هل هناك حرية في اختيار أجهزتك؟ اكتشف كيف يمهد RISC-V الطريق لحركة أجهزة جديدة مفتوحة المصدر.
يحتفظ العديد من اللاعبين الرئيسيين في مجال صناعة أشباه الموصلات بملكية تصميماتهم ويحتاج مصنعو الأجهزة إلى دفع رسوم الترخيص لاستخدامها.
تشكل التوترات التجارية بين الولايات المتحدة والصين وتايوان تحديًا في سلسلة توريد أشباه الموصلات. تكافح الشركات المصنعة للأجهزة الصغيرة أيضًا لتحمل هذه الرسوم ، كما أن حاجز الدخول أعلى من ذلك بكثير.
بنفس الطريقة التي مكنت بها أنظمة التشغيل مفتوحة المصدر مثل Linux المطورين ، قد يغير معيار مفتوح جديد الطريقة التي نصمم بها ونصنع الأجهزة التي تدير العالم اليوم.
في هذا الدليل ، سننظر في تاريخ بنية RISC ، ونزن إيجابيات وسلبيات التكنولوجيا ، ونتعمق في بعض تطبيقات RISC-V التي يمكنك أن تجدها اليوم.
لكن أولاً ، لفهم سبب كون RISC-V مثيرًا للغاية ، نحتاج إلى فهم كيفية عمل أجهزة الكمبيوتر.
ما هي مجموعة التعليمات؟
تشير مجموعة التعليمات إلى مجموعة العمليات التي تم تصميم الكمبيوتر لأدائها على مستوى الجهاز.
فكر في هذه على أنها أبسط الأوامر مثل إضافة البيانات وضربها وتحميلها وتخزينها. تعد بنية مجموعة التعليمات أهم واجهة في الكمبيوتر لأنها تقسم جوانب الأجهزة والبرامج.
تخبرنا مجموعة التعليمات الخاصة بوحدة المعالجة المركزية بما يمكن أن تفعله وحدة المعالجة المركزية على أنه مقيد بتصميم أجهزتها.
إذا طلبت من وحدة المعالجة المركزية إضافة بتتين معًا ، فستعرف بالضبط ما يجب القيام به نظرًا لوجود أمر مدمج في الجهاز لاستيعاب هذه التعليمات.
العمليات المعقدة مثل تحميل مقطع فيديو على YouTube وتشغيل ملف لعبة فيديو، أو إرسال تغريدة يتضمن استدعاء الملايين من هذه الأوامر الأساسية الموجودة في مجموعة تعليمات وحدة المعالجة المركزية.
تشتمل أبنية مجموعة التعليمات الشائعة (ISAs) على ARM و x86 من Intel ، الأول منها هو ISA الأكثر استخدامًا في العالم.
تم تطوير هذه المعايير الدولية للمؤسسات الدولية لأول مرة منذ عقود بموجب ترخيص الملكية. في تلك السنوات السابقة ، كانت معظم الأجهزة والبرامج مملوكة.
ما هو RISC؟
خلال السبعينيات ، كان مهندسو الكمبيوتر يميلون إلى التركيز على زيادة تعقيد معماريات الكمبيوتر.
كانت تقنية أشباه الموصلات تتقدم بسرعة وكانت قادرة على تنفيذ عدد كبير من التعليمات. أدى ذلك إلى نوع من الكمبيوتر يعرف باسم CISCs ، أو أجهزة كمبيوتر مجموعة التعليمات المعقدة.
اتضح أن الكثير من التعليمات نادرًا ما تستخدم في الممارسة ، كما هو الحال في لغات الكمبيوتر عالية المستوى مثل C. David Patterson و Carlo Sequin من جامعة كاليفورنيا في بيركلي يعتقدان أنه يمكن تحقيق أداء أفضل عند أقل بكثير التكلفة عن طريق تبسيط المعالج.
عن طريق تقليل مقدار التعقيد ، يمكنهم استخدام المساحة المتبقية للذاكرة. أُطلق على هذه الفرضية اسم RISC ، أو كمبيوتر مجموعة التعليمات المختصرة.
بدأ مشروع RISC-I كمشروع بحثي يهدف إلى إثبات أن كمبيوتر RISC كان ممكنًا. يمكن للطلاب في بيركلي إنشاء تصميم يعمل مع 31 تعليمات فقط.
احتل قسم التحكم والتعليمات للرقاقة 6٪ فقط من قالب السيليكون ، بينما تستخدم الرقائق الأخرى النصف لنفس الغرض. تمت إضافة السجلات لملء المساحة المحررة. سمحت هذه السجلات للشريحة بحمل المزيد من الذاكرة العاملة.
لاقت هندسة RISC نجاحًا تجاريًا في الثمانينيات. ومع ذلك ، سرعان ما فقدت العديد من الرقائق. حاليًا ، المعالجات القائمة على ARM هي أكثر معالجات RISC شيوعًا ، نظرًا لانتشار الهواتف الذكية الحديثة التي تستخدم رقائق ARM بشكل حصري تقريبًا.
ما هو RISC-V؟
يشير RISC-V إلى مجموعة تعليمات خاصة مفتوحة المصدر تهدف إلى اتباع مبادئ RISC. على عكس معظم تصميمات ISA الأخرى ، لا تتطلب RISC-V ISA أي رسوم لاستخدامها.
بدأت بنية RISC-V في الأصل كمشروع بحثي لـ Krste Asanović في جامعة كاليفورنيا في بيركلي ، لكنها دعت لاحقًا مساهمين من جميع أنحاء العالم.
تحتوي وحدة المعالجة المركزية المستندة إلى RISC على مجموعة مبسطة من التعليمات التي تستغرق دورة ساعة واحدة فقط لتكتمل. إنهم يتاجرون في التعقيد بأداء أسرع من خلال استخدام بنية تخزين الأحمال.
هذا يعني أن التعليمات تعالج فقط السجلات ، والتي يكون الوصول إليها أسرع بكثير من الذاكرة الرئيسية.
يدعم RISC-V أيضًا بنية أنابيب فعالة ، مما يسمح بتنفيذ تعليمات متعددة بشكل متوازٍ.
نظرًا لأن RISC-V هو معيار مفتوح ، يمكن لأي شخص استخدام مجموعة التعليمات لمنتجاته الخاصة ، مما قد يؤدي إلى ثورة في مساحة الأجهزة مفتوحة المصدر.
الميزات الرئيسية
- مجموعة تعليمات بسيطة - عدم وجود قائمة معقدة من التعليمات يسمح بتنفيذ التعليمات بشكل أسرع ويجعل من السهل توجيه تعليمات متعددة.
- نمطية - يحتوي RISC-V على قاعدة قياسية صغيرة ISA ويأتي مع العديد من الامتدادات القياسية. يتيح ذلك للمستخدمين اختيار الأجزاء التي يحتاجون إليها فقط عند بناء شرائح RISC-V الخاصة بهم.
- المدودية قابلى المد - يمكن إضافة وظائف محددة إلى ISA الرئيسي من خلال التمديدات. يتيح ذلك للمستخدمين إنشاء إرشادات مخصصة خاصة بهم عند الحاجة.
- IP مفتوح المصدر - RISC-V هو معيار مفتوح ، مما يعني أن أي شخص يريد استخدام هذه التصميمات يمكنه القيام بذلك دون الحاجة إلى القلق بشأن رسوم الترخيص.
- بنية مخزن الحمولة - يتم إعطاء الأولوية للذاكرة على التعقيد باستخدام السجلات.
الايجابيات
- RISC-V هو معيار مفتوح ، مما يعني أنه يمكن لأي شخص صنع رقائقه الخاصة.
- يتيح التصميم متعدد الطبقات والقابل للتوسيع إمكانية الابتكار. يمكن لأي شخص تنفيذ مجموعة التعليمات ويمكنه إنشاء ملحقات مخصصة للمعالجات المخصصة.
- RISC-V قابل للتوسيع. يمكنك دائمًا إضافة ميزات جديدة إلى مجموعة التعليمات.
- نظرًا لأن RISC-V مفتوح المصدر ، يمكن لأي شخص المشاركة في البحث عن الأخطاء.
- يتيح RISC-V إمكانية حدوث دورة تطوير متسارعة. ليست هناك حاجة للتعامل مع رسوم الترخيص.
سلبيات
- تجعل الطبيعة اللامركزية من الصعب إصدار التصحيحات والتحديثات.
- هناك احتمال تجزئة السوق. نظرًا لأنه يمكن لأي شخص تصميم شرائح RISC-V الخاصة به ، فسيكون من الصعب التأكد من أن سوق RISC-V قد لا يتمتع بنفس الجودة أو الأمان أو قابلية التشغيل البيني المتسقة.
- لا يوجد ضمان للتبني. قد يأتي الاستثمار في تقنية RISC-V بنتائج عكسية إذا استمروا في تلقي نسبة ضئيلة فقط من حصة السوق.
- في الوقت الحالي ، لا يزال RISC-V يتمتع بدعم محدود للأجهزة.
- هناك مشكلة أخرى تتعلق بكثافة الكود. بالنظر إلى برنامج معين ، تتطلب مجموعة تعليمات RISC المترجمة عادةً وحدات بايت أكثر مما تتطلبه عند تجميعها في CISC. هذا لأنه قد يتطلب عدة تعليمات RISC لتنفيذ أمر CISC واحد.
التطبيقات الحالية لـ RISC-V
يعد RISC-V مثاليًا للتطبيقات المضمنة. هذه هي حالات الاستخدام التي تتطلب وضع البرامج بشكل دائم داخل الجهاز لتنفيذ مجموعة محددة من الإرشادات.
فكر في الأجهزة الموجودة في نظام إنترنت الأشياء أو في تطبيقات السيارات وأجهزة التحكم في الكمبيوتر.
فيما يلي بعض التطبيقات لهندسة RISC-V التي يمكنك أن تجدها اليوم.
علي بابا
من المحتمل أن التوتر بين الولايات المتحدة والصين بشأن الملكية الفكرية قد أعطى سببًا لشركات التكنولوجيا الصينية للتحول إليها المصدر المفتوح.
في أكتوبر 2021 ، Alibaba Cloud Intelligence أعلن أنهم سيستخدمون معالجات RISC-V مفتوحة المصدر لبنيتهم.
ستصبح هذه أول مجموعة كاملة في العالم المصدر المفتوح سلسلة المعالجات.
قال يو بو ، رئيس منتج T-Head ، وهي شركة أشباه موصلات وشركة فرعية مملوكة بالكامل لشركة Alibaba.
SiFive
SiFive هي شركة أشباه موصلات تأسست في عام 2015 من قبل Krste Asanović و Yunsup Lee و Andrew Waterman ، ثلاثة باحثين من جامعة كاليفورنيا بيركلي.
كانوا قادرين على صنع الشرائح الأولى التي طبقت RISC-V ISA. منذ ذلك الحين ، تمكنوا من الدخول في شراكة مع أكثر من 100 شركة لتحسين أجهزتهم باستخدام شرائح RISC-V.
تعد SiFive Cores أكثر حلول RISC-V انتشارًا بالسيليكون في العالم.
حتى أن SiHive تقدم مجموعة ترميز RISC-V المستندة إلى BBC Doctor Who ، والتي تهدف إلى تعليم الأطفال حول البرمجة وتكنولوجيا إنترنت الأشياء.
يظهر هذا المنتج واعدًا في بنية RISC-V التي وصلت قريبًا إلى سوق الأجهزة الاستهلاكية.
الحوسبة السحابية
يمكن أيضًا استخدام بنية RISC-V لتشغيل السحابة. بعض الشركات تستهدف بالفعل أعباء عمل مركز البيانات باعتباره التطبيق المحتمل التالي لـ RISC-V.
تستخدم شبكات الحوسبة عالية الأداء (HPC) بالفعل RISC-V لمعالجة البيانات أثناء النقل.
نظرًا لأن الخوادم تستغرق وقتًا أطول في الإنتاج من المنتجات المضمنة ، فسوف يستغرق الأمر بعض الوقت حتى نرى خوادم كاملة تعمل على RISC-V.
وفي الختام
الطريقة التي نتفاعل بها مع الإنترنت مبنية على أساس متين من المعايير المفتوحة. قد تتبع الأجهزة التي نستخدمها أيضًا معايير مفتوحة مثل تصميم USB أو كيفية اتصال الأجهزة ببعضها البعض من خلال واي فاي وبلوتوث.
تسمح هذه المعايير المفتوحة لجميع أجهزتنا وتطبيقاتنا بأن تصبح أكثر فاعلية وقابلية للتشغيل البيني.
ستؤثر المعايير المفتوحة مثل RISC-V على الطريقة التي نصمم بها أجهزتنا.
ستمكّن أي شخص من إنشاء ما يريد دون الحاجة إلى تقييده بواسطة الملكية الفكرية. يتم الحفاظ على RISC-V من قبل مجتمع تنموي نشط يتسم بالشفافية والتعاون في طبيعته.
لم يعد مستقبل الأجهزة التي نستخدمها في أجهزتنا يتقرر الآن خلف الأبواب المغلقة ، بل تم تحديده في العراء ليشارك فيه الجميع.
هل تشارك هذه المقالة إذا وجدت أنها ثاقبة. لا تفوّت آخر الأخبار في مجال الذكاء الاصطناعي والتعلم الآلي وتقنيات المستقبل من خلال الاشتراك في موقعنا النشرة الأسبوعية!
اترك تعليق