RISC-V Arkitekturo: A Look Into A Fully Open-Source Processor

Ĉu estas libereco elekti vian aparataron? Eksciu kiel RISC-V pavimas la vojon al nova malfermfonta aparatara movado.

Multaj el la ĉefaj ludantoj en la komerco de duonkonduktaĵoj konservas siajn dezajnojn proprietajn kaj fabrikantoj de aparatoj devas pagi licencajn kotizojn por uzi ilin.

Komercaj streĉiĝoj inter Usono, Ĉinio kaj Tajvano donas defion en la duonkondukta provizoĉeno. Pli malgrandaj aparato-fabrikistoj ankaŭ luktas por pagi ĉi tiujn kotizojn kaj la baro al eniro estas multe pli alta.

Preskaŭ same kiel malfermfontaj operaciumoj kiel Linukso rajtigis programistojn, nova malferma normo eble skuos la manieron kiel ni desegnas kaj fabrikas la aparatojn, kiuj kuras la mondon hodiaŭ.

En ĉi tiu gvidilo, ni rigardos la historion de la RISC-arkitekturo, pesos la avantaĝojn kaj malavantaĝojn de la teknologio, kaj plonĝos en kelkajn aplikojn de RISC-V, kiujn vi povas trovi hodiaŭ.

Sed unue, por kompreni kial RISC-V estas tiel ekscita, ni devas kompreni kiel komputiloj funkcias.

Kio Estas Instrukcia Aro?

La instrukciaĵo rilatas al la aro de operacioj kiujn komputilo estis dizajnita por plenumi sur la maŝinnivelo.

Pensu pri ĉi tiuj kiel la plej bazaj komandoj kiel aldoni, multigi, ŝargi kaj konservi datumojn. La arkitekturo de instrukcioj estas la plej grava interfaco en komputilo ĉar ĝi dividas la aparataron kaj la softvarajn aspektojn.

La instrukcio de CPU rakontas al ni kion la CPU povas fari kiel limigita de la dezajno de sia aparataro.

Se vi petas CPU-on aldoni du bitojn kune, ĝi scios precize kion fari ĉar estas komando enkonstruita al la aparataro por akomodi ĉi tiun instrukcion.

Kompleksaj operacioj kiel ŝarĝi YouTube-videon, ludi a videoludo, aŭ sendi tweet implikas voki milionojn da ĉi tiuj bazaj komandoj trovitaj ene de la CPU-instrukciaĵo.

Komunaj instrukciaĵarkitekturoj (ISAoj) inkludas ARM kaj Intel x86, kies unua estas la plej vaste uzata ISA en la mondo.

Ĉi tiuj ISAoj estis unue evoluigitaj antaŭ jardekoj sub proprieta permesilo. En tiuj pli fruaj jaroj, plej multe de la aparataro kaj softvaro estis proprietaj.

Kio estas RISC?

Dum la 1970-aj jaroj, komputilaj inĝenieroj emis koncentriĝi pri pliigado de la komplekseco de komputilaj arkitekturoj.

Semikonduktaĵteknologio rapide progresis kaj estis kapabla je elfarado de granda nombro da instrukciaĵo. Tio kondukis al speco de komputilo konata kiel CISCoj, aŭ kompleksaj instrukcikomputiloj.

Montriĝas, ke multaj el la instrukcioj malofte estas uzataj en la praktiko, kiel en altnivelaj komputillingvoj kiel C. David Patterson kaj Carlo Sequin de la Universitato de Kalifornio ĉe Berkeley opiniis, ke pli bona agado povas esti atingita je multe pli malalta. kosto simpligante la procesoron.

Reduktante la kvanton de komplekseco, ili povas uzi la restantan spacon por memoro. Tiu hipotezo estis sinkronigita la RISC, aŭ reduktita instrukciaĵaro komputilo.

La RISC-I-projekto komenciĝis kiel esplorprojekto kiu celis pruvi ke RISC-komputilo estis realigebla. Studentoj ĉe Berkeley povis krei dezajnon kiu funkciis kun nur 31 instrukcioj.

La kontrolo kaj instrukciosekcio de la peceto okupis nur 6% de la silicioĵetkubo, dum aliaj fritoj uzus duonon por la sama celo. Registroj estis aldonitaj por plenigi la liberigitan spacon. Tiuj registroj permesis al la peceto teni pli da labormemoro.

La RISC-arkitekturo trovis komercan sukceson en la 1980-aj jaroj. Tamen, multaj blatoj baldaŭ malaperis. Nuntempe, ARM-bazitaj procesoroj estas la plej ofta RISC-procesoro, pro la tropezo de modernaj dolortelefonoj kiuj preskaŭ ekskluzive uzas ARM-fritojn.

Kio estas RISC-V?

RISC-V rilatas al speciala malfermfonta instrukciaĵo kiu planas sekvi la RISC-principojn. Male al la plej multaj aliaj ISA-dezajnoj, la RISC-V ISA ne postulas iujn ajn kotizojn por uzi.

La RISC-V-arkitekturo origine komenciĝis kiel esplorprojekto de Krste Asanović ĉe UC Berkeley, sed poste invitis kontribuantojn de refoje la mondo.

RISC-bazita CPU havas simpligitan aron de instrukcioj kiuj bezonas nur unu horloĝan ciklon por kompletigi. Ili komercas kompleksecon kun pli rapida rendimento per la uzo de ŝarĝ-butika arkitekturo.

Ĉi tio signifas, ke instrukcioj traktas nur registrojn, kiuj estas multe pli rapide alireblaj ol ĉefa memoro.

RISC-V ankaŭ apogas efikan duktostrukturon, kiu permesas al multoblaj instrukcioj ekzekuti paralele.

Ĉar RISC-V estas malferma normo, ĉiu povas uzi la instrukciaĵon por siaj propraj produktoj, kio povas konduki al revolucio en la malfermfonta aparataro.

Ŝlosilo Elstaraĵoj

• Simpla instrukcio-aro - Manko de kompleksa listo de instrukciaĵoj permesas al instrukcioj esti efektivigitaj pli rapide kaj faciligas duktigi plurajn instrukciojn.
• modularidad – RISC-V havas malgrandan norman bazan ISA kaj venas kun diversaj normaj etendaĵoj. Ĉi tio permesas al uzantoj elekti nur la partojn, kiujn ili bezonas dum konstruado de siaj propraj RISC-V-blatoj.
• Extensibilidad – Specifaj funkcioj povas esti aldonitaj al la ĉefa ISA per etendaĵoj. Ĉi tio ebligas al uzantoj krei siajn proprajn kutimajn instrukciojn kiam necese.
• Malfermfonta IP - RISC-V estas malferma normo, kio signifas, ke ĉiu, kiu volas uzi ĉi tiujn dezajnojn, povas fari tion sen devi zorgi pri licencaj kotizoj.
• Ŝarĝ-vendeja arkitekturo – Memoro estas prioritatita super komplekseco uzante registrojn.

avantaĝoj

• RISC-V estas malferma normo, kio signifas, ke ĉiu povas konstrui siajn proprajn blatojn.
• La tavoligita kaj etendebla dezajno ebligas novigon. Iu ajn povas efektivigi la instrukciaĵon kaj povas krei kutimajn etendaĵojn por kutimaj procesoroj.
• RISC-V estas etendebla. Vi ĉiam povas aldoni novajn funkciojn al la instrukcio.
• Ĉar RISC-V estas malfermfonta, ĉiu povas partopreni serĉadon de cimoj.
• RISC-V ebligas akcelitan evoluciklon. Ne necesas trakti licencajn kotizojn.

contras

• Malcentralizita naturo malfaciligas liberigi diakilojn kaj ĝisdatigojn.
• Estas ebleco de fragmentiĝo de la merkato. Ĉar iu ajn povas desegni siajn proprajn RISC-V-blatojn, estos defio certigi, ke la RISC-V-merkato eble ne havas la saman konsekvencan kvaliton, sekurecon aŭ kunfunkcieblecon.
• Ne estas garantio de adopto. Investi en RISC-V-teknologio povas miskarburi se ili daŭre ricevas nur etan procenton de la merkatparto.
• Nuntempe, RISC-V ankoraŭ havas limigitan hardvarsubtenon.
• Alia problemo estas kun koda denseco. Surbaze de certa programo, kompilita RISC-instrukcio kutime postulas pli da bajtoj ol kiam kompilite al CISC. Ĉi tio estas ĉar ĝi povas postuli plurajn RISC-instrukciojn fari ununuran CISC-komandon.

Nunaj Aplikoj de RISC-V

RISC-V estas ideala por enigitaj aplikoj. Ĉi tiuj estas uzkazoj, kiuj postulas programaron metita konstante ene de aparato por plenumi specifan aron de instrukcioj.

Pensu pri aparatoj en ekosistemo de Interreto de Aĵoj aŭ en aŭtomobilaj aplikaĵoj kaj komputilaj regiloj.

Jen kelkaj aplikoj por la RISC-V-arkitekturo, kiun vi povas trovi hodiaŭ.

alibaba

Verŝajne, ke streĉiĝo inter Usono kaj Ĉinio pri IP donis kialon por ĉinaj teknologiaj kompanioj fari la ŝanĝon al malfermfonto.

En oktobro 2021, Alibaba Cloud Intelligence anoncita ke ili uzos malfermfontajn RISC-V-procesorojn por sia arkitekturo.

Ĉi tiuj fariĝos la unua plenstako en la mondo malferma fonto serioprocesoroj.

"RISC-V estas tre alloga en ĉi tiu momento ĉar kiel alternativo al fermitaj kaj multekostaj ISAoj, la malferma kaj senpaga ISA RISC-V akcelas procesoran novigon per malferma-norma kunlaboro," diris Yu Pu, produktestro de T-Head. , duonkondukta firmao kaj tute posedata filio de Alibaba.

SiKvin

SiFive estas semikonduktaĵfirmao fondita en 2015 fare de Krste Asanović, Yunsup Lee, kaj Andrew Waterman, tri esploristoj de la Universitato de Kalifornio Berkeley.

Ili povis fari la plej unuajn blatojn kiuj efektivigis la RISC-V ISA. Ekde tiam, ili povis kunlabori kun pli ol 100 kompanioj por plibonigi siajn aparatojn per blatoj RISC-V.

Iliaj SiFive Cores estas la plej silici-deplojitaj solvoj RISC-V en la mondo.

SiHive eĉ ofertas kodigon RISC-V-bazitan de BBC Doctor Who, celitan instrui infanojn pri programado kaj IoT-teknologio.

Ĉi tiu produkto montras promeson en RISC-V-arkitekturo baldaŭ atingante la merkaton de konsumaj aparatoj.

nubo Komputado

RISC-V-arkitekturo ankaŭ povas esti uzata por funkciigi la nubon. Iuj kompanioj jam celas datumcentraj laborŝarĝoj kiel la sekva ebla apliko de RISC-V.

Alta rendimento komputiko (HPC) retoj jam uzas RISC-V por prilabori datumojn en transito.

Ĉar serviloj daŭras pli longe por produkti ol enigitaj produktoj, ĝi daŭros iom da tempo ĝis ni vidos tutajn servilojn funkcii per RISC-V.

konkludo

La maniero kiel ni interagas kun la interreto estas konstruita sur solida bazo de malfermaj normoj. La aparatoj kiujn ni uzas ankaŭ povas sekvi malfermajn normojn kiel la USB-dezajno aŭ kiel aparatoj konektas inter si tra Wifi kaj Bluetooth.

Ĉi tiuj malfermaj normoj permesas al ĉiuj niaj aparatoj kaj aplikoj fariĝi pli funkciaj kaj interfunkcieblaj.

Malfermaj normoj kiel RISC-V influos la manieron kiel ni desegnas niajn aparatojn.

Ĝi rajtigos iun ajn krei tion, kion ili volas sen devi esti limigita de proprieta IP. RISC-V estas konservita fare de aktiva evolukomunumo kiu estas travidebla kaj kunlabora en naturo.

La estonteco de la aparataro, kiun ni uzas en niaj aparatoj, nun ne plu estas decidita malantaŭ fermitaj pordoj, sed decidita ekstere, por ke ĉiuj partoprenu.

Kunhavigu ĉi tiun artikolon se vi trovas ĝin komprenema. Ne maltrafu la plej novajn novaĵojn pri AI, ML kaj estonta teknologio per abono al nia semajna informilo!