Kas riistvara valimisel on vabadus? Siit saate teada, kuidas RISC-V sillutab teed uuele avatud lähtekoodiga riistvara liikumisele.
Paljud pooljuhtide äri peamised tegijad hoiavad oma disainilahendusi patenteeritud ja seadmete tootjad peavad nende kasutamiseks maksma litsentsitasusid.
Kaubanduspinged USA, Hiina ja Taiwani vahel on väljakutseks pooljuhtide tarneahelas. Väiksemad seadmetootjad näevad samuti vaeva, et neid tasusid endale lubada ja turule sisenemise barjäär on palju suurem.
Täpselt samamoodi nagu avatud lähtekoodiga operatsioonisüsteemid, nagu Linux, on andnud arendajatele volitused, võib uus avatud standard raputada seda, kuidas me kujundame ja valmistame seadmeid, mis praegu maailmas käitavad.
Selles juhendis vaatleme RISC-arhitektuuri ajalugu, kaalume tehnoloogia plusse ja miinuseid ning sukeldume mõnesse RISC-V rakendusse, mille leiate täna.
Kuid selleks, et mõista, miks RISC-V nii põnev on, peame mõistma, kuidas arvutid töötavad.
Mis on juhiste komplekt?
Käskude komplekt viitab toimingute komplektile, mida arvuti on ette nähtud masina tasemel sooritamiseks.
Mõelge neile kui kõige elementaarsematele käskudele, nagu andmete lisamine, korrutamine, laadimine ja salvestamine. Käsukomplekti arhitektuur on arvuti kõige olulisem liides, kuna see jagab riistvara ja tarkvara aspektid.
Protsessori käsustik ütleb meile, mida CPU suudab teha, kui see on piiratud selle riistvara disainiga.
Kui palute protsessoril kaks bitti kokku liita, teab see täpselt, mida teha, kuna riistvarasse on selle juhise täitmiseks sisseehitatud käsk.
Keerulised toimingud, nagu YouTube'i video laadimine, esitamine a videomäng, või säutsu saatmine hõlmab miljonite nende CPU käsukomplektis leiduvate põhikäskude kutsumist.
Levinud käsukomplekti arhitektuurid (ISA-d) hõlmavad ARM-i ja Inteli x86, millest esimene on maailmas kõige laialdasemalt kasutatav ISA.
Need ISA-d töötati esmakordselt välja aastakümneid tagasi varalise litsentsi alusel. Nendel varasematel aastatel oli enamik riist- ja tarkvarast patenteeritud.
Mis on RISC?
1970. aastatel kaldusid arvutiinsenerid keskenduma arvutiarhitektuuride keerukuse suurendamisele.
Pooljuhttehnoloogia arenes kiiresti ja oli võimeline täitma suurt hulka juhiseid. See viis teatud tüüpi arvutiteni, mida nimetatakse CISC-deks või keerukate käsukomplekti arvutiteks.
Selgub, et suurt osa juhistest kasutatakse praktikas harva, näiteks kõrgetasemelistes arvutikeeltes, nagu C. David Patterson ja Carlo Sequin California ülikoolist Berkeleys arvasid, et parema jõudluse saab saavutada palju madalamal protsessori lihtsustamise tõttu.
Keerukust vähendades saavad nad ülejäänud mäluruumi kasutada. Seda hüpoteesi nimetati RISC-ks või vähendatud käsukomplekti arvutiks.
RISC-I projekt sai alguse uurimisprojektina, mille eesmärk oli tõestada, et RISC-arvuti on teostatav. Berkeley õpilased said luua disaini, mis töötas vaid 31 juhisega.
Kiibi juhtimis- ja juhisektsioon hõivas ainult 6% räni stantsist, samas kui teised kiibid kasutaksid samal eesmärgil poolt. Vabanenud ruumi täitmiseks lisati registrid. Need registrid võimaldasid kiibil hoida rohkem töömälu.
RISC-arhitektuur leidis ärilist edu 1980. aastatel. Paljud žetoonid langesid aga peagi soosingust välja. Praegu on ARM-põhised protsessorid kõige levinumad RISC-protsessorid, kuna tänapäevased nutitelefonid kasutavad peaaegu eranditult ARM-kiipe.
Mis on RISC-V?
RISC-V viitab konkreetsele avatud lähtekoodiga juhiste komplektile, mille eesmärk on järgida RISC põhimõtteid. Erinevalt enamikust teistest ISA kujundustest ei nõua RISC-V ISA kasutamise eest mingeid tasusid.
RISC-V arhitektuur sai algselt alguse Krste Asanovići uurimisprojektina UC Berkeleys, kuid hiljem kutsuti kaastöölisi üle kogu maailma.
RISC-põhisel CPU-l on lihtsustatud juhiste komplekt, mille täitmiseks kulub vaid üks taktsükkel. Nad vahetavad keerukuse kiirema jõudlusega tänu laadimis-poe arhitektuurile.
See tähendab, et juhised käsitlevad ainult registreid, millele pääseb juurde palju kiiremini kui põhimällu.
RISC-V toetab ka tõhusat konveierstruktuuri, mis võimaldab mitut käsku paralleelselt täita.
Kuna RISC-V on avatud standard, võib igaüks kasutada juhiste komplekti oma toodete jaoks, mis võib kaasa tuua revolutsiooni avatud lähtekoodiga riistvararuumis.
Põhijooned
- Lihtne juhiste komplekt - Keerulise juhiste loendi puudumine võimaldab käske kiiremini täita ja hõlbustab mitme käsu konveieri ühendamist.
- Modulaarsus – RISC-V-l on väike standardne baas-ISA ja kaasas erinevad standardlaiendused. See võimaldab kasutajatel valida ainult need osad, mida nad oma RISC-V kiipide ehitamisel vajavad.
- Laiendatavus – Laienduste kaudu saab põhi-ISA-le lisada spetsiifilisi funktsioone. See võimaldab kasutajatel vajaduse korral ise kohandatud juhiseid luua.
- Avatud lähtekoodiga IP - RISC-V on avatud standard, mis tähendab, et igaüks, kes soovib neid kujundusi kasutada, saab seda teha ilma litsentsitasude pärast muretsemata.
- Laadimis-poe arhitektuur - Mälu on registrite abil eelistatud keerukusele.
Plusse
- RISC-V on avatud standard, mis tähendab, et igaüks saab luua oma kiipe.
- Kihiline ja laiendatav disain võimaldab uuendusi. Igaüks saab käsukomplekti rakendada ja kohandatud protsessorite jaoks kohandatud laiendusi luua.
- RISC-V on laiendatav. Juhiste komplekti saate alati lisada uusi funktsioone.
- Kuna RISC-V on avatud lähtekoodiga, võib vigade otsimises osaleda igaüks.
- RISC-V võimaldab kiirendatud arendustsüklit. Litsentsitasudega pole vaja tegeleda.
Miinused
- Detsentraliseeritud olemus muudab paikade ja värskenduste väljastamise keeruliseks.
- Võimalik on turu killustumine. Kuna igaüks saab oma RISC-V kiipe ise kujundada, on väljakutse tagada, et RISC-V turul ei pruugi olla sama ühtlast kvaliteeti, turvalisust või koostalitlusvõimet.
- Lapsendamise garantii puudub. RISC-V tehnoloogiasse investeerimine võib anda tagasilöögi, kui nad saavad jätkuvalt vaid väikese protsendi turuosast.
- Hetkel on RISC-V-l veel piiratud riistvaratugi.
- Teine probleem on kooditihedusega. Arvestades teatud programmi, nõuab kompileeritud RISC-käsukomplekt tavaliselt rohkem baite kui CISC-i kompileerimisel. Seda seetõttu, et ühe CISC-käsu tegemiseks võib vaja minna mitut RISC-käsku.
RISC-V praegused rakendused
RISC-V sobib ideaalselt manustatud rakenduste jaoks. Need on kasutusjuhtumid, mis nõuavad kindlate juhiste täitmiseks püsivalt seadmesse paigutatud tarkvara.
Mõelge seadmetele asjade Interneti ökosüsteemis või autotööstuse rakendustes ja arvutikontrollerites.
Siin on mõned RISC-V arhitektuuri rakendused, mida täna leiate.
Alibaba
Tõenäoliselt on pinge Ameerika Ühendriikide ja Hiina vahel IP pärast andnud Hiina tehnoloogiaettevõtetele põhjuse minna üle avatud lähtekoodiga.
2021. aasta oktoobris Alibaba Cloud Intelligence teatas et nad hakkavad oma arhitektuuri jaoks kasutama avatud lähtekoodiga RISC-V protsessoreid.
Nendest saavad maailma esimesed täisstackid avatud lähtekoodiga seeria protsessorid.
"RISC-V on praegusel ajahetkel väga atraktiivne, sest alternatiivina suletud ja kulukatele ISA-dele kiirendab avatud ja tasuta ISA RISC-V protsessori uuendusi läbi avatud standardiga koostöö," ütles Yu Pu, T-Headi tootejuht. , pooljuhtide ettevõte ja Alibaba XNUMX% omanduses olev tütarettevõte.
SiFive
SiFive on pooljuhtide ettevõte, mille asutasid 2015. aastal California Berkeley ülikooli kolm teadlast Krste Asanović, Yunsup Lee ja Andrew Waterman.
Nad suutsid teha kõige esimesed kiibid, mis rakendasid RISC-V ISA. Sellest ajast alates on nad saanud koostööd teha enam kui 100 ettevõttega, et täiustada oma seadmeid RISC-V kiipidega.
Nende SiFive Cores on enim räni kasutanud RISC-V lahendused maailmas.
SiHive pakub isegi BBC Doctor Who-põhist RISC-V kodeerimiskomplekti, mis on mõeldud lastele programmeerimise ja asjade Interneti-tehnoloogia õpetamiseks.
See toode on paljulubav RISC-V arhitektuuris, mis jõuab peagi tarbijaseadmete turule.
Cloud Computing
RISC-V arhitektuuri saab kasutada ka pilve toiteks. Mõned ettevõtted juba sihivad andmekeskuse töökoormused kui RISC-V järgmine võimalik rakendus.
Suure jõudlusega andmetöötlusvõrgud (HPC) kasutavad juba edastatavate andmete töötlemiseks RISC-V-d.
Kuna serverite tootmine võtab kauem aega kui manustatud toodete tootmine, kulub veidi aega, enne kui näeme, et terved serverid töötavad RISC-V-s.
Järeldus
See, kuidas me Internetiga suhtleme, on üles ehitatud avatud standardite tugevale alusele. Meie kasutatavad seadmed võivad järgida ka avatud standardeid, nagu USB-disain või seadmete omavahelised ühendused läbi Wi-Fi ja Bluetooth.
Need avatud standardid võimaldavad kõigil meie seadmetel ja rakendustel muuta funktsionaalsemaks ja koostalitlusvõimelisemaks.
Avatud standardid, nagu RISC-V, mõjutavad meie seadmete disaini.
See annab igaühele võimaluse luua seda, mida nad tahavad, ilma et nad peaksid olema patenteeritud IP-ga piiratud. RISC-V-d haldab aktiivne arenduskogukond, mis on olemuselt läbipaistev ja koostööaldis.
Oma seadmetes kasutatava riistvara tulevikku ei otsustata nüüd enam suletud uste taga, vaid see otsustatakse väljas, et kõik saaksid sellest osa võtta.
Jagage seda artiklit, kui leiate, et see on kasulik. Tellides meie lehe, ärge jääge ilma viimastest uudistest AI, ML ja tulevikutehnoloogia kohta iganädalane uudiskiri!
Jäta vastus