós-Graduação em Ciência da Computação
Citação: MEIRA, Andre Reges Souza. A comparative survey of ARM and RISC-V: architectures, applications and challenges. 2026. 123 f. Dissertação (Mestrado em Ciência da computação) — Universidade Federal de Sergipe, São Cristóvão, 2026.
URI: https://ri.ufs.br/jspui/handle/riufs/25810
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