ハードウェアを選択する自由はありますか? RISC-Vが新しいオープンソースのハードウェアムーブメントへの道をどのように開いているかをご覧ください。
半導体ビジネスの主要なプレーヤーの多くは、独自の設計を維持しており、デバイスメーカーはそれらを使用するためにライセンス料を支払う必要があります。
米国、中国、台湾間の貿易摩擦は、半導体サプライチェーンに課題をもたらします。 小規模なデバイスメーカーもこれらの料金を支払うのに苦労しており、参入障壁ははるかに高くなっています。
Linuxなどのオープンソースオペレーティングシステムが開発者に力を与えたのとほぼ同じように、新しいオープンスタンダードは、今日世界を動かすデバイスの設計と製造の方法を揺るがす可能性があります。
このガイドでは、RISCアーキテクチャの歴史を調べ、テクノロジの長所と短所を比較検討し、今日見つけられるRISC-Vのいくつかのアプリケーションについて詳しく説明します。
しかし、最初に、RISC-Vが非常にエキサイティングである理由を理解するには、コンピューターがどのように動作するかを理解する必要があります。
命令セットとは何ですか?
命令セットとは、コンピューターがマシンレベルで実行するように設計された一連の操作を指します。
これらは、データの加算、乗算、ロード、保存などの最も基本的なコマンドと考えてください。 命令セットアーキテクチャは、ハードウェアとソフトウェアの側面を分割するため、コンピュータで最も重要なインターフェイスです。
CPUの命令セットは、ハードウェアの設計によって制限されるCPUが実行できることを示します。
CPUにXNUMXビットを加算するように要求すると、この命令に対応するためのコマンドがハードウェアに組み込まれているため、CPUは正確に何をすべきかを認識します。
YouTubeビデオの読み込み、再生などの複雑な操作 ビデオゲーム、またはツイートを送信するには、CPU命令セット内にあるこれらの基本的なコマンドを何百万も呼び出す必要があります。
一般的な命令セットアーキテクチャ(ISA)には、ARMとIntelのx86が含まれ、前者は世界で最も広く使用されているISAです。
これらのISAは、数十年前にプロプライエタリライセンスの下で最初に開発されました。 それらの初期には、ほとんどのハードウェアとソフトウェアはプロプライエタリでした。
RISCとは何ですか?
1970年代、コンピューターエンジニアは、コンピューターアーキテクチャの複雑さを増すことに焦点を当てる傾向がありました。
半導体技術は急速に進歩し、多数の命令を実行することができました。 これは、CISC、または複雑な命令セットコンピュータとして知られているタイプのコンピュータにつながりました。
カリフォルニア大学バークレー校のC.DavidPattersonやCarloSequinなどの高レベルのコンピューター言語など、実際には多くの命令が実際に使用されることはめったにないことがわかりました。プロセッサを簡素化することによるコスト。
複雑さを軽減することで、残りのスペースをメモリに使用できます。 この仮説は、RISCまたは縮小命令セットコンピューターと呼ばれていました。
RISC-Iプロジェクトは、RISCコンピューターが実現可能であることを証明することを目的とした研究プロジェクトとして開始されました。 バークレー校の学生は、たった31の指示で機能するデザインを作成できました。
チップの制御および命令セクションはシリコンダイのわずか6%を占めていましたが、他のチップは同じ目的で半分を使用していました。 解放されたスペースを埋めるためにレジスターが追加されました。 これらのレジスタにより、チップはより多くの作業メモリを保持できました。
RISCアーキテクチャは、1980年代に商業的な成功を収めました。 しかし、多くのチップはすぐに支持されなくなりました。 現在、ARMベースのプロセッサが最も一般的なRISCプロセッサです。これは、ARMチップをほぼ独占的に使用する最新のスマートフォンが普及しているためです。
RISC-Vとは何ですか?
RISC-Vは、RISCの原則に従うことを目的とした特定のオープンソースの命令セットを指します。 他のほとんどのISA設計とは異なり、RISC-VISAの使用には料金は必要ありません。
RISC-Vアーキテクチャは、もともとカリフォルニア大学バークレー校でのクルステアサノビッチの研究プロジェクトとして始まりましたが、後に世界中から寄稿者を招待しました。
RISCベースのCPUには、XNUMXクロックサイクルしかかからない簡略化された一連の命令があります。 ロードストアアーキテクチャを使用することで、複雑さとパフォーマンスの向上を両立させます。
これは、命令がレジスタのみをアドレス指定することを意味します。レジスタは、メインメモリよりもはるかに高速にアクセスできます。
RISC-Vは、複数の命令を並行して実行できる効率的なパイプライン構造もサポートしています。
RISC-Vはオープンスタンダードであるため、誰でも自社製品の命令セットを使用でき、オープンソースハードウェア分野に革命をもたらす可能性があります。
主な機能
- 簡単な命令セット– 命令の複雑なリストがないため、命令をより高速に実行でき、複数の命令をパイプライン処理するのが簡単になります。
- モジュール性 – RISC-Vには小さな標準ベースISAがあり、さまざまな標準拡張機能が付属しています。 これにより、ユーザーは独自のRISC-Vチップを構築するときに必要な部品のみを選択できます。
- 拡張性 –拡張機能を介して特定の機能をメインISAに追加できます。 これにより、ユーザーは必要に応じて独自のカスタム命令を作成できます。
- オープンソースIP– RISC-Vはオープンスタンダードです。つまり、これらの設計を使用したい人は誰でも、ライセンス料を気にすることなく使用できます。
- ロードストアアーキテクチャ –レジスタを使用すると、複雑さよりもメモリが優先されます。
メリット
- RISC-Vはオープンスタンダードです。つまり、誰でも独自のチップを作成できます。
- 階層化された拡張可能な設計により、イノベーションが可能になります。 誰でも命令セットを実装でき、カスタムプロセッサ用のカスタム拡張機能を作成できます。
- RISC-Vは拡張可能です。 命令セットにはいつでも新しい機能を追加できます。
- RISC-Vはオープンソースであるため、誰でもバグの検索に参加できます。
- RISC-Vは、開発サイクルの加速を可能にします。 ライセンス料を処理する必要はありません。
デメリット
- 分散型の性質により、パッチやアップデートのリリースが困難になります。
- 市場の細分化の可能性があります。 誰でも独自のRISC-Vチップを設計できるため、RISC-V市場が同じ一貫した品質、セキュリティ、または相互運用性を備えていないことを確認するのは困難です。
- 採用の保証はありません。 RISC-Vテクノロジーへの投資は、市場シェアのごく一部しか受け取らない場合、裏目に出る可能性があります。
- 現時点では、RISC-Vのハードウェアサポートはまだ限られています。
- もうXNUMXつの問題は、コード密度にあります。 特定のプログラムを考えると、コンパイルされたRISC命令セットは通常、CISCにコンパイルされた場合よりも多くのバイトを必要とします。 これは、単一のCISCコマンドを実行するために複数のRISC命令が必要になる場合があるためです。
RISC-Vの現在のアプリケーション
RISC-Vは組み込みアプリケーションに最適です。 これらは、指定された一連の命令を実行するためにデバイス内に永続的に配置されたソフトウェアを必要とするユースケースです。
モノのインターネットエコシステム、または自動車アプリケーションやコンピューターコントローラーのデバイスについて考えてみてください。
これが、今日見つけることができるRISC-Vアーキテクチャのいくつかのアプリケーションです。
アリババ
IPをめぐる米国と中国の間の緊張が、中国のテクノロジー企業が オープンソースの.
2021年XNUMX月、Alibaba Cloud Intelligence 発表の アーキテクチャにオープンソースのRISC-Vプロセッサを使用すること。
これらは世界初のフルスタックになります オープンソース シリーズプロセッサ。
T-Headの製品リーダーであるYuPuは、次のように述べています。 、半導体会社であり、Alibabaの完全所有子会社です。
SiFive
SiFiveは、カリフォルニア大学バークレー校の2015人の研究者であるKrsteAsanović、Yunsup Lee、AndrewWatermanによってXNUMX年に設立された半導体企業です。
彼らは、RISC-VISAを実装した最初のチップを作成することができました。 それ以来、100社を超える企業と提携して、RISC-Vチップを搭載したデバイスを改善することができました。
彼らのSiFiveコアは、世界で最もシリコンが配備されたRISC‑Vソリューションです。
SiHiveは、プログラミングとIoTテクノロジーについて子供たちに教えることを目的としたBBCDoctorWhoベースのRISC-Vコーディングキットも提供しています。
この製品は、RISC-Vアーキテクチャですぐに消費者向けデバイス市場に到達する可能性を示しています。
クラウドコンピューティング
RISC-Vアーキテクチャを使用してクラウドに電力を供給することもできます。 一部の企業はすでにターゲットにしています データセンターのワークロード RISC-Vの次の可能なアプリケーションとして。
ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)ネットワークは、転送中のデータを処理するためにすでにRISC-Vを使用しています。
サーバーは組み込み製品よりも作成に時間がかかるため、サーバー全体がRISC-Vで実行されていることを確認するまでに時間がかかります。
まとめ
私たちがインターネットとやり取りする方法は、オープンスタンダードの強固な基盤の上に構築されています。 私たちが使用するデバイスは、USB設計やデバイスの相互接続方法などのオープンスタンダードにも準拠している場合があります Wi-FiとBluetooth。
これらのオープンスタンダードにより、すべてのデバイスとアプリケーションがより機能的で相互運用可能になります。
RISC-Vなどのオープンスタンダードは、デバイスの設計方法に影響を与えます。
これにより、独自のIPに制限されることなく、誰でも自分が望むものを作成できるようになります。 RISC-Vは、本質的に透過的で協調的なアクティブな開発コミュニティによって維持されています。
私たちがデバイスで使用するハードウェアの将来は、もはや密室ではなく、誰もが参加できるように公開で決定されています。
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