¿Hay libertad en la elección de su hardware? Descubra cómo RISC-V está allanando el camino para un nuevo movimiento de hardware de código abierto.
Muchos de los principales actores en el negocio de los semiconductores mantienen sus diseños patentados y los fabricantes de dispositivos deben pagar tarifas de licencia para usarlos.
Las tensiones comerciales entre EE. UU., China y Taiwán representan un desafío en la cadena de suministro de semiconductores. Los fabricantes de dispositivos más pequeños también están luchando para pagar estas tarifas y la barrera de entrada es mucho más alta.
De la misma manera que los sistemas operativos de código abierto como Linux han empoderado a los desarrolladores, un nuevo estándar abierto puede cambiar la forma en que diseñamos y fabricamos los dispositivos que hacen funcionar el mundo hoy.
En esta guía, analizaremos la historia de la arquitectura RISC, sopesaremos los pros y los contras de la tecnología y profundizaremos en algunas aplicaciones de RISC-V que puede encontrar hoy.
Pero primero, para comprender por qué RISC-V es tan emocionante, debemos comprender cómo funcionan las computadoras.
¿Qué es un conjunto de instrucciones?
El conjunto de instrucciones se refiere al conjunto de operaciones que una computadora fue diseñada para realizar a nivel de máquina.
Piense en estos como los comandos más básicos, como sumar, multiplicar, cargar y almacenar datos. La arquitectura del conjunto de instrucciones es la interfaz más importante en una computadora porque divide los aspectos de hardware y software.
El conjunto de instrucciones de una CPU nos dice lo que la CPU puede hacer según lo limitado por el diseño de su hardware.
Si le pide a una CPU que agregue dos bits, sabrá exactamente qué hacer, ya que hay un comando integrado en el hardware para acomodar esta instrucción.
Operaciones complejas como cargar un video de YouTube, reproducir un videojuego, o enviar un tweet implica llamar a millones de estos comandos básicos que se encuentran dentro del conjunto de instrucciones de la CPU.
Las arquitecturas de conjunto de instrucciones (ISA) comunes incluyen ARM y x86 de Intel, la primera de las cuales es la ISA más utilizada en el mundo.
Estas ISA se desarrollaron por primera vez hace décadas bajo una licencia propietaria. En esos primeros años, la mayor parte del hardware y el software eran propietarios.
¿Qué es RISC?
Durante la década de 1970, los ingenieros informáticos tendieron a centrarse en aumentar la complejidad de las arquitecturas informáticas.
La tecnología de semiconductores avanzaba rápidamente y era capaz de realizar una gran cantidad de instrucciones. Esto condujo a un tipo de computadora conocida como CISC, o computadoras con conjunto de instrucciones complejas.
Resulta que gran parte de las instrucciones rara vez se usan en la práctica, como en lenguajes informáticos de alto nivel como C. David Patterson y Carlo Sequin de la Universidad de California en Berkeley pensaron que se puede lograr un mejor rendimiento a un nivel mucho más bajo. coste simplificando el procesador.
Al reducir la cantidad de complejidad, pueden usar el espacio restante para la memoria. Esta hipótesis se denominó RISC, o computadora con conjunto de instrucciones reducido.
El proyecto RISC-I comenzó como un proyecto de investigación que tenía como objetivo demostrar que una computadora RISC era factible. Los estudiantes de Berkeley pudieron crear un diseño que funcionara con solo 31 instrucciones.
La sección de control e instrucción del chip ocupaba solo el 6% del troquel de silicio, mientras que otros chips usarían la mitad para el mismo propósito. Se agregaron registros para llenar el espacio liberado. Estos registros permitieron que el chip tuviera más memoria de trabajo.
La arquitectura RISC tuvo éxito comercial en la década de 1980. Sin embargo, muchas fichas pronto cayeron en desgracia. Actualmente, los procesadores basados en ARM son los procesadores RISC más comunes, debido a la prevalencia de los teléfonos inteligentes modernos que utilizan casi exclusivamente chips ARM.
¿Qué es RISC-V?
RISC-V se refiere a un conjunto particular de instrucciones de código abierto cuyo objetivo es seguir los principios de RISC. A diferencia de la mayoría de los otros diseños de ISA, el RISC-V ISA no requiere ninguna tarifa para su uso.
La arquitectura RISC-V comenzó originalmente como un proyecto de investigación de Krste Asanović en UC Berkeley, pero luego invitó a colaboradores de todo el mundo.
Una CPU basada en RISC tiene un conjunto simplificado de instrucciones que solo requieren un ciclo de reloj para completarse. Intercambian complejidad con un rendimiento más rápido mediante el uso de una arquitectura de almacenamiento de carga.
Esto significa que las instrucciones solo se dirigen a los registros, a los que se accede mucho más rápido que a la memoria principal.
RISC-V también es compatible con una estructura de canalización eficiente, que permite que varias instrucciones se ejecuten en paralelo.
Debido a que RISC-V es un estándar abierto, cualquiera puede usar el conjunto de instrucciones para sus propios productos, lo que puede conducir a una revolución en el espacio del hardware de código abierto.
Principales Caracteristicas
- Conjunto de instrucciones simples - La falta de una lista compleja de instrucciones permite que las instrucciones se ejecuten más rápido y facilita la canalización de múltiples instrucciones.
- Modularidad – RISC-V tiene un ISA base estándar pequeño y viene con varias extensiones estándar. Esto permite a los usuarios elegir solo las piezas que necesitan al construir sus propios chips RISC-V.
- Checkout Extensibility – Se pueden agregar funciones específicas al ISA principal a través de extensiones. Esto permite a los usuarios crear sus propias instrucciones personalizadas cuando sea necesario.
- IP de código abierto – RISC-V es un estándar abierto, lo que significa que cualquier persona que quiera usar estos diseños puede hacerlo sin tener que preocuparse por las tarifas de licencia.
- Arquitectura de almacenamiento de carga – Se prioriza la memoria sobre la complejidad utilizando registros.
Para Agencias y Operadores
- RISC-V es un estándar abierto, lo que significa que cualquiera puede construir sus propios chips.
- El diseño en capas y extensible permite la innovación. Cualquiera puede implementar el conjunto de instrucciones y puede crear extensiones personalizadas para procesadores personalizados.
- RISC-V es extensible. Siempre puede agregar nuevas funciones al conjunto de instrucciones.
- Dado que RISC-V es de código abierto, cualquiera puede participar en la búsqueda de errores.
- RISC-V hace posible un ciclo de desarrollo acelerado. No hay necesidad de manejar las tarifas de licencia.
Desventajas
- La naturaleza descentralizada dificulta el lanzamiento de parches y actualizaciones.
- Existe la posibilidad de fragmentación del mercado. Dado que cualquiera puede diseñar sus propios chips RISC-V, será un desafío asegurarse de que el mercado de RISC-V no tenga la misma calidad, seguridad o interoperabilidad consistentes.
- No hay garantía de adopción. Invertir en tecnología RISC-V puede ser contraproducente si continúan recibiendo solo un pequeño porcentaje de la participación de mercado.
- Por el momento, RISC-V todavía tiene soporte de hardware limitado.
- Otro problema es con la densidad del código. Dado un determinado programa, un conjunto de instrucciones RISC compilado generalmente requiere más bytes que cuando se compila en CISC. Esto se debe a que puede requerir varias instrucciones RISC para ejecutar un solo comando CISC.
Aplicaciones actuales de RISC-V
RISC-V es ideal para aplicaciones integradas. Estos son casos de uso que requieren que el software se coloque permanentemente dentro de un dispositivo para realizar un conjunto específico de instrucciones.
Piense en dispositivos en un ecosistema de Internet de las cosas o en aplicaciones automotrices y controladores de computadora.
Aquí hay algunas aplicaciones para la arquitectura RISC-V que puede encontrar hoy.
Alibaba
Es probable que la tensión entre Estados Unidos y China por la propiedad intelectual haya dado una razón para que las empresas de tecnología chinas cambien a De código abierto.
En octubre de 2021, Alibaba Cloud Intelligence anunció que utilizarán procesadores RISC-V de código abierto para su arquitectura.
Estos se convertirán en los primeros full-stack del mundo de código abierto procesadores de serie.
"RISC-V es muy atractivo en este momento porque, como alternativa a los ISA cerrados y costosos, el ISA RISC-V abierto y gratuito acelera la innovación del procesador a través de la colaboración de estándares abiertos", dijo Yu Pu, líder de producto de T-Head. , una empresa de semiconductores y una subsidiaria de propiedad total de Alibaba.
SiFive
SiFive es una empresa de semiconductores fundada en 2015 por Krste Asanović, Yunsup Lee y Andrew Waterman, tres investigadores de la Universidad de California en Berkeley.
Pudieron fabricar los primeros chips que implementaron RISC-V ISA. Desde entonces, han podido asociarse con más de 100 empresas para mejorar sus dispositivos con chips RISC-V.
Sus SiFive Cores son las soluciones RISC-V con mayor implementación de silicio en el mundo.
SiHive incluso ofrece un kit de codificación RISC-V basado en BBC Doctor Who, destinado a enseñar a los niños sobre programación y tecnología IoT.
Este producto se muestra prometedor en la arquitectura RISC-V y llegará pronto al mercado de dispositivos de consumo.
Computación en la nube (Cloud Computing)
La arquitectura RISC-V también se puede utilizar para potenciar la nube. Algunas empresas ya están apuntando cargas de trabajo del centro de datos como la próxima aplicación posible de RISC-V.
Las redes informáticas de alto rendimiento (HPC) ya utilizan RISC-V para procesar datos en tránsito.
Dado que los servidores tardan más en producirse que los productos integrados, pasará algún tiempo hasta que veamos servidores completos ejecutándose en RISC-V.
Conclusión
La forma en que interactuamos con Internet se basa en una base sólida de estándares abiertos. Los dispositivos que usamos también pueden seguir estándares abiertos, como el diseño USB o cómo se conectan los dispositivos entre sí. a WiFi y Bluetooth.
Estos estándares abiertos permiten que todos nuestros dispositivos y aplicaciones sean más funcionales e interoperables.
Los estándares abiertos como RISC-V afectarán la forma en que diseñamos nuestros dispositivos.
Permitirá a cualquier persona crear lo que quiera sin tener que estar limitado por la propiedad intelectual. RISC-V es mantenido por una comunidad de desarrollo activa que es transparente y colaborativa por naturaleza.
El futuro del hardware que usamos en nuestros dispositivos ya no se decide a puertas cerradas, sino que se decide abiertamente, para que todos participen.
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