Υπάρχει ελευθερία στην επιλογή του υλικού σας; Μάθετε πώς το RISC-V ανοίγει το δρόμο για μια νέα κίνηση υλικού ανοιχτού κώδικα.
Πολλοί από τους σημαντικότερους παίκτες στον κλάδο των ημιαγωγών διατηρούν τα σχέδιά τους ιδιόκτητα και οι κατασκευαστές συσκευών πρέπει να πληρώσουν τέλη αδειοδότησης για να τα χρησιμοποιήσουν.
Οι εμπορικές εντάσεις μεταξύ των ΗΠΑ, της Κίνας και της Ταϊβάν αποτελούν πρόκληση στην αλυσίδα εφοδιασμού ημιαγωγών. Οι μικρότεροι κατασκευαστές συσκευών αγωνίζονται επίσης να αντέξουν οικονομικά αυτά τα τέλη και το εμπόδιο εισόδου είναι πολύ υψηλότερο.
Με τον ίδιο τρόπο που λειτουργικά συστήματα ανοιχτού κώδικα, όπως το Linux, έχουν ενδυναμώσει τους προγραμματιστές, ένα νέο ανοιχτό πρότυπο μπορεί να ταρακουνήσει τον τρόπο που σχεδιάζουμε και φτιάχνουμε τις συσκευές που τρέχουν τον κόσμο σήμερα.
Σε αυτόν τον οδηγό, θα εξετάσουμε την ιστορία της αρχιτεκτονικής RISC, θα σταθμίσουμε τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της τεχνολογίας και θα βουτήξουμε σε μερικές εφαρμογές του RISC-V που μπορείτε να βρείτε σήμερα.
Αλλά πρώτα, για να καταλάβουμε γιατί το RISC-V είναι τόσο συναρπαστικό, πρέπει να καταλάβουμε πώς λειτουργούν οι υπολογιστές.
Τι είναι ένα σετ εντολών;
Το σύνολο εντολών αναφέρεται στο σύνολο λειτουργιών που σχεδιάστηκε να εκτελεί ένας υπολογιστής σε επίπεδο μηχανής.
Σκεφτείτε τις ως τις πιο βασικές εντολές, όπως η προσθήκη, ο πολλαπλασιασμός, η φόρτωση και η αποθήκευση δεδομένων. Η αρχιτεκτονική του συνόλου εντολών είναι η πιο σημαντική διεπαφή σε έναν υπολογιστή, επειδή διαχωρίζει τις πτυχές του υλικού και του λογισμικού.
Το σύνολο εντολών μιας CPU μας λέει τι μπορεί να κάνει η CPU καθώς περιορίζεται από τη σχεδίαση του υλικού της.
Εάν ζητήσετε από μια CPU να προσθέσει δύο bit μαζί, θα ξέρει ακριβώς τι πρέπει να κάνει, καθώς υπάρχει μια εντολή ενσωματωμένη στο υλικό για την υποδοχή αυτής της εντολής.
Πολύπλοκες λειτουργίες όπως η φόρτωση ενός βίντεο YouTube, η αναπαραγωγή α βιντεοπαιχνιδιών, ή η αποστολή ενός tweet περιλαμβάνει την κλήση εκατομμυρίων από αυτές τις βασικές εντολές που βρίσκονται στο σύνολο εντολών της CPU.
Οι κοινές αρχιτεκτονικές συνόλων εντολών (ISA) περιλαμβάνουν το ARM και το x86 της Intel, το πρώτο από τα οποία είναι το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο ISA στον κόσμο.
Αυτά τα ISA αναπτύχθηκαν για πρώτη φορά πριν από δεκαετίες με ιδιόκτητη άδεια. Σε εκείνα τα προηγούμενα χρόνια, το μεγαλύτερο μέρος του υλικού και του λογισμικού ήταν ιδιόκτητο.
Τι είναι το RISC;
Κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 1970, οι μηχανικοί υπολογιστών έτειναν να επικεντρωθούν στην αύξηση της πολυπλοκότητας των αρχιτεκτονικών υπολογιστών.
Η τεχνολογία των ημιαγωγών προχωρούσε γρήγορα και ήταν ικανή να εκτελέσει μεγάλο αριθμό εντολών. Αυτό οδήγησε σε έναν τύπο υπολογιστή που είναι γνωστός ως CISC, ή υπολογιστές σύνθετων συνόλων εντολών.
Αποδεικνύεται ότι πολλές από τις οδηγίες χρησιμοποιούνται σπάνια στην πράξη, όπως σε γλώσσες υπολογιστών υψηλού επιπέδου, όπως οι C. David Patterson και Carlo Sequin από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Μπέρκλεϋ, θεώρησαν ότι καλύτερη απόδοση μπορεί να επιτευχθεί σε πολύ χαμηλότερη κόστος με την απλοποίηση του επεξεργαστή.
Μειώνοντας την πολυπλοκότητα, μπορούν να χρησιμοποιήσουν τον υπόλοιπο χώρο για τη μνήμη. Αυτή η υπόθεση ονομάστηκε RISC, ή υπολογιστής μειωμένου συνόλου εντολών.
Το έργο RISC-I ξεκίνησε ως ένα ερευνητικό έργο που είχε ως στόχο να αποδείξει ότι ένας υπολογιστής RISC ήταν εφικτός. Οι μαθητές στο Μπέρκλεϋ μπορούσαν να δημιουργήσουν ένα σχέδιο που λειτουργούσε με μόλις 31 οδηγίες.
Το τμήμα ελέγχου και οδηγιών του τσιπ καταλάμβανε μόνο το 6% της μήτρας πυριτίου, ενώ άλλα τσιπ θα χρησιμοποιούσαν το μισό για τον ίδιο σκοπό. Προστέθηκαν μητρώα για να συμπληρωθεί ο ελεύθερος χώρος. Αυτοί οι καταχωρητές επέτρεψαν στο τσιπ να διατηρεί περισσότερη μνήμη εργασίας.
Η αρχιτεκτονική RISC βρήκε εμπορική επιτυχία τη δεκαετία του 1980. Ωστόσο, πολλές μάρκες σύντομα έπεσαν σε δυσμένεια. Επί του παρόντος, οι επεξεργαστές που βασίζονται σε ARM είναι οι πιο συνηθισμένοι επεξεργαστές RISC, λόγω της επικράτησης των σύγχρονων smartphone που χρησιμοποιούν σχεδόν αποκλειστικά τσιπ ARM.
Τι είναι το RISC-V;
Το RISC-V αναφέρεται σε ένα συγκεκριμένο σύνολο εντολών ανοιχτού κώδικα που στοχεύει να ακολουθεί τις αρχές του RISC. Σε αντίθεση με τα περισσότερα άλλα σχέδια ISA, το RISC-V ISA δεν απαιτεί τέλη για χρήση.
Η αρχιτεκτονική RISC-V ξεκίνησε αρχικά ως ερευνητικό έργο του Krste Asanović στο UC Berkeley, αλλά αργότερα προσκάλεσε συνεργάτες από όλο τον κόσμο.
Μια CPU που βασίζεται σε RISC έχει ένα απλοποιημένο σύνολο εντολών που χρειάζεται μόνο ένας κύκλος ρολογιού για να ολοκληρωθεί. Ανταλλάσσουν την πολυπλοκότητα με ταχύτερη απόδοση μέσω της χρήσης μιας αρχιτεκτονικής load-store.
Αυτό σημαίνει ότι οι οδηγίες απευθύνονται μόνο σε καταχωρητές, στους οποίους η πρόσβαση είναι πολύ πιο γρήγορη από την κύρια μνήμη.
Το RISC-V υποστηρίζει επίσης μια αποτελεσματική δομή διοχέτευσης, η οποία επιτρέπει την παράλληλη εκτέλεση πολλαπλών εντολών.
Επειδή το RISC-V είναι ένα ανοιχτό πρότυπο, ο καθένας μπορεί να χρησιμοποιήσει το σετ εντολών για τα δικά του προϊόντα, κάτι που μπορεί να οδηγήσει σε επανάσταση στον χώρο υλικού ανοιχτού κώδικα.
Βασικά χαρακτηριστικά
- Απλό σετ οδηγιών – Η έλλειψη σύνθετης λίστας εντολών επιτρέπει την ταχύτερη εκτέλεση των εντολών και διευκολύνει τη διοχέτευση πολλαπλών εντολών.
- Αρθρωτότητα – Το RISC-V έχει μια μικρή τυπική βάση ISA και συνοδεύεται από διάφορες τυπικές επεκτάσεις. Αυτό επιτρέπει στους χρήστες να επιλέγουν μόνο τα εξαρτήματα που χρειάζονται κατά την κατασκευή των δικών τους τσιπ RISC-V.
- Εκτατο – Συγκεκριμένες λειτουργίες μπορούν να προστεθούν στο κύριο ISA μέσω επεκτάσεων. Αυτό επιτρέπει στους χρήστες να δημιουργούν τις δικές τους προσαρμοσμένες οδηγίες όταν χρειάζεται.
- IP ανοιχτού κώδικα - Το RISC-V είναι ένα ανοιχτό πρότυπο, που σημαίνει ότι όποιος θέλει να χρησιμοποιήσει αυτά τα σχέδια μπορεί να το κάνει χωρίς να χρειάζεται να ανησυχεί για τα τέλη αδειοδότησης.
- Αρχιτεκτονική φόρτωσης-καταστήματος – Η μνήμη έχει προτεραιότητα έναντι της πολυπλοκότητας χρησιμοποιώντας καταχωρητές.
ΥΠΕΡ
- Το RISC-V είναι ένα ανοιχτό πρότυπο, που σημαίνει ότι ο καθένας μπορεί να δημιουργήσει τα δικά του τσιπ.
- Η πολυεπίπεδη και επεκτάσιμη σχεδίαση επιτρέπει την καινοτομία. Οποιοσδήποτε μπορεί να εφαρμόσει το σύνολο εντολών και μπορεί να δημιουργήσει προσαρμοσμένες επεκτάσεις για προσαρμοσμένους επεξεργαστές.
- Το RISC-V είναι επεκτάσιμο. Μπορείτε πάντα να προσθέσετε νέες δυνατότητες στο σύνολο εντολών.
- Δεδομένου ότι το RISC-V είναι ανοιχτού κώδικα, ο καθένας μπορεί να συμμετέχει στην αναζήτηση σφαλμάτων.
- Το RISC-V καθιστά δυνατό έναν επιταχυνόμενο κύκλο ανάπτυξης. Δεν χρειάζεται να χειρίζεστε τέλη αδειοδότησης.
ΚΑΤΑ
- Η αποκεντρωμένη φύση καθιστά δύσκολη την έκδοση ενημερώσεων κώδικα και ενημερώσεων.
- Υπάρχει πιθανότητα κατακερματισμού της αγοράς. Δεδομένου ότι ο καθένας μπορεί να σχεδιάσει τα δικά του τσιπ RISC-V, θα είναι μια πρόκληση να βεβαιωθείτε ότι η αγορά RISC-V ενδέχεται να μην έχει την ίδια σταθερή ποιότητα, ασφάλεια ή διαλειτουργικότητα.
- Δεν υπάρχει εγγύηση υιοθεσίας. Η επένδυση στην τεχνολογία RISC-V μπορεί να αποτύχει εάν συνεχίσουν να λαμβάνουν μόνο ένα μικρό ποσοστό του μεριδίου αγοράς.
- Προς το παρόν, το RISC-V εξακολουθεί να έχει περιορισμένη υποστήριξη υλικού.
- Ένα άλλο ζήτημα είναι με την πυκνότητα του κώδικα. Δεδομένου ενός συγκεκριμένου προγράμματος, ένα μεταγλωττισμένο σύνολο εντολών RISC απαιτεί συνήθως περισσότερα byte από ό,τι όταν μεταγλωττίζεται σε CISC. Αυτό συμβαίνει επειδή μπορεί να απαιτούνται πολλές οδηγίες RISC για να εκτελεστεί μια μεμονωμένη εντολή CISC.
Τρέχουσες εφαρμογές του RISC-V
Το RISC-V είναι ιδανικό για ενσωματωμένες εφαρμογές. Αυτές είναι περιπτώσεις χρήσης που απαιτούν λογισμικό τοποθετημένο μόνιμα μέσα σε μια συσκευή για την εκτέλεση ενός καθορισμένου συνόλου οδηγιών.
Σκεφτείτε συσκευές σε ένα οικοσύστημα Internet of Things ή σε εφαρμογές αυτοκινήτων και ελεγκτές υπολογιστών.
Ακολουθούν ορισμένες εφαρμογές για την αρχιτεκτονική RISC-V που μπορείτε να βρείτε σήμερα.
Alibaba
Είναι πιθανό ότι η ένταση μεταξύ των Ηνωμένων Πολιτειών και της Κίνας σχετικά με το IP έδωσε έναν λόγο στις κινεζικές εταιρείες τεχνολογίας να κάνουν τη μετάβαση σε αυτήν ανοικτού κώδικα.
Τον Οκτώβριο του 2021, το Alibaba Cloud Intelligence ανακοίνωσε ότι θα χρησιμοποιούν επεξεργαστές ανοιχτού κώδικα RISC-V για την αρχιτεκτονική τους.
Αυτά θα γίνουν τα πρώτα full-stack στον κόσμο ανοικτού κώδικα επεξεργαστές σειράς.
«Το RISC-V είναι πολύ ελκυστικό αυτή τη στιγμή γιατί ως εναλλακτική λύση σε κλειστούς και δαπανηρούς ISA, το ανοιχτό και δωρεάν ISA RISC-V επιταχύνει την καινοτομία επεξεργαστή μέσω συνεργασίας ανοιχτών προτύπων», δήλωσε ο Yu Pu, επικεφαλής προϊόντων για την T-Head. , μια εταιρεία ημιαγωγών και μια εξ ολοκλήρου θυγατρική της Alibaba.
SiFive
Η SiFive είναι μια εταιρεία ημιαγωγών που ιδρύθηκε το 2015 από τους Krste Asanović, Yunsup Lee και Andrew Waterman, τρεις ερευνητές από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια Berkeley.
Κατάφεραν να φτιάξουν τα πρώτα τσιπ που εφάρμοσαν το RISC-V ISA. Από τότε, μπόρεσαν να συνεργαστούν με περισσότερες από 100 εταιρείες για να βελτιώσουν τις συσκευές τους με τσιπ RISC-V.
Οι πυρήνες SiFive είναι οι λύσεις RISC‑V με τη μεγαλύτερη ανάπτυξη πυριτίου στον κόσμο.
Το SiHive προσφέρει ακόμη και ένα κιτ κωδικοποίησης RISC-V που βασίζεται στο BBC Doctor Who, με σκοπό να διδάξει στα παιδιά τον προγραμματισμό και την τεχνολογία IoT.
Αυτό το προϊόν δείχνει πολλά υποσχόμενο στην αρχιτεκτονική RISC-V που θα φτάσει σύντομα στην αγορά καταναλωτικών συσκευών.
Cloud Computing
Η αρχιτεκτονική RISC-V μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την τροφοδοσία του cloud. Ορισμένες εταιρείες στοχεύουν ήδη φόρτους εργασίας του κέντρου δεδομένων ως η επόμενη πιθανή εφαρμογή του RISC-V.
Τα δίκτυα υπολογιστών υψηλής απόδοσης (HPC) χρησιμοποιούν ήδη το RISC-V για την επεξεργασία δεδομένων κατά τη μεταφορά.
Δεδομένου ότι οι διακομιστές χρειάζονται περισσότερο χρόνο για την παραγωγή από τα ενσωματωμένα προϊόντα, θα χρειαστεί λίγος χρόνος μέχρι να δούμε ολόκληρους διακομιστές να εκτελούνται σε RISC-V.
Συμπέρασμα
Ο τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρούμε με το Διαδίκτυο βασίζεται σε μια γερή βάση ανοιχτών προτύπων. Οι συσκευές που χρησιμοποιούμε ενδέχεται επίσης να ακολουθούν ανοιχτά πρότυπα, όπως η σχεδίαση USB ή ο τρόπος σύνδεσης των συσκευών μεταξύ τους μέσω Wi-Fi και Bluetooth.
Αυτά τα ανοιχτά πρότυπα επιτρέπουν σε όλες τις συσκευές και τις εφαρμογές μας να γίνουν πιο λειτουργικές και διαλειτουργικές.
Ανοικτά πρότυπα όπως το RISC-V θα επηρεάσουν τον τρόπο που σχεδιάζουμε τις συσκευές μας.
Θα δώσει τη δυνατότητα σε οποιονδήποτε να δημιουργήσει αυτό που θέλει χωρίς να χρειάζεται να περιοριστεί από αποκλειστική IP. Το RISC-V διατηρείται από μια ενεργή κοινότητα ανάπτυξης που είναι διαφανής και συνεργατικής φύσης.
Το μέλλον του υλικού που χρησιμοποιούμε στις συσκευές μας δεν αποφασίζεται πλέον πίσω από κλειστές πόρτες, αλλά αποφασίζεται ανοιχτά, για να συμμετέχουν όλοι.
Μοιραστείτε αυτό το άρθρο, αν το βρίσκετε διορατικό. Μην χάσετε τα τελευταία νέα για την τεχνητή νοημοσύνη, το ML και τη μελλοντική τεχνολογία, εγγραφείτε στο δικό μας εβδομαδιαίο ενημερωτικό δελτίο!
Αφήστε μια απάντηση