Onko laitteiston valinnassa vapautta? Ota selvää, kuinka RISC-V tasoittaa tietä uudelle avoimen lähdekoodin laitteistoliikkeelle.
Monet puolijohdealan tärkeimmistä toimijoista pitävät mallinsa omistusoikeudellisina, ja laitevalmistajien on maksettava lisenssimaksuja käyttääkseen niitä.
Yhdysvaltojen, Kiinan ja Taiwanin väliset kauppajännitteet muodostavat haasteen puolijohteiden toimitusketjussa. Pienemmillä laitevalmistajilla on myös vaikeuksia saada näitä maksuja, ja markkinoille pääsyn este on paljon korkeampi.
Samalla tavalla avoimen lähdekoodin käyttöjärjestelmät, kuten Linux, ovat antaneet kehittäjille valtuudet, uusi avoin standardi saattaa muuttaa tapaa, jolla suunnittelemme ja valmistamme laitteita, jotka pyörittävät nykymaailmaa.
Tässä oppaassa tarkastellaan RISC-arkkitehtuurin historiaa, punnitaan tekniikan hyvät ja huonot puolet ja sukeltaa muutama RISC-V:n sovellus, joka löytyy nykyään.
Mutta ensin ymmärtääksemme, miksi RISC-V on niin jännittävä, meidän on ymmärrettävä tietokoneiden toiminta.
Mikä on ohjesarja?
Ohjesarja viittaa toimintosarjaan, jota tietokone on suunniteltu suorittamaan konetasolla.
Ajattele näitä peruskomentoina, kuten tietojen lisääminen, kertominen, lataaminen ja tallentaminen. Käskysarjaarkkitehtuuri on tietokoneen tärkein käyttöliittymä, koska se jakaa laitteisto- ja ohjelmistonäkökohdat.
Suorittimen käskyjoukko kertoo meille, mitä prosessori voi tehdä sen laitteiston suunnittelun rajoittamana.
Jos pyydät CPU:ta lisäämään kaksi bittiä yhteen, se tietää tarkalleen, mitä tehdä, koska laitteistoon on sisäänrakennettu komento tämän ohjeen mukauttamiseksi.
Monimutkaiset toiminnot, kuten YouTube-videon lataaminen, toisto a videopeli, tai twiitin lähettäminen edellyttää miljoonien näiden suorittimen käskyjoukossa olevien peruskomentojen kutsumista.
Yleisiä käskysarjaarkkitehtuureja (ISA:t) ovat ARM ja Intelin x86, joista edellinen on maailman laajimmin käytetty ISA.
Nämä ISA:t kehitettiin ensimmäisen kerran vuosikymmeniä sitten omalla lisenssillä. Noina aikaisempina vuosina suurin osa laitteistoista ja ohjelmistoista oli omaisuutta.
Mikä on RISC?
1970-luvulla tietokoneinsinöörit keskittyivät tietokonearkkitehtuurien monimutkaisuuden lisäämiseen.
Puolijohdeteknologia kehittyi nopeasti ja pystyi suorittamaan suuren määrän käskyjä. Tämä johti tietokonetyyppiin, joka tunnetaan nimellä CISC tai monimutkaiset käskysarjatietokoneet.
Osoittautuu, että suurta osaa ohjeista käytetään harvoin käytännössä, kuten korkean tason tietokonekielillä, kuten C. David Patterson ja Carlo Sequin Kalifornian yliopistosta Berkeleystä ajattelivat, että parempi suorituskyky voidaan saavuttaa paljon alhaisemmalla kustannuksia yksinkertaistamalla prosessoria.
Vähentämällä monimutkaisuutta, he voivat käyttää jäljellä olevan muistitilan. Tätä hypoteesia kutsuttiin RISC-tietokoneeksi tai supistetun käskysarjan tietokoneeksi.
RISC-I-projekti alkoi tutkimusprojektina, jonka tavoitteena oli osoittaa RISC-tietokoneen käyttökelpoisuus. Berkeleyn opiskelijat pystyivät luomaan mallin, joka toimi vain 31 ohjeen avulla.
Sirun ohjaus- ja ohjeosasto vei vain 6 % piisuuttimesta, kun taas muut sirut käyttäisivät puolet samaan tarkoitukseen. Rekisterit lisättiin täyttämään vapautunut tila. Nämä rekisterit mahdollistivat sirulle enemmän työmuistia.
RISC-arkkitehtuuri saavutti kaupallista menestystä 1980-luvulla. Monet pelimerkit putosivat kuitenkin pian suosiosta. Tällä hetkellä ARM-pohjaiset prosessorit ovat yleisin RISC-prosessori, koska nykyaikaiset älypuhelimet käyttävät lähes yksinomaan ARM-siruja.
Mikä on RISC-V?
RISC-V viittaa tiettyyn avoimen lähdekoodin ohjesarjaan, joka pyrkii noudattamaan RISC-periaatteita. Toisin kuin useimmat muut ISA-mallit, RISC-V ISA ei vaadi käytöstä maksuja.
RISC-V-arkkitehtuuri alkoi alun perin Krste Asanovićin tutkimusprojektina UC Berkeleyssä, mutta myöhemmin kutsuttiin osallistujia kaikkialta maailmasta.
RISC-pohjaisessa CPU:ssa on yksinkertaistettu komentosarja, joka kestää vain yhden kellojakson. Ne myyvät monimutkaisuutta nopeampaan suorituskykyyn käyttämällä load-store -arkkitehtuuria.
Tämä tarkoittaa, että ohjeet osoittavat vain rekistereitä, joihin pääsee paljon nopeammin kuin päämuistiin.
RISC-V tukee myös tehokasta liukuhihnarakennetta, joka mahdollistaa useiden käskyjen suorittamisen rinnakkain.
Koska RISC-V on avoin standardi, kuka tahansa voi käyttää ohjesarjaa omiin tuotteisiinsa, mikä voi johtaa vallankumoukseen avoimen lähdekoodin laitteistotilassa.
Avainominaisuudet
- Yksinkertainen ohjesarja - Monimutkaisen ohjeluettelon puute mahdollistaa ohjeiden suorittamisen nopeammin ja helpottaa useiden käskyjen liukuhihnaa.
- modulaarisuus – RISC-V:ssä on pieni vakiopohjainen ISA ja mukana tulee useita vakiolaajennuksia. Näin käyttäjät voivat valita vain tarvitsemansa osat rakentaessaan omia RISC-V-siruja.
- laajennettavuus – Pää-ISA:han voidaan lisätä tiettyjä toimintoja laajennusten avulla. Näin käyttäjät voivat luoda omia mukautettuja ohjeita tarvittaessa.
- Avoimen lähdekoodin IP - RISC-V on avoin standardi, mikä tarkoittaa, että jokainen, joka haluaa käyttää näitä malleja, voi tehdä niin ilman huolta lisenssimaksuista.
- Load-store-arkkitehtuuri – Muisti on etusijalla monimutkaisuuteen nähden rekistereillä.
Plussat
- RISC-V on avoin standardi, mikä tarkoittaa, että kuka tahansa voi rakentaa omia sirujaan.
- Kerrostettu ja laajennettava muotoilu mahdollistaa innovaation. Kuka tahansa voi ottaa käyttöön ohjejoukon ja luoda mukautettuja laajennuksia mukautetuille prosessoreille.
- RISC-V on laajennettavissa. Voit aina lisätä uusia ominaisuuksia ohjesarjaan.
- Koska RISC-V on avoimen lähdekoodin, kuka tahansa voi osallistua virheiden etsimiseen.
- RISC-V mahdollistaa nopeutetun kehityssyklin. Lisenssimaksuja ei tarvitse käsitellä.
MIINUKSET
- Hajautettu luonne vaikeuttaa korjaustiedostojen ja päivitysten julkaisemista.
- Markkinoiden pirstoutuminen on mahdollista. Koska kuka tahansa voi suunnitella omia RISC-V-siruja, on haastavaa varmistaa, että RISC-V-markkinoilla ei välttämättä ole samaa tasaista laatua, turvallisuutta tai yhteentoimivuutta.
- Adoptiosta ei ole takeita. RISC-V-teknologiaan sijoittaminen voi kostautua, jos he saavat edelleen vain pienen prosenttiosuuden markkinaosuudesta.
- Tällä hetkellä RISC-V:llä on edelleen rajoitettu laitteistotuki.
- Toinen ongelma on koodin tiheys. Tietyllä ohjelmalla käännetty RISC-käskyjoukko vaatii yleensä enemmän tavuja kuin CISC:hen käännettynä. Tämä johtuu siitä, että yhden CISC-komennon suorittaminen voi vaatia useita RISC-käskyjä.
RISC-V:n nykyiset sovellukset
RISC-V on ihanteellinen sulautettuihin sovelluksiin. Nämä ovat käyttötapauksia, jotka vaativat ohjelmiston, joka on sijoitettu pysyvästi laitteen sisään, suorittamaan määrätyt ohjeet.
Ajattele laitteita esineiden internetin ekosysteemissä tai autoteollisuuden sovelluksissa ja tietokoneohjaimissa.
Tässä on joitain sovelluksia RISC-V-arkkitehtuurille, joita voit löytää tänään.
Alibaba
On todennäköistä, että Yhdysvaltojen ja Kiinan välinen IP:n aiheuttama jännitys on antanut kiinalaisille teknologiayrityksille syyn siirtyä avoimen lähdekoodin.
Lokakuussa 2021 Alibaba Cloud Intelligence ilmoitti että he käyttävät avoimen lähdekoodin RISC-V-suorittimia arkkitehtuurissaan.
Näistä tulee maailman ensimmäinen täysi pino avoimen lähdekoodin sarjan prosessorit.
"RISC-V on erittäin houkutteleva tällä hetkellä, koska vaihtoehtona suljetuille ja kalliille ISA:ille avoin ja ilmainen ISA RISC-V nopeuttaa prosessorin innovointia avoimen standardin yhteistyön avulla", sanoi Yu Pu, T-Headin tuotepäällikkö. , puolijohdeyhtiö ja Alibaban kokonaan omistama tytäryhtiö.
SiFive
SiFive on puolijohdeyritys, jonka perustivat vuonna 2015 Krste Asanović, Yunsup Lee ja Andrew Waterman, kolme Kalifornian yliopiston Berkeleyn tutkijaa.
He pystyivät tekemään ensimmäiset sirut, jotka toteuttivat RISC-V ISA:n. Siitä lähtien he ovat tehneet yhteistyötä yli 100 yrityksen kanssa parantaakseen laitteitaan RISC-V-sirujen avulla.
Niiden SiFive Cores ovat maailman eniten piitä käyttäviä RISC-V-ratkaisuja.
SiHive tarjoaa jopa BBC Doctor Who -pohjaisen RISC-V-koodaussarjan, jonka tarkoituksena on opettaa lapsille ohjelmointia ja IoT-tekniikkaa.
Tämä tuote on lupaava RISC-V-arkkitehtuurissa, joka saavuttaa pian kuluttajalaitteiden markkinoille.
Cloud Computing
RISC-V-arkkitehtuuria voidaan käyttää myös pilven tehostamiseen. Jotkut yritykset ovat jo kohdistaneet tavoitteensa datakeskuksen työmäärät seuraavana mahdollisena RISC-V:n sovelluksena.
High Performance Computing (HPC) -verkot käyttävät jo RISC-V:tä siirrettävien tietojen käsittelyyn.
Koska palvelimien tuottaminen kestää kauemmin kuin sulautettujen tuotteiden, kestää jonkin aikaa, ennen kuin näemme kokonaisia palvelimia RISC-V:llä.
Yhteenveto
Tapa, jolla olemme vuorovaikutuksessa Internetin kanssa, on rakennettu avoimien standardien vankkalle perustalle. Käyttämämme laitteet voivat myös noudattaa avoimia standardeja, kuten USB-muotoilu tai laitteiden välinen yhteys kautta Wi-Fi ja Bluetooth.
Nämä avoimet standardit mahdollistavat kaikkien laitteidemme ja sovelluksiemme toimivuuden ja yhteentoimivuuden.
Avoimet standardit, kuten RISC-V, vaikuttavat tapaamme suunnitella laitteitamme.
Se antaa kenelle tahansa mahdollisuuden luoda haluamaansa ilman, että patentoitu IP-osoite rajoittaa heitä. RISC-V:tä ylläpitää aktiivinen kehitysyhteisö, joka on luonteeltaan läpinäkyvä ja yhteistyökykyinen.
Laitteissamme käyttämämme laitteiston tulevaisuudesta ei nyt päätetä enää suljettujen ovien takana, vaan ulkona, kaikkien mukana.
Jaa tämä artikkeli, jos se on mielestäsi oivaltava. Älä jää paitsi viimeisimmistä tekoälyn, ML:n ja tulevaisuuden tekniikan uutisista tilaamalla meidän viikoittainen uutiskirje!
Jätä vastaus