Ar yra laisvė renkantis aparatinę įrangą? Sužinokite, kaip RISC-V atveria kelią naujam atviro kodo aparatinės įrangos judėjimui.
Daugelis pagrindinių puslaidininkių verslo dalyvių laiko savo dizainą nuosavybės teise, o prietaisų gamintojai, norėdami juos naudoti, turi mokėti licencijos mokesčius.
Prekybos įtampa tarp JAV, Kinijos ir Taivano yra iššūkis puslaidininkių tiekimo grandinėje. Mažesni prietaisų gamintojai taip pat stengiasi sau leisti šiuos mokesčius, o kliūtis patekti į rinką yra daug didesnė.
Panašiai kaip atvirojo kodo operacinės sistemos, tokios kaip „Linux“, suteikė kūrėjams galių, naujasis atviras standartas gali pakeisti būdą, kuriuo mes projektuojame ir gaminame įrenginius, kurie šiandien veikia visame pasaulyje.
Šiame vadove pažvelgsime į RISC architektūros istoriją, pasversime technologijos privalumus ir trūkumus ir pasinersime į kelias RISC-V programas, kurias galite rasti šiandien.
Tačiau pirmiausia, norėdami suprasti, kodėl RISC-V yra toks įdomus, turime suprasti, kaip veikia kompiuteriai.
Kas yra instrukcijų rinkinys?
Instrukcijų rinkinys reiškia operacijų, kurias kompiuteris buvo sukurtas atlikti mašinos lygiu, rinkinį.
Pagalvokite apie tai kaip apie pagrindines komandas, tokias kaip duomenų pridėjimas, dauginimas, įkėlimas ir saugojimas. Instrukcijų rinkinio architektūra yra svarbiausia kompiuterio sąsaja, nes ji padalija techninės ir programinės įrangos aspektus.
Centrinio procesoriaus instrukcijų rinkinys mums nurodo, ką CPU gali atlikti, nes tai riboja jo aparatinės įrangos konstrukcija.
Jei paprašysite procesoriaus pridėti du bitus, jis tiksliai žinos, ką daryti, nes aparatinėje įrangoje yra įtaisyta komanda, skirta šiai instrukcijai pritaikyti.
Sudėtingos operacijos, pvz., „YouTube“ vaizdo įrašo įkėlimas, a vaizdo žaidimų, arba siunčiant tviterį, reikia iškviesti milijonus šių pagrindinių komandų, esančių procesoriaus instrukcijų rinkinyje.
Įprastos instrukcijų rinkinių architektūros (ISA) apima ARM ir Intel x86, iš kurių pirmoji yra plačiausiai naudojama ISA pasaulyje.
Šie ISA pirmą kartą buvo sukurti prieš dešimtmečius pagal patentuotą licenciją. Tais ankstesniais metais dauguma techninės ir programinės įrangos buvo patentuotos.
Kas yra RISC?
Aštuntajame dešimtmetyje kompiuterių inžinieriai buvo linkę sutelkti dėmesį į kompiuterių architektūros sudėtingumo didinimą.
Puslaidininkių technologija sparčiai tobulėjo ir galėjo atlikti daugybę instrukcijų. Dėl to atsirado kompiuterio tipas, žinomas kaip CISC arba sudėtingų instrukcijų rinkinių kompiuteriai.
Pasirodo, daugelis instrukcijų retai naudojamos praktikoje, pvz., aukšto lygio kompiuterių kalbomis, tokiomis kaip C. David Patterson ir Carlo Sequin iš Kalifornijos universiteto Berklyje manė, kad geresnis našumas gali būti pasiektas naudojant daug žemesnę kainuos supaprastinus procesorių.
Sumažinus sudėtingumą, jie gali panaudoti likusią atminties vietą. Ši hipotezė buvo pavadinta RISC arba sumažintų instrukcijų rinkinio kompiuteriu.
RISC-I projektas prasidėjo kaip tyrimo projektas, kuriuo buvo siekiama įrodyti, kad RISC kompiuteris yra įmanomas. Berklio studentai galėjo sukurti dizainą, kuris veikė tik su 31 instrukcija.
Lusto valdymo ir instrukcijų sekcija užėmė tik 6% silicio štampo, o kiti lustai naudotų pusę tam pačiam tikslui. Registrai buvo pridėti, kad užpildytų atsilaisvinusią vietą. Šie registrai leido lustui turėti daugiau darbinės atminties.
Devintajame dešimtmetyje RISC architektūra sulaukė komercinės sėkmės. Tačiau daugelis žetonų netrukus iškrito iš palankumo. Šiuo metu ARM pagrįsti procesoriai yra labiausiai paplitęs RISC procesorius, nes vyrauja šiuolaikiniai išmanieji telefonai, kuriuose beveik išimtinai naudojami ARM lustai.
Kas yra RISC-V?
RISC-V reiškia tam tikrą atvirojo kodo instrukcijų rinkinį, kurio tikslas yra laikytis RISC principų. Skirtingai nuo daugelio kitų ISA modelių, RISC-V ISA naudojimas nereikalauja jokių mokesčių.
RISC-V architektūra iš pradžių prasidėjo kaip Krste Asanović tyrimų projektas Berklio universitete, tačiau vėliau pakvietė bendradarbius iš viso pasaulio.
RISC pagrindu veikiantis procesorius turi supaprastintą instrukcijų rinkinį, kuriam atlikti reikia tik vieno laikrodžio ciklo. Naudodami įkrovos ir parduotuvės architektūrą, jie keičia sudėtingumą su greitesniu našumu.
Tai reiškia, kad instrukcijos adresuojamos tik registrams, kurie pasiekiami daug greičiau nei pagrindinė atmintis.
RISC-V taip pat palaiko efektyvią konvejerių struktūrą, kuri leidžia lygiagrečiai vykdyti kelias komandas.
Kadangi RISC-V yra atviras standartas, bet kas gali naudoti instrukcijų rinkinį savo gaminiams, o tai gali sukelti atvirojo kodo aparatinės įrangos erdvės revoliuciją.
Pagrindiniai bruožai
- Paprastas instrukcijų rinkinys – Sudėtingo instrukcijų sąrašo trūkumas leidžia greičiau vykdyti instrukcijas ir lengviau sudaryti kelias komandas.
- Moduliškumas – RISC-V turi mažą standartinę bazinę ISA ir yra su įvairiais standartiniais plėtiniais. Tai leidžia vartotojams pasirinkti tik tas dalis, kurių jiems reikia kuriant savo RISC-V lustus.
- Išplečiamumas – Prie pagrindinio ISA galima pridėti specifinių funkcijų per plėtinius. Tai leidžia vartotojams, kai reikia, sukurti savo pasirinktines instrukcijas.
- Atvirojo kodo IP – RISC-V yra atviras standartas, o tai reiškia, kad kiekvienas, norintis naudoti šiuos dizainus, gali tai padaryti nesijaudindamas dėl licencijų mokesčių.
- Krovinio-parduotuvės architektūra – Naudojant registrus, atmintis teikiama pirmenybė prieš sudėtingumą.
Argumentai "už"
- RISC-V yra atviras standartas, tai reiškia, kad kiekvienas gali sukurti savo lustus.
- Sluoksniuotas ir išplečiamas dizainas įgalina naujoves. Kiekvienas gali įdiegti instrukcijų rinkinį ir sukurti pasirinktinius plėtinius pasirinktiniams procesoriams.
- RISC-V yra išplečiamas. Į instrukcijų rinkinį visada galite įtraukti naujų funkcijų.
- Kadangi RISC-V yra atvirojo kodo, visi gali dalyvauti ieškant klaidų.
- RISC-V leidžia pagreitinti plėtros ciklą. Nereikia mokėti licencijų mokesčių.
Trūkumai
- Dėl decentralizuoto pobūdžio sunku išleisti pataisas ir naujinimus.
- Yra rinkos susiskaldymo galimybė. Kadangi kiekvienas gali sukurti savo RISC-V lustus, bus sunku užtikrinti, kad RISC-V rinka negalėtų turėti vienodos kokybės, saugumo ar sąveikumo.
- Įvaikinimo garantijos nėra. Investicijos į RISC-V technologiją gali atsigauti, jei jie ir toliau gaus tik nedidelę rinkos dalies dalį.
- Šiuo metu RISC-V vis dar turi ribotą techninės įrangos palaikymą.
- Kita problema yra su kodo tankiu. Atsižvelgiant į tam tikrą programą, sukompiliuotam RISC instrukcijų rinkiniui paprastai reikia daugiau baitų nei kompiliuojant į CISC. Taip yra todėl, kad vienai CISC komandai atlikti gali prireikti kelių RISC instrukcijų.
Dabartinės RISC-V programos
RISC-V idealiai tinka įterptoms programoms. Tai yra naudojimo atvejai, kai norint atlikti nurodytą instrukcijų rinkinį, įrenginyje reikalinga nuolatinė programinė įranga.
Pagalvokite apie daiktų interneto ekosistemos įrenginius arba automobilių programas ir kompiuterių valdiklius.
Štai keletas RISC-V architektūros programų, kurias galite rasti šiandien.
Alibaba
Tikėtina, kad įtampa tarp JAV ir Kinijos dėl IP paskatino Kinijos technologijų kompanijas pereiti prie atviro kodo.
2021 m. spalio mėn. „Alibaba Cloud Intelligence“. paskelbė kad jie savo architektūrai naudos atvirojo kodo RISC-V procesorius.
Tai taps pirmuoju pasaulyje pilnu krūvu atviro kodo serijos procesoriai.
„Šiuo metu RISC-V yra labai patrauklus, nes kaip alternatyva uždaroms ir brangioms ISA, atvira ir nemokama ISA RISC-V pagreitina procesorių naujoves per atviro standarto bendradarbiavimą“, – sakė Yu Pu, T-Head produkto vadovas. , puslaidininkių įmonė ir visiškai „Alibaba“ priklausanti dukterinė įmonė.
TaipPenki
„SiFive“ yra puslaidininkių įmonė, kurią 2015 m. įkūrė Krste Asanović, Yunsup Lee ir Andrew Waterman, trys Kalifornijos Berklio universiteto mokslininkai.
Jie sugebėjo sukurti pirmuosius lustus, kurie įdiegė RISC-V ISA. Nuo tada jie galėjo bendradarbiauti su daugiau nei 100 įmonių, kad patobulintų savo įrenginius su RISC-V lustais.
Jų „SiFive Cores“ yra daugiausiai silicio naudojami RISC-V sprendimai pasaulyje.
„SiHive“ netgi siūlo „BBC Doctor Who“ pagrindu sukurtą RISC-V kodavimo rinkinį, skirtą mokyti vaikus apie programavimą ir IoT technologijas.
Šis produktas yra perspektyvus RISC-V architektūroje, kuris netrukus pasieks vartotojų įrenginių rinką.
Debesis Kompiuterija
RISC-V architektūra taip pat gali būti naudojama debesiui maitinti. Kai kurios įmonės jau taikosi duomenų centro darbo krūviai kaip kitą galimą RISC-V taikymą.
Didelio našumo skaičiavimo (HPC) tinklai jau naudoja RISC-V duomenims apdoroti.
Kadangi serverių gamyba užtrunka ilgiau nei įterptieji produktai, prireiks šiek tiek laiko, kol pamatysime, kad visi serveriai veikia RISC-V.
Išvada
Tai, kaip mes bendraujame su internetu, remiasi tvirtu atvirų standartų pagrindu. Mūsų naudojami įrenginiai taip pat gali atitikti atvirus standartus, pvz., USB dizainą arba įrenginių tarpusavio ryšį per Wi-Fi ir Bluetooth.
Šie atviri standartai leidžia visiems mūsų įrenginiams ir programoms tapti funkcionalesniais ir sąveikesniais.
Atviri standartai, tokie kaip RISC-V, turės įtakos mūsų įrenginių kūrimui.
Tai įgalins bet kurį asmenį kurti tai, ko nori, neribojant patentuoto IP. RISC-V palaiko aktyvi vystymo bendruomenė, kuri yra skaidri ir bendradarbiaujanti.
Aparatinės įrangos, kurią naudojame savo įrenginiuose, ateitis dabar sprendžiama ne už uždarų durų, o atvirai, kad visi galėtų dalyvauti.
Pasidalykite šiuo straipsniu, jei manote, kad jis yra įžvalgus. Nepraleiskite naujausių AI, ML ir ateities technologijų naujienų užsiprenumeravę mūsų savaitinis informacinis biuletenis!
Palikti atsakymą