Van-e szabadság a hardver kiválasztásában? Fedezze fel, hogyan nyitja meg a RISC-V az utat egy új, nyílt forráskódú hardvermozgalom előtt.
A félvezető-üzletág jelentős szereplői közül sokan saját tervezésűek maradnak, és az eszközgyártóknak licencdíjat kell fizetniük használatukért.
Az Egyesült Államok, Kína és Tajvan közötti kereskedelmi feszültségek kihívást jelentenek a félvezető-ellátási láncban. A kisebb készülékgyártók is nehezen engedhetik meg maguknak ezeket a díjakat, és sokkal magasabb a belépési korlát.
Ugyanúgy, ahogy a nyílt forráskódú operációs rendszerek, mint például a Linux, felhatalmazták a fejlesztőket, egy új nyílt szabvány megrendítheti azt a módot, ahogyan a mai világot futtató eszközöket tervezzük és készítjük.
Ebben az útmutatóban megvizsgáljuk a RISC architektúra történetét, mérlegeljük a technológia előnyeit és hátrányait, és belevetjük magunkat a RISC-V néhány manapság elérhető alkalmazásába.
De először is, hogy megértsük, miért olyan izgalmas a RISC-V, meg kell értenünk a számítógépek működését.
Mi az az utasításkészlet?
Az utasításkészlet azoknak a műveleteknek a halmazára vonatkozik, amelyeket a számítógép gépszintű végrehajtására terveztek.
Tekintse ezeket a legalapvetőbb parancsoknak, mint például az adatok összeadása, szorzása, betöltése és tárolása. Az utasításkészlet architektúrája a legfontosabb interfész a számítógépben, mivel ez osztja fel a hardver és a szoftver szempontjait.
A CPU utasításkészlete megmondja nekünk, hogy a CPU mire képes, mivel a hardver tervezése korlátozza.
Ha arra kéri a CPU-t, hogy adjon hozzá két bitet, akkor pontosan tudni fogja, mit kell tennie, mivel a hardverbe beépített parancs van, amely megfelel ennek az utasításnak.
Összetett műveletek, például YouTube-videó betöltése, lejátszása a videojáték, vagy egy tweet küldése magában foglalja a CPU utasításkészletében található alapvető parancsok millióinak meghívását.
A gyakori utasításkészlet-architektúrák (ISA-k) közé tartozik az ARM és az Intel x86, amelyek közül az előbbi a legszélesebb körben használt ISA a világon.
Ezeket az ISA-kat először évtizedekkel ezelőtt fejlesztették ki saját licenc alapján. Azokban a korábbi években a legtöbb hardver és szoftver szabadalmazott volt.
Mi az a RISC?
Az 1970-es években a számítógépes mérnökök hajlamosak voltak a számítógépes architektúrák összetettségének növelésére összpontosítani.
A félvezető technológia gyorsan fejlődött, és nagyszámú utasítás végrehajtására volt képes. Ez egy olyan típusú számítógéphez vezetett, amelyet CISC-nek vagy összetett utasításkészletű számítógépnek neveznek.
Kiderült, hogy az utasítások nagy részét ritkán használják a gyakorlatban, például olyan magas szintű számítógépes nyelveken, mint például C. David Patterson és Carlo Sequin, a Berkeley-i Kaliforniai Egyetem munkatársa úgy gondolta, hogy sokkal alacsonyabb teljesítmény mellett is jobb teljesítmény érhető el. költséget a processzor egyszerűsítésével.
A bonyolultság mértékének csökkentésével a fennmaradó helyet memóriaként használhatják fel. Ezt a hipotézist RISC-nek vagy csökkentett utasításkészletű számítógépnek nevezték el.
A RISC-I projekt kutatási projektként indult, amelynek célja volt bebizonyítani, hogy egy RISC számítógép megvalósítható. A Berkeley diákjai mindössze 31 utasítással létrehozhattak egy olyan tervet, amely működött.
A chip vezérlő és utasítási része a szilícium szerszámnak csak 6%-át foglalta el, míg más chipek felét használnák ugyanerre a célra. A felszabaduló hely kitöltésére regiszterek kerültek hozzáadásra. Ezek a regiszterek lehetővé tették, hogy a chip több munkamemóriát tároljon.
A RISC architektúra az 1980-as években aratott kereskedelmi sikert. Sok zseton azonban hamarosan kiesett. Jelenleg az ARM-alapú processzorok a legelterjedtebb RISC-processzorok a modern okostelefonok elterjedtsége miatt, amelyek szinte kizárólag ARM chipeket használnak.
Mi az a RISC-V?
A RISC-V egy adott nyílt forráskódú utasításkészletre utal, amelynek célja a RISC elveinek követése. A legtöbb más ISA-konstrukcióval ellentétben a RISC-V ISA használata nem igényel díjat.
A RISC-V architektúra eredetileg Krste Asanović kutatási projektjeként indult a Berkeley Egyetemen, de később a világ minden tájáról hívtak meg közreműködőket.
A RISC-alapú CPU-nak egyszerűsített utasításkészlete van, amelyek végrehajtásához csak egy órajel ciklus szükséges. A komplexitást gyorsabb teljesítménnyel keresik a load-store architektúra használatával.
Ez azt jelenti, hogy az utasítások csak a regisztereket szólítják meg, amelyekhez sokkal gyorsabban lehet hozzáférni, mint a fő memóriához.
A RISC-V emellett egy hatékony folyamatfolyamatot is támogat, amely lehetővé teszi több utasítás párhuzamos végrehajtását.
Mivel a RISC-V egy nyílt szabvány, bárki használhatja az utasításkészletet saját termékeihez, ami forradalomhoz vezethet a nyílt forráskódú hardvertérben.
Főbb jellemzők
- Egyszerű utasításkészlet – Az utasítások összetett listájának hiánya lehetővé teszi az utasítások gyorsabb végrehajtását, és könnyebbé teszi több utasítás folyamatát.
- A modularitás – A RISC-V egy kis szabványos alap ISA-val rendelkezik, és különféle szabványos bővítményekkel érkezik. Ez lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy csak azokat az alkatrészeket válasszák ki, amelyekre szükségük van saját RISC-V chipjeik elkészítésekor.
- Nyújthatóság – A fő ISA-hoz speciális funkciókat lehet bővíteni. Ez lehetővé teszi a felhasználók számára, hogy szükség esetén saját utasításokat hozzanak létre.
- Nyílt forráskódú IP - A RISC-V egy nyílt szabvány, ami azt jelenti, hogy bárki, aki használni akarja ezeket a terveket, megteheti anélkül, hogy aggódnia kellene a licencdíjak miatt.
- Load-store architektúra – A regiszterek használatával a memória prioritást élvez a bonyolultsággal szemben.
Érvek
- A RISC-V egy nyílt szabvány, ami azt jelenti, hogy bárki elkészítheti saját chipjét.
- A réteges és bővíthető kialakítás lehetővé teszi az innovációt. Bárki megvalósíthatja az utasításkészletet, és létrehozhat egyéni bővítményeket az egyéni processzorokhoz.
- A RISC-V bővíthető. Mindig hozzáadhat új funkciókat az utasításkészlethez.
- Mivel a RISC-V nyílt forráskódú, bárki részt vehet a hibák keresésében.
- A RISC-V lehetővé teszi a felgyorsított fejlesztési ciklust. Nincs szükség licencdíjak kezelésére.
Hátrányok
- A decentralizált természet megnehezíti a javítások és frissítések kiadását.
- Fennáll a piac széttöredezésének lehetősége. Mivel bárki megtervezheti saját RISC-V chipjét, kihívást jelent majd annak biztosítása, hogy a RISC-V piacán ne legyen ugyanolyan állandó minőség, biztonság vagy interoperabilitás.
- Az örökbefogadásra nincs garancia. A RISC-V technológiába való befektetés visszaüthet, ha továbbra is csak a piaci részesedés egy elenyésző százalékát kapják meg.
- Jelenleg a RISC-V még korlátozott hardvertámogatással rendelkezik.
- Egy másik probléma a kódsűrűség. Adott egy bizonyos program, egy lefordított RISC utasításkészlet általában több bájtot igényel, mint a CISC-re fordítva. Ennek az az oka, hogy egyetlen CISC-parancs végrehajtásához több RISC-utasításra is szükség lehet.
A RISC-V jelenlegi alkalmazásai
A RISC-V ideális beágyazott alkalmazásokhoz. Ezek olyan használati esetek, amelyekben egy adott utasításkészlet végrehajtásához az eszközben tartósan elhelyezett szoftverre van szükség.
Gondoljon a tárgyak internete ökoszisztémájában vagy az autóipari alkalmazásokban és a számítógép-vezérlőkben lévő eszközökre.
Íme néhány alkalmazás a RISC-V architektúrához, amelyek ma megtalálhatók.
Alibaba
Valószínű, hogy az Egyesült Államok és Kína között az IP miatti feszültség okot adott arra, hogy a kínai technológiai vállalatok áttérjenek nyílt forráskódú.
2021 októberében az Alibaba Cloud Intelligence bejelentés hogy nyílt forráskódú RISC-V processzorokat fognak használni az architektúrájukhoz.
Ezek lesznek a világ első full-stackjei nyílt forráskódú sorozatos processzorok.
"A RISC-V jelenleg nagyon vonzó, mert a zárt és költséges ISA-k alternatívájaként a nyílt és ingyenes ISA RISC-V a nyílt szabványú együttműködés révén felgyorsítja a processzorok innovációját" - mondta Yu Pu, a T-Head termékvezetője. , egy félvezetőgyártó cég és az Alibaba XNUMX%-os tulajdonában lévő leányvállalat.
SiFive
A SiFive egy félvezetőgyártó cég, amelyet 2015-ben alapított Krste Asanović, Yunsup Lee és Andrew Waterman, a Kaliforniai Berkeley Egyetem három kutatója.
El tudták készíteni a legelső chipeket, amelyek megvalósították a RISC-V ISA-t. Azóta több mint 100 céggel léphettek partneri kapcsolatba, hogy eszközeiket RISC-V chipekkel javítsák.
A SiFive Core-jaik a legtöbb szilíciumot tartalmazó RISC-V megoldások a világon.
A SiHive még egy BBC Doctor Who-alapú RISC-V kódolókészletet is kínál, amelynek célja, hogy megtanítsa a gyerekeket a programozásra és az IoT-technológiára.
Ez a termék ígéretesnek tűnik a RISC-V architektúrában, amely hamarosan eléri a fogyasztói eszközök piacát.
Cloud Computing
A RISC-V architektúra a felhő működtetésére is használható. Egyes cégek már megcélozzák adatközponti munkaterhelések mint a RISC-V következő lehetséges alkalmazása.
A nagy teljesítményű számítástechnikai (HPC) hálózatok már RISC-V-t használnak az adattovábbítás során.
Mivel a kiszolgálók előállítása tovább tart, mint a beágyazott termékek, eltart egy ideig, amíg látni fogjuk, hogy a teljes szerverek futnak a RISC-V-n.
Következtetés
Az internettel való interakciónk a nyílt szabványok szilárd alapjára épül. Az általunk használt eszközök nyílt szabványokat is követhetnek, mint például az USB-kialakítás vagy az eszközök egymáshoz való kapcsolódása keresztül Wi-Fi és Bluetooth.
Ezek a nyílt szabványok lehetővé teszik, hogy minden eszközünk és alkalmazásunk funkcionálisabbá és együttműködőbbé váljon.
Az olyan nyílt szabványok, mint a RISC-V, hatással lesznek eszközeink tervezésére.
Ez lehetővé teszi bárki számára, hogy létrehozza azt, amit akar, anélkül, hogy a védett IP korlátoznia kellene. A RISC-V-t egy aktív fejlesztői közösség tartja fenn, amely átlátható és együttműködő jellegű.
A készülékeinkben használt hardver jövője ma már nem zárt ajtók mögött, hanem a szabadban dől el, hogy mindenki részt vegyen benne.
Oszd meg ezt a cikket, ha értelmesnek találod. Ne maradjon le a mesterséges intelligencia, az ML és a jövő technológiájának legfrissebb híreiről, ha feliratkozik oldalunkra heti hírlevél!
Hagy egy Válaszol