하드웨어 선택에 자유가 있습니까? RISC-V가 새로운 오픈 소스 하드웨어 움직임을 위한 길을 닦는 방법을 알아보십시오.
반도체 사업의 주요 업체 중 다수는 설계를 독점으로 유지하고 있으며 장치 제조업체는 이를 사용하기 위해 라이선스 비용을 지불해야 합니다.
미국, 중국, 대만 간의 무역 긴장은 반도체 공급망에 도전을 제공합니다. 소규모 장치 제조업체도 이러한 비용을 감당하기 위해 고군분투하고 있으며 진입 장벽이 훨씬 높습니다.
Linux와 같은 오픈 소스 운영 체제가 개발자에게 권한을 부여한 것과 거의 동일한 방식으로 새로운 공개 표준은 오늘날 세상을 움직이는 장치를 설계하고 만드는 방식을 뒤흔들 수 있습니다.
이 가이드에서는 RISC 아키텍처의 역사를 살펴보고 기술의 장단점을 비교하며 오늘날 볼 수 있는 RISC-V의 몇 가지 애플리케이션에 대해 알아봅니다.
그러나 먼저 RISC-V가 왜 그렇게 흥미로운지 이해하려면 컴퓨터가 작동하는 방식을 이해해야 합니다.
명령 집합이란 무엇입니까?
명령어 집합은 컴퓨터가 기계 수준에서 수행하도록 설계된 작업 집합을 나타냅니다.
데이터를 더하기, 곱하기, 불러오기, 저장하기와 같은 가장 기본적인 명령이라고 생각하시면 됩니다. 명령어 집합 아키텍처는 하드웨어와 소프트웨어 측면을 구분하기 때문에 컴퓨터에서 가장 중요한 인터페이스입니다.
CPU의 명령어 세트는 CPU가 하드웨어 설계에 따라 제한적으로 수행할 수 있는 작업을 알려줍니다.
CPU에 두 비트를 함께 추가하도록 요청하면 이 명령을 수용하기 위해 하드웨어에 내장된 명령이 있기 때문에 정확히 무엇을 해야 하는지 알 것입니다.
YouTube 동영상 로드, 재생과 같은 복잡한 작업 비디오 게임, 또는 트윗을 보내는 것은 CPU 명령어 세트 내에서 발견되는 수백만 개의 기본 명령을 호출하는 것을 포함합니다.
일반적인 ISA(명령어 세트 아키텍처)에는 ARM과 Intel의 x86이 포함되며, 그 중 전자는 세계에서 가장 널리 사용되는 ISA입니다.
이러한 ISA는 수십 년 전에 독점 라이선스로 처음 개발되었습니다. 그 초창기에는 대부분의 하드웨어와 소프트웨어가 독점적이었습니다.
RISC란 무엇입니까?
1970년대에 컴퓨터 엔지니어들은 컴퓨터 아키텍처의 복잡성을 높이는 데 초점을 맞추는 경향이 있었습니다.
반도체 기술은 빠르게 발전했고 많은 명령을 수행할 수 있었습니다. 이것은 CISC 또는 복잡한 명령 집합 컴퓨터로 알려진 유형의 컴퓨터로 이어졌습니다.
C. David Patterson과 University of California at Berkeley의 Carlo Sequin과 같은 고급 컴퓨터 언어에서와 같이 많은 명령어가 실제로 거의 사용되지 않는 것으로 나타났습니다. 프로세서를 단순화하여 비용을 절감합니다.
복잡성을 줄임으로써 나머지 메모리 공간을 사용할 수 있습니다. 이 가설을 RISC(Reduced Instruction Set Computer)라고 불렀습니다.
RISC-I 프로젝트는 RISC 컴퓨터의 실현 가능성을 증명하기 위한 연구 프로젝트로 시작되었습니다. 버클리의 학생들은 단 31개의 지침으로 작동하는 디자인을 만들 수 있었습니다.
칩의 제어 및 명령 섹션은 실리콘 다이의 6%만 차지한 반면 다른 칩은 같은 목적으로 절반을 사용합니다. 여유 공간을 채우기 위해 레지스터가 추가되었습니다. 이 레지스터를 통해 칩이 더 많은 작업 메모리를 보유할 수 있었습니다.
RISC 아키텍처는 1980년대에 상업적으로 성공했습니다. 그러나 많은 칩이 곧 인기를 잃었습니다. 현재 ARM 기반 프로세서는 ARM 칩을 거의 독점적으로 사용하는 최신 스마트폰의 보급으로 인해 가장 일반적인 RISC 프로세서입니다.
RISC-V는 무엇입니까?
RISC-V는 RISC 원칙을 따르는 것을 목표로 하는 특정 오픈 소스 명령어 세트를 나타냅니다. 대부분의 다른 ISA 디자인과 달리 RISC-V ISA는 사용 비용이 필요하지 않습니다.
RISC-V 아키텍처는 원래 UC Berkeley에서 Krste Asanović의 연구 프로젝트로 시작했지만 나중에는 전 세계의 기여자들을 초대했습니다.
RISC 기반 CPU에는 완료하는 데 한 클럭 주기만 걸리는 간단한 명령 집합이 있습니다. 로드 스토어 아키텍처를 사용하여 복잡성을 더 빠른 성능과 교환합니다.
이것은 명령어가 주 메모리보다 훨씬 빠르게 액세스할 수 있는 레지스터만 주소를 지정한다는 것을 의미합니다.
RISC-V는 또한 여러 명령을 병렬로 실행할 수 있는 효율적인 파이프라이닝 구조를 지원합니다.
RISC-V는 개방형 표준이기 때문에 누구나 자신의 제품에 명령어 세트를 사용할 수 있으며, 이는 오픈 소스 하드웨어 공간의 혁명으로 이어질 수 있습니다.
주요 특징들
- 간단한 명령어 세트 – 복잡한 명령 목록이 없으면 명령을 더 빠르게 실행할 수 있고 여러 명령을 파이프라인으로 쉽게 연결할 수 있습니다.
- 모듈성 – RISC-V는 작은 표준 기반 ISA를 가지고 있으며 다양한 표준 확장과 함께 제공됩니다. 이를 통해 사용자는 자신의 RISC-V 칩을 구축할 때 필요한 부품만 선택할 수 있습니다.
- 확장 성 – 확장을 통해 메인 ISA에 특정 기능을 추가할 수 있습니다. 이를 통해 사용자는 필요할 때 자신만의 맞춤형 지침을 만들 수 있습니다.
- 오픈 소스 IP – RISC-V는 개방형 표준이므로 이러한 디자인을 사용하려는 사람은 라이선스 비용에 대해 걱정할 필요 없이 사용할 수 있습니다.
- 로드 스토어 아키텍처 – 레지스터를 사용하는 복잡성보다 메모리가 우선시됩니다.
장점
- RISC-V는 누구나 자신만의 칩을 만들 수 있는 개방형 표준입니다.
- 계층화되고 확장 가능한 디자인은 혁신을 가능하게 합니다. 누구나 명령어 세트를 구현할 수 있고 맞춤형 프로세서용 맞춤형 확장을 생성할 수 있습니다.
- RISC-V는 확장 가능합니다. 지침 세트에 항상 새로운 기능을 추가할 수 있습니다.
- RISC-V는 오픈 소스이기 때문에 누구나 버그 찾기에 참여할 수 있습니다.
- RISC-V를 사용하면 개발 주기를 가속화할 수 있습니다. 라이선스 비용을 처리할 필요가 없습니다.
단점
- 분산된 특성으로 인해 패치 및 업데이트를 릴리스하기 어렵습니다.
- 시장의 분열 가능성이 있습니다. 누구나 자신만의 RISC-V 칩을 설계할 수 있으므로 RISC-V 시장이 동일한 품질, 보안 또는 상호 운용성을 일관되게 유지하지 못하도록 하는 것은 어려운 일이 될 것입니다.
- 입양 보장은 없습니다. RISC-V 기술에 대한 투자는 계속해서 시장 점유율의 극히 일부만 차지할 경우 역효과를 낼 수 있습니다.
- 현재 RISC-V는 여전히 하드웨어 지원이 제한적입니다.
- 또 다른 문제는 코드 밀도입니다. 특정 프로그램이 주어지면 컴파일된 RISC 명령어 세트는 일반적으로 CISC로 컴파일할 때보다 더 많은 바이트를 필요로 합니다. 이는 단일 CISC 명령을 수행하기 위해 여러 RISC 명령이 필요할 수 있기 때문입니다.
RISC-V의 현재 응용
RISC-V는 임베디드 애플리케이션에 이상적입니다. 지정된 명령 세트를 수행하기 위해 장치 내부에 영구적으로 배치된 소프트웨어가 필요한 사용 사례입니다.
사물 인터넷 생태계 또는 자동차 애플리케이션 및 컴퓨터 컨트롤러의 장치를 생각해 보십시오.
다음은 현재 찾을 수 있는 RISC-V 아키텍처용 애플리케이션입니다.
Alibaba
IP를 둘러싼 미국과 중국 간의 긴장은 중국 기술 기업이 IP로 전환하는 이유를 제공했을 가능성이 있습니다. 오픈 소스.
2021년 XNUMX월 알리바바 클라우드 인텔리전스 발표 그들은 아키텍처에 오픈 소스 RISC-V 프로세서를 사용할 것입니다.
이들은 세계 최초의 풀 스택이 될 것입니다. 오픈 소스 시리즈 프로세서.
T-Head의 제품 책임자인 Yu Pu는 "RISC-V는 폐쇄적이고 비용이 많이 드는 ISA의 대안으로서 개방형 및 무료 ISA RISC-V가 개방형 표준 협업을 통해 프로세서 혁신을 가속화하기 때문에 현시점에서 매우 매력적입니다."라고 말했습니다. , 반도체 회사이자 알리바바가 전액 출자한 자회사입니다.
SiFive
SiFive는 2015년 University of California Berkeley의 연구원인 Krste Asanović, Yunsup Lee, Andrew Waterman이 설립한 반도체 회사입니다.
그들은 RISC-V ISA를 구현한 최초의 칩을 만들 수 있었습니다. 그 이후로 그들은 RISC-V 칩으로 장치를 개선하기 위해 100개 이상의 회사와 파트너 관계를 맺을 수 있었습니다.
SiFive 코어는 세계에서 가장 많이 실리콘이 배치된 RISC‑V 솔루션입니다.
SiHive는 프로그래밍과 IoT 기술에 대해 아이들에게 가르치기 위한 BBC Doctor Who 기반 RISC-V 코딩 키트도 제공합니다.
이 제품은 곧 소비자 기기 시장에 도달할 RISC-V 아키텍처의 가능성을 보여줍니다.
생명과학 혁신을 위한
RISC-V 아키텍처는 클라우드를 구동하는 데에도 사용할 수 있습니다. 일부 회사는 이미 타겟팅하고 있습니다. 데이터 센터 워크로드 RISC-V의 다음 가능한 애플리케이션으로.
고성능 컴퓨팅(HPC) 네트워크는 이미 RISC-V를 사용하여 전송 중인 데이터를 처리하고 있습니다.
서버는 임베디드 제품보다 생산하는 데 시간이 더 오래 걸리기 때문에 전체 서버가 RISC-V에서 실행되는 것을 볼 때까지 시간이 걸립니다.
결론
우리가 인터넷과 상호 작용하는 방식은 개방형 표준의 견고한 기반 위에 구축되었습니다. 우리가 사용하는 장치는 USB 설계 또는 장치가 서로 연결되는 방식과 같은 개방형 표준을 따를 수도 있습니다. 을 통하여 와이파이와 블루투스.
이러한 개방형 표준을 통해 당사의 모든 장치와 애플리케이션이 더욱 기능적이고 상호 운용 가능하게 됩니다.
RISC-V와 같은 개방형 표준은 우리가 장치를 설계하는 방식에 영향을 미칠 것입니다.
독점 IP로 제한되지 않고 누구나 원하는 것을 만들 수 있습니다. RISC-V는 본질적으로 투명하고 협력적인 개발 커뮤니티에서 유지 관리합니다.
우리가 장치에 사용하는 하드웨어의 미래는 이제 더 이상 비공개로 결정되는 것이 아니라 모든 사람이 참여할 수 있도록 공개적으로 결정됩니다.
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