Pregled sadržaja[Sakriti][Pokazati]
Postoji li sloboda u odabiru hardvera? Saznajte kako RISC-V utire put novom pokretu hardvera otvorenog koda.
Mnogi od glavnih igrača u poslu s poluvodičima drže svoje dizajne u vlasništvu, a proizvođači uređaja moraju plaćati naknade za licenciranje da bi ih koristili.
Trgovinske napetosti između SAD-a, Kine i Tajvana predstavljaju izazov u lancu opskrbe poluvodiča. Manji proizvođači uređaja također se bore da priušte te naknade, a prepreka ulasku je mnogo veća.
Na isti način na koji su operativni sustavi otvorenog koda poput Linuxa osnažili razvojne programere, novi otvoreni standard može uzdrmati način na koji dizajniramo i izrađujemo uređaje koji danas upravljaju svijetom.
U ovom vodiču pogledat ćemo povijest RISC arhitekture, odvagnuti prednosti i nedostatke tehnologije i zaroniti u nekoliko primjena RISC-V koje možete pronaći danas.
Ali prvo, da bismo razumjeli zašto je RISC-V tako uzbudljiv, moramo razumjeti kako računala rade.
Što je skup uputa?
Skup instrukcija odnosi se na skup operacija za koje je računalo dizajnirano za obavljanje na razini stroja.
Zamislite ih kao najosnovnije naredbe kao što su zbrajanje, množenje, učitavanje i pohranjivanje podataka. Arhitektura skupa instrukcija najvažnije je sučelje u računalu jer dijeli hardverski i softverski aspekt.
Skup instrukcija CPU-a nam govori što CPU može učiniti budući da je ograničen dizajnom njegovog hardvera.
Ako zamolite CPU da zbroji dva bita, on će točno znati što treba učiniti budući da postoji naredba ugrađena u hardver za prilagođavanje ove instrukcije.
Složene operacije poput učitavanja YouTube videa, reprodukcije a video igre, ili slanje tweeta uključuje pozivanje milijuna ovih osnovnih naredbi koje se nalaze unutar skupa instrukcija CPU-a.
Uobičajene arhitekture skupa instrukcija (ISA) uključuju ARM i Intelov x86, od kojih je prva najrašireniji ISA na svijetu.
Ovi ISA-i su prvi put razvijeni prije nekoliko desetljeća pod vlasničkom licencom. U tim ranijim godinama, većina hardvera i softvera bila je vlasnička.
Što je RISC?
Tijekom 1970-ih, računalni inženjeri su se usredotočili na povećanje složenosti računalnih arhitektura.
Tehnologija poluvodiča brzo je napredovala i bila je sposobna izvesti veliki broj instrukcija. To je dovelo do vrste računala poznatog kao CISC, ili računala sa složenim skupom instrukcija.
Pokazalo se da se velik dio uputa rijetko koristi u praksi, kao na primjer u računalnim jezicima visoke razine kao što su C. David Patterson i Carlo Sequin s Kalifornijskog sveučilišta u Berkeleyu smatrali su da se bolja izvedba može postići pri mnogo nižoj trošak pojednostavljivanjem procesora.
Smanjenjem količine složenosti, oni mogu iskoristiti preostali prostor za memoriju. Ova hipoteza nazvana je RISC, ili računalo sa smanjenim skupom instrukcija.
Projekt RISC-I započeo je kao istraživački projekt koji je imao za cilj dokazati da je RISC računalo izvedivo. Studenti na Berkeleyu mogli su izraditi dizajn koji radi sa samo 31 uputom.
Kontrolni i instrukcijski dio čipa zauzimao je samo 6% silikonske matrice, dok bi drugi čipovi koristili polovicu za istu svrhu. Registri su dodani kako bi se popunio oslobođeni prostor. Ovi registri omogućili su čipu da zadrži više radne memorije.
RISC arhitektura doživjela je komercijalni uspjeh 1980-ih. Međutim, mnogi čipovi su ubrzo pali u nemilost. Trenutno su ARM-based procesori najčešći RISC procesori, zbog prevalencije modernih pametnih telefona koji gotovo isključivo koriste ARM čipove.
Što je RISC-V?
RISC-V se odnosi na određeni skup instrukcija otvorenog koda koji ima za cilj slijediti RISC principe. Za razliku od većine drugih ISA dizajna, RISC-V ISA ne zahtijeva nikakve naknade za korištenje.
Arhitektura RISC-V izvorno je započela kao istraživački projekt Krste Asanovića na UC Berkeley, ali je kasnije pozvala suradnike iz cijelog svijeta.
CPU baziran na RISC-u ima pojednostavljeni skup instrukcija kojima je potreban samo jedan takt za dovršenje. Razmjenjuju složenost s bržim performansama kroz korištenje arhitekture load-store.
To znači da upute adresiraju samo registre, kojima se mnogo brže pristupa od glavne memorije.
RISC-V također podržava učinkovitu strukturu cjevovoda, koja omogućuje paralelno izvršavanje više instrukcija.
Budući da je RISC-V otvoreni standard, svatko može koristiti skup instrukcija za svoje proizvode, što može dovesti do revolucije u hardverskom prostoru otvorenog koda.
Glavne značajke
- Jednostavan set uputa - Nedostatak složenog popisa instrukcija omogućuje brže izvršavanje instrukcija i olakšava dovođenje više instrukcija.
- modularnost – RISC-V ima malu standardnu bazu ISA i dolazi s raznim standardnim proširenjima. To korisnicima omogućuje odabir samo dijelova koji su im potrebni prilikom izrade vlastitih RISC-V čipova.
- rastegljivost – Određene funkcije mogu se dodati glavnom ISA kroz proširenja. To korisnicima omogućuje stvaranje vlastitih prilagođenih uputa kada je to potrebno.
- IP otvorenog koda – RISC-V je otvoreni standard, što znači da svatko tko želi koristiti ove dizajne može to učiniti bez brige o naknadama za licenciranje.
- Arhitektura učitavanja – Memorija ima prioritet nad složenošću pomoću registara.
Prozodija
- RISC-V je otvoreni standard, što znači da svatko može izraditi vlastite čipove.
- Slojeviti i proširivi dizajn omogućuje inovaciju. Svatko može implementirati skup instrukcija i može stvoriti prilagođena proširenja za prilagođene procesore.
- RISC-V je proširiv. Uvijek možete dodati nove značajke u skup uputa.
- Budući da je RISC-V open-source, svatko može sudjelovati u traženju grešaka.
- RISC-V omogućuje ubrzani razvojni ciklus. Nema potrebe za upravljanjem naknadama za licenciranje.
Cons
- Decentralizirana priroda otežava izdavanje zakrpa i ažuriranja.
- Postoji mogućnost fragmentacije tržišta. Budući da svatko može dizajnirati svoje vlastite RISC-V čipove, bit će izazov osigurati da tržište RISC-V možda neće imati istu dosljednu kvalitetu, sigurnost ili interoperabilnost.
- Nema jamstva za posvojenje. Ulaganje u RISC-V tehnologiju može imati negativan učinak ako nastave primati samo mali postotak tržišnog udjela.
- U ovom trenutku, RISC-V još uvijek ima ograničenu hardversku podršku.
- Drugi problem je gustoća koda. S obzirom na određeni program, prevedeni RISC skup instrukcija obično zahtijeva više bajtova nego kada je preveden u CISC. To je zato što može zahtijevati nekoliko RISC instrukcija za izvođenje jedne CISC naredbe.
Trenutne primjene RISC-V
RISC-V je idealan za ugrađene aplikacije. To su slučajevi upotrebe koji zahtijevaju softver koji je trajno smješten unutar uređaja za izvođenje određenog skupa uputa.
Razmislite o uređajima u ekosustavu Interneta stvari ili u automobilskim aplikacijama i računalnim kontrolerima.
Evo nekoliko aplikacija za RISC-V arhitekturu koje možete pronaći danas.
Alibi
Vjerojatno je da je napetost između Sjedinjenih Država i Kine oko IP-a dala razlog kineskim tehnološkim tvrtkama da pređu na open-source.
U listopadu 2021. Alibaba Cloud Intelligence najavio da će za svoju arhitekturu koristiti RISC-V procesore otvorenog koda.
Ovo će postati prvi full-stack na svijetu open source serijski procesori.
"RISC-V je vrlo atraktivan u ovom trenutku jer kao alternativa zatvorenim i skupim ISA-ima, otvoreni i besplatni ISA RISC-V ubrzava inovacije procesora kroz suradnju otvorenog standarda", rekao je Yu Pu, voditelj proizvoda za T-Head , tvrtka za proizvodnju poluvodiča i podružnica Alibabe u potpunom vlasništvu.
SiFive
SiFive je tvrtka za proizvodnju poluvodiča koju su 2015. godine osnovali Krste Asanović, Yunsup Lee i Andrew Waterman, trojica istraživača sa kalifornijskog sveučilišta Berkeley.
Uspjeli su napraviti prve čipove koji su implementirali RISC-V ISA. Od tada su bili u mogućnosti surađivati s više od 100 tvrtki kako bi poboljšali svoje uređaje s RISC-V čipovima.
Njihove SiFive Cores su RISC-V rješenja s najviše silicija na svijetu.
SiHive čak nudi i komplet za kodiranje RISC-V baziran na BBC Doctor Whou, namijenjen podučavanju djece o programiranju i IoT tehnologiji.
Ovaj proizvod obećava u RISC-V arhitekturi i uskoro stiže na tržište potrošačkih uređaja.
Cloud Computing
RISC-V arhitektura se također može koristiti za napajanje oblaka. Neke tvrtke već ciljaju opterećenja podatkovnog centra kao sljedeća moguća primjena RISC-V.
Računalne mreže visokih performansi (HPC) već koriste RISC-V za obradu podataka u prijenosu.
Budući da je poslužiteljima potrebno više vremena za proizvodnju od ugrađenih proizvoda, trebat će neko vrijeme dok ne vidimo cijele poslužitelje koji rade na RISC-V.
Zaključak
Način na koji komuniciramo s internetom izgrađen je na čvrstim temeljima otvorenih standarda. Uređaji koje koristimo također mogu slijediti otvorene standarde kao što je USB dizajn ili način na koji se uređaji međusobno povezuju kroz Wi-Fi i Bluetooth.
Ovi otvoreni standardi omogućuju da svi naši uređaji i aplikacije postanu funkcionalniji i interoperabilniji.
Otvoreni standardi kao što je RISC-V utjecat će na način na koji dizajniramo naše uređaje.
Omogućit će svakome da stvori ono što želi, a da ne mora biti ograničen vlasničkim IP-om. RISC-V održava aktivna razvojna zajednica koja je po prirodi transparentna i suradnička.
Budućnost hardvera koji koristimo u našim uređajima sada se više ne odlučuje iza zatvorenih vrata, već se odlučuje na otvorenom, u kojem će svi sudjelovati.
Podijelite ovaj članak ako smatrate da je pronicljiv. Ne propustite najnovije vijesti o AI, ML-u i tehnologiji budućnosti tako da se pretplatite na naše tjedni newsletter!
Ostavi odgovor