Existuje svoboda ve výběru hardwaru? Zjistěte, jak RISC-V dláždí cestu novému hnutí open-source hardwaru.
Mnoho hlavních hráčů v oboru polovodičů si své návrhy ponechává proprietární a výrobci zařízení musí platit licenční poplatky, aby je mohli používat.
Obchodní napětí mezi USA, Čínou a Tchaj-wanem představuje výzvu v dodavatelském řetězci polovodičů. Menší výrobci zařízení se také snaží tyto poplatky dovolit a překážka vstupu je mnohem vyšší.
V podstatě stejným způsobem, jakým open source operační systémy, jako je Linux, zmocnily vývojáře, může nový otevřený standard otřást způsobem, jakým navrhujeme a vyrábíme zařízení, která dnes provozují svět.
V této příručce se podíváme do historie architektury RISC, zvážíme klady a zápory této technologie a ponoříme se do několika aplikací RISC-V, které dnes najdete.
Ale nejprve, abychom pochopili, proč je RISC-V tak vzrušující, musíme pochopit, jak počítače fungují.
Co je instrukční sada?
Instrukční sada odkazuje na sadu operací, pro které byl počítač navržen na úrovni stroje.
Považujte je za nejzákladnější příkazy, jako je sčítání, násobení, načítání a ukládání dat. Architektura instrukční sady je nejdůležitějším rozhraním v počítači, protože rozděluje hardwarové a softwarové aspekty.
Instrukční sada CPU nám říká, co může CPU dělat, pokud je omezena konstrukcí jeho hardwaru.
Pokud požádáte CPU, aby přidalo dva bity dohromady, bude přesně vědět, co má dělat, protože v hardwaru je zabudován příkaz, který se této instrukci přizpůsobí.
Složité operace, jako je načítání videa z YouTube, přehrávání a videohranebo odeslání tweetu zahrnuje volání milionů těchto základních příkazů nalezených v instrukční sadě CPU.
Mezi běžné architektury instrukční sady (ISA) patří ARM a Intel x86, z nichž první je nejrozšířenější ISA na světě.
Tyto standardy ISA byly poprvé vyvinuty před desítkami let na základě proprietární licence. V těch dřívějších letech byla většina hardwaru a softwaru proprietární.
Co je RISC?
Během 1970. let se počítačoví inženýři zaměřovali na zvyšování složitosti počítačových architektur.
Polovodičová technologie rychle pokročila a byla schopna provádět velké množství instrukcí. To vedlo k typu počítače známému jako CISC nebo počítače s komplexní instrukční sadou.
Ukazuje se, že velká část instrukcí se v praxi používá jen zřídka, například v počítačových jazycích na vysoké úrovni, jako je C. David Patterson a Carlo Sequin z Kalifornské univerzity v Berkeley si mysleli, že lepšího výkonu lze dosáhnout při mnohem nižších náklady na zjednodušení procesoru.
Snížením složitosti mohou využít zbývající prostor pro paměť. Tato hypotéza byla nazvána RISC nebo počítač s redukovanou instrukční sadou.
Projekt RISC-I začal jako výzkumný projekt, jehož cílem bylo dokázat, že počítač RISC je proveditelný. Studenti v Berkeley mohli vytvořit design, který fungoval pouze s 31 instrukcemi.
Řídicí a instrukční část čipu zabírala pouze 6 % křemíkové matrice, zatímco jiné čipy by pro stejný účel využívaly polovinu. Byly přidány registry, aby se zaplnilo uvolněné místo. Tyto registry umožnily čipu pojmout více pracovní paměti.
Architektura RISC zaznamenala komerční úspěch v 1980. letech XNUMX. století. Mnoho žetonů však brzy upadlo v nemilost. V současné době jsou procesory založené na ARM nejběžnějším procesorem RISC, a to kvůli převládání moderních smartphonů, které téměř výhradně používají čipy ARM.
Co je RISC-V?
RISC-V označuje konkrétní sadu instrukcí s otevřeným zdrojovým kódem, jejímž cílem je dodržovat zásady RISC. Na rozdíl od většiny ostatních návrhů ISA nevyžaduje RISC-V ISA za použití žádné poplatky.
Architektura RISC-V původně začala jako výzkumný projekt Krste Asanoviće na UC Berkeley, ale později pozval přispěvatele z celého světa.
CPU na bázi RISC má zjednodušenou sadu instrukcí, jejichž dokončení trvá pouze jeden hodinový cyklus. Vyměňují složitost za rychlejší výkon díky použití architektury load-store.
To znamená, že instrukce adresují pouze registry, ke kterým je mnohem rychlejší přístup než k hlavní paměti.
RISC-V také podporuje efektivní pipeliningovou strukturu, která umožňuje paralelní provádění více instrukcí.
Protože RISC-V je otevřený standard, může kdokoli použít instrukční sadu pro své vlastní produkty, což může vést k revoluci v oblasti open-source hardwaru.
Klíčové vlastnosti
- Jednoduchá sada instrukcí – Absence složitého seznamu instrukcí umožňuje rychlejší provádění instrukcí a usnadňuje zřetězení více instrukcí.
- Modularita – RISC-V má malou standardní základnu ISA a je dodáván s různými standardními rozšířeními. To umožňuje uživatelům vybrat si pouze díly, které potřebují při sestavování vlastních čipů RISC-V.
- Rozšiřitelnost – K hlavnímu ISA lze prostřednictvím rozšíření přidat specifické funkce. To umožňuje uživatelům vytvořit si v případě potřeby vlastní uživatelské pokyny.
- Open source IP – RISC-V je otevřený standard, což znamená, že kdokoli, kdo chce používat tyto návrhy, tak může učinit, aniž by se musel starat o licenční poplatky.
- Architektura load-store – Paměť má přednost před složitostí pomocí registrů.
Klady
- RISC-V je otevřený standard, což znamená, že každý si může postavit své vlastní čipy.
- Vrstvený a roztažitelný design umožňuje inovaci. Každý může implementovat sadu instrukcí a může vytvářet vlastní rozšíření pro vlastní procesory.
- RISC-V je rozšiřitelný. Do sady pokynů můžete vždy přidat nové funkce.
- Vzhledem k tomu, že RISC-V je open-source, může se kdokoli podílet na hledání chyb.
- RISC-V umožňuje zrychlený vývojový cyklus. Není třeba řešit licenční poplatky.
Nevýhody
- Decentralizovaná povaha ztěžuje vydávání záplat a aktualizací.
- Existuje možnost fragmentace trhu. Vzhledem k tomu, že každý může navrhnout své vlastní čipy RISC-V, bude problém zajistit, aby trh RISC-V neměl stejnou konzistentní kvalitu, zabezpečení nebo interoperabilitu.
- Neexistuje žádná záruka adopce. Investice do technologie RISC-V se mohou vymstít, pokud budou i nadále získávat jen nepatrné procento podílu na trhu.
- V současné době má RISC-V stále omezenou hardwarovou podporu.
- Dalším problémem je hustota kódu. Vzhledem k určitému programu vyžaduje zkompilovaná instrukční sada RISC obvykle více bajtů než při kompilaci do CISC. Důvodem je, že může vyžadovat několik instrukcí RISC k provedení jednoho příkazu CISC.
Aktuální aplikace RISC-V
RISC-V je ideální pro vestavěné aplikace. Jedná se o případy použití, které vyžadují, aby software byl trvale umístěn uvnitř zařízení, aby mohl provádět specifikovanou sadu instrukcí.
Přemýšlejte o zařízeních v ekosystému internetu věcí nebo v automobilových aplikacích a počítačových ovladačích.
Zde jsou některé aplikace pro architekturu RISC-V, které dnes můžete najít.
Alibaba
Je pravděpodobné, že napětí mezi Spojenými státy a Čínou kvůli IP dalo čínským technologickým společnostem důvod k přechodu na open source.
V říjnu 2021 Alibaba Cloud Intelligence oznámila, že pro svou architekturu budou používat open source procesory RISC-V.
Ty se stanou prvním full-stackem na světě open source sériové procesory.
„RISC-V je v tuto chvíli velmi atraktivní, protože jako alternativa k uzavřeným a nákladným ISA, otevřený a bezplatný ISA RISC-V urychluje inovaci procesorů prostřednictvím spolupráce s otevřeným standardem,“ řekl Yu Pu, produktový vedoucí společnosti T-Head. , polovodičová společnost a stoprocentně vlastněná dceřiná společnost Alibaba.
SiFive
SiFive je polovodičová společnost založená v roce 2015 Krste Asanović, Yunsup Lee a Andrew Waterman, tři výzkumníci z University of California Berkeley.
Byli schopni vyrobit úplně první čipy, které implementovaly RISC-V ISA. Od té doby byli schopni spolupracovat s více než 100 společnostmi, aby vylepšili svá zařízení pomocí čipů RISC-V.
Jejich jádra SiFive jsou nejrozšířenějšími křemíkovými řešeními RISC-V na světě.
SiHive dokonce nabízí kódovací sadu RISC-V založenou na BBC Doctor Who, která má děti naučit programování a technologii internetu věcí.
Tento produkt je slibný v architektuře RISC-V, která se brzy dostane na trh spotřebitelských zařízení.
Cloud Computing
Architektura RISC-V může být také použita pro napájení cloudu. Některé firmy už cílí zátěže datového centra jako další možnou aplikaci RISC-V.
Sítě s vysokým výkonem (HPC) již používají RISC-V ke zpracování dat při přenosu.
Protože výroba serverů trvá déle než výroba vestavěných produktů, bude nějakou dobu trvat, než uvidíme celé servery běžící na RISC-V.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Způsob, jakým komunikujeme s internetem, je postaven na pevných základech otevřených standardů. Zařízení, která používáme, se mohou také řídit otevřenými standardy, jako je design USB nebo způsob vzájemného propojení zařízení přes Wi-Fi a Bluetooth.
Tyto otevřené standardy umožňují, aby se všechna naše zařízení a aplikace stala funkčnější a interoperabilnější.
Otevřené standardy, jako je RISC-V, ovlivní způsob, jakým navrhujeme naše zařízení.
Umožní komukoli vytvářet, co chce, aniž by musel být omezován proprietárním IP. RISC-V je udržován aktivní vývojovou komunitou, která je transparentní a spolupracující.
O budoucnosti hardwaru, který používáme v našich zařízeních, se nyní již nerozhoduje za zavřenými dveřmi, ale rozhoduje se otevřeně, aby se na ní mohl podílet každý.
Sdílejte tento článek, pokud vám připadá srozumitelný. Nenechte si ujít nejnovější zprávy v oblasti AI, ML a budoucích technologií tím, že se přihlásíte k odběru našeho týdenní newsletter!
Napsat komentář