Y a-t-il une liberté dans le choix de votre matériel ? Découvrez comment RISC-V ouvre la voie à un nouveau mouvement matériel open source.
De nombreux acteurs majeurs du secteur des semi-conducteurs conservent la propriété de leurs conceptions et les fabricants d'appareils doivent payer des frais de licence pour les utiliser.
Les tensions commerciales entre les États-Unis, la Chine et Taïwan constituent un défi dans la chaîne d'approvisionnement des semi-conducteurs. Les petits fabricants d'appareils ont également du mal à payer ces frais et la barrière à l'entrée est beaucoup plus élevée.
De la même manière que les systèmes d'exploitation open source tels que Linux ont renforcé les capacités des développeurs, une nouvelle norme ouverte pourrait bouleverser la façon dont nous concevons et fabriquons les appareils qui font fonctionner le monde aujourd'hui.
Dans ce guide, nous allons examiner l'histoire de l'architecture RISC, peser le pour et le contre de la technologie et plonger dans quelques applications de RISC-V que vous pouvez trouver aujourd'hui.
Mais d'abord, pour comprendre pourquoi RISC-V est si excitant, nous devons comprendre comment fonctionnent les ordinateurs.
Qu'est-ce qu'un jeu d'instructions ?
Le jeu d'instructions fait référence à l'ensemble des opérations qu'un ordinateur a été conçu pour effectuer au niveau de la machine.
Considérez-les comme les commandes les plus élémentaires telles que l'ajout, la multiplication, le chargement et le stockage de données. L'architecture du jeu d'instructions est l'interface la plus importante d'un ordinateur car elle divise les aspects matériels et logiciels.
Le jeu d'instructions d'un processeur nous indique ce que le processeur peut faire, limité par la conception de son matériel.
Si vous demandez à un processeur d'ajouter deux bits ensemble, il saura exactement quoi faire car il existe une commande intégrée au matériel pour prendre en charge cette instruction.
Des opérations complexes comme le chargement d'une vidéo YouTube, la lecture d'un jeu vidéo, ou l'envoi d'un tweet impliquent d'appeler des millions de ces commandes de base trouvées dans le jeu d'instructions du processeur.
Les architectures de jeu d'instructions (ISA) courantes incluent ARM et x86 d'Intel, dont le premier est l'ISA le plus utilisé au monde.
Ces ISA ont été développées pour la première fois il y a des décennies sous une licence propriétaire. Au cours de ces premières années, la plupart du matériel et des logiciels étaient propriétaires.
Qu'est-ce que RISC ?
Au cours des années 1970, les ingénieurs informaticiens avaient tendance à se concentrer sur l'augmentation de la complexité des architectures informatiques.
La technologie des semi-conducteurs progressait rapidement et était capable d'exécuter un grand nombre d'instructions. Cela a conduit à un type d'ordinateur connu sous le nom de CISC, ou ordinateurs à jeux d'instructions complexes.
Il s'avère que la plupart des instructions sont rarement utilisées dans la pratique, comme dans les langages informatiques de haut niveau tels que C. David Patterson et Carlo Sequin de l'Université de Californie à Berkeley pensaient qu'une meilleure performance peut être obtenue à un niveau beaucoup plus bas. coût en simplifiant le processeur.
En réduisant la quantité de complexité, ils peuvent utiliser l'espace restant pour la mémoire. Cette hypothèse a été surnommée le RISC, ou ordinateur à jeu d'instructions réduit.
Le projet RISC-I a commencé comme un projet de recherche visant à prouver qu'un ordinateur RISC était faisable. Les étudiants de Berkeley pouvaient créer un design qui fonctionnait avec seulement 31 instructions.
La section de contrôle et d'instruction de la puce n'occupait que 6% de la puce en silicium, alors que d'autres puces en utiliseraient la moitié dans le même but. Des registres ont été ajoutés pour remplir l'espace libéré. Ces registres permettaient à la puce de contenir plus de mémoire de travail.
L'architecture RISC a connu un succès commercial dans les années 1980. Cependant, de nombreux jetons sont rapidement tombés en disgrâce. Actuellement, les processeurs basés sur ARM sont les processeurs RISC les plus courants, en raison de la prévalence des smartphones modernes qui utilisent presque exclusivement des puces ARM.
Qu'est-ce que RISC-V ?
RISC-V fait référence à un jeu d'instructions open source particulier qui vise à suivre les principes RISC. Contrairement à la plupart des autres conceptions ISA, l'ISA RISC-V ne nécessite aucun frais d'utilisation.
L'architecture RISC-V a commencé à l'origine comme un projet de recherche de Krste Asanović à l'UC Berkeley, mais a ensuite invité des contributeurs du monde entier.
Un processeur basé sur RISC a un ensemble simplifié d'instructions qui ne prennent qu'un cycle d'horloge pour se terminer. Ils échangent la complexité avec des performances plus rapides grâce à l'utilisation d'une architecture de magasin de chargement.
Cela signifie que les instructions ne s'adressent qu'aux registres, qui sont beaucoup plus rapides d'accès que la mémoire principale.
RISC-V prend également en charge une structure de pipeline efficace, qui permet à plusieurs instructions de s'exécuter en parallèle.
Parce que RISC-V est une norme ouverte, n'importe qui peut utiliser le jeu d'instructions pour ses propres produits, ce qui peut conduire à une révolution dans l'espace matériel open source.
Fonctionnalités clés
- Jeu d'instructions simples - L'absence d'une liste complexe d'instructions permet aux instructions d'être exécutées plus rapidement et facilite le pipeline de plusieurs instructions.
- Modularité - RISC-V a un petit ISA de base standard et est livré avec diverses extensions standard. Cela permet aux utilisateurs de choisir uniquement les pièces dont ils ont besoin lors de la construction de leurs propres puces RISC-V.
- Extensibilité – Des fonctions spécifiques peuvent être ajoutées à l'ISA principal par le biais d'extensions. Cela permet aux utilisateurs de créer leurs propres instructions personnalisées en cas de besoin.
- IP open-source – RISC-V est une norme ouverte, ce qui signifie que quiconque souhaite utiliser ces conceptions peut le faire sans avoir à se soucier des frais de licence.
- Architecture de magasin de chargement – La mémoire est prioritaire sur la complexité à l'aide de registres.
Avantages
- RISC-V est une norme ouverte, ce qui signifie que n'importe qui peut construire ses propres puces.
- La conception en couches et extensible permet l'innovation. N'importe qui peut implémenter le jeu d'instructions et créer des extensions personnalisées pour les processeurs personnalisés.
- RISC-V est extensible. Vous pouvez toujours ajouter de nouvelles fonctionnalités au jeu d'instructions.
- Puisque RISC-V est open-source, n'importe qui peut participer à la recherche de bogues.
- RISC-V permet un cycle de développement accéléré. Il n'est pas nécessaire de gérer les frais de licence.
Inconvénients
- La nature décentralisée rend difficile la publication de correctifs et de mises à jour.
- Il existe une possibilité de fragmentation du marché. Étant donné que n'importe qui peut concevoir ses propres puces RISC-V, il sera difficile de s'assurer que le marché RISC-V n'a pas la même qualité, sécurité ou interopérabilité constante.
- Il n'y a aucune garantie d'adoption. Investir dans la technologie RISC-V peut se retourner contre eux s'ils continuent à ne recevoir qu'un infime pourcentage de la part de marché.
- Pour le moment, RISC-V a encore un support matériel limité.
- Un autre problème concerne la densité du code. Étant donné un certain programme, un jeu d'instructions RISC compilé nécessite généralement plus d'octets que lorsqu'il est compilé en CISC. En effet, plusieurs instructions RISC peuvent être nécessaires pour exécuter une seule commande CISC.
Applications actuelles de RISC-V
RISC-V est idéal pour les applications embarquées. Ce sont des cas d'utilisation qui nécessitent un logiciel placé en permanence à l'intérieur d'un appareil pour exécuter un ensemble d'instructions spécifié.
Pensez aux appareils dans un écosystème de l'Internet des objets ou dans les applications automobiles et les contrôleurs informatiques.
Voici quelques applications pour l'architecture RISC-V que vous pouvez trouver aujourd'hui.
Alibaba
Il est probable que les tensions entre les États-Unis et la Chine à propos de la propriété intellectuelle aient incité les entreprises technologiques chinoises à passer à open-source.
En octobre 2021, Alibaba Cloud Intelligence annoncé qu'ils utiliseront des processeurs open source RISC-V pour leur architecture.
Ceux-ci deviendront le premier full-stack au monde open source processeurs de série.
« RISC-V est très attractif à l'heure actuelle car, en tant qu'alternative aux ISA fermés et coûteux, l'ISA RISC-V ouvert et gratuit accélère l'innovation des processeurs grâce à une collaboration à standard ouvert », a déclaré Yu Pu, chef de produit pour T-Head. , une société de semi-conducteurs et une filiale en propriété exclusive d'Alibaba.
SiFive
SiFive est une société de semi-conducteurs fondée en 2015 par Krste Asanović, Yunsup Lee et Andrew Waterman, trois chercheurs de l'Université de Californie à Berkeley.
Ils ont pu fabriquer les toutes premières puces qui implémentaient le RISC-V ISA. Depuis lors, ils ont pu s'associer à plus de 100 entreprises pour améliorer leurs appareils avec des puces RISC-V.
Leurs cœurs SiFive sont les solutions RISC‑V les plus déployées en silicium au monde.
SiHive propose même un kit de codage RISC-V basé sur BBC Doctor Who, destiné à enseigner aux enfants la programmation et la technologie IoT.
Ce produit est prometteur dans l'architecture RISC-V qui arrivera bientôt sur le marché des appareils grand public.
Cloud Computing
L'architecture RISC-V peut également être utilisée pour alimenter le cloud. Certaines entreprises ciblent déjà charges de travail du centre de données comme la prochaine application possible de RISC-V.
Les réseaux de calcul haute performance (HPC) utilisent déjà RISC-V pour traiter les données en transit.
Étant donné que les serveurs prennent plus de temps à produire que les produits intégrés, il faudra un certain temps avant que nous voyions des serveurs entiers fonctionner sur RISC-V.
Conclusion
La façon dont nous interagissons avec Internet repose sur une base solide de normes ouvertes. Les appareils que nous utilisons peuvent également suivre des normes ouvertes telles que la conception USB ou la façon dont les appareils se connectent les uns aux autres à travers Wi-Fi et Bluetooth.
Ces normes ouvertes permettent à tous nos appareils et applications de devenir plus fonctionnels et interopérables.
Les normes ouvertes telles que RISC-V auront un impact sur la façon dont nous concevons nos appareils.
Il permettra à quiconque de créer ce qu'il veut sans avoir à être limité par une propriété intellectuelle propriétaire. RISC-V est maintenu par une communauté de développement active, transparente et collaborative par nature.
L'avenir du matériel que nous utilisons dans nos appareils n'est désormais plus décidé à huis clos, mais décidé à l'air libre, pour que tout le monde y participe.
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