Vai ir brīvība izvēlēties aparatūru? Uzziniet, kā RISC-V paver ceļu jaunai atvērtā koda aparatūras kustībai.
Daudzi no galvenajiem dalībniekiem pusvadītāju biznesā saglabā savus dizainus patentētus, un ierīču ražotājiem ir jāmaksā licencēšanas maksa, lai tos izmantotu.
Tirdzniecības spriedze starp ASV, Ķīnu un Taivānu rada izaicinājumu pusvadītāju piegādes ķēdē. Mazāki ierīču ražotāji arī cīnās, lai atļautos šīs maksas, un šķērslis ienākšanai ir daudz augstāks.
Līdzīgi kā atvērtā pirmkoda operētājsistēmas, piemēram, Linux, ir devušas iespēju izstrādātājiem, jauns atvērtais standarts var satricināt veidu, kā mēs projektējam un izgatavojam ierīces, kas šodien darbojas pasaulē.
Šajā rokasgrāmatā mēs iepazīsimies ar RISC arhitektūras vēsturi, nosvērsim tehnoloģijas plusus un mīnusus un iedziļināsimies dažās RISC-V lietojumprogrammās, kuras varat atrast šodien.
Bet vispirms, lai saprastu, kāpēc RISC-V ir tik aizraujošs, mums ir jāsaprot, kā darbojas datori.
Kas ir instrukciju komplekts?
Instrukciju kopa attiecas uz darbību kopumu, kuru veikšanai dators bija paredzēts iekārtas līmenī.
Uztveriet tās kā visvienkāršākās komandas, piemēram, datu pievienošanu, pavairošanu, ielādi un glabāšanu. Instrukciju kopas arhitektūra ir vissvarīgākā saskarne datorā, jo tā sadala aparatūras un programmatūras aspektus.
CPU instrukciju kopa norāda, ko CPU var darīt, jo to ierobežo tā aparatūras dizains.
Ja lūdzat centrālajam procesoram pievienot divus bitus kopā, tas precīzi zinās, kā rīkoties, jo aparatūrā ir iebūvēta komanda, lai izpildītu šo norādījumu.
Sarežģītas darbības, piemēram, YouTube videoklipa ielāde, atskaņošana a videospēlevai nosūtot tvītu, ir jāizsauc miljoniem šo pamata komandu, kas atrodamas CPU instrukciju kopā.
Kopējās instrukciju kopu arhitektūras (ISA) ietver ARM un Intel x86, no kurām pirmā ir pasaulē visplašāk izmantotā ISA.
Šie ISA pirmo reizi tika izstrādāti pirms gadu desmitiem saskaņā ar patentētu licenci. Šajos iepriekšējos gados lielākā daļa aparatūras un programmatūras bija patentētas.
Kas ir RISC?
1970. gados datoru inženieriem bija tendence koncentrēties uz datoru arhitektūras sarežģītības palielināšanu.
Pusvadītāju tehnoloģija strauji attīstījās un spēja izpildīt lielu skaitu instrukciju. Tas noveda pie datora veida, kas pazīstams kā CISC vai sarežģītu instrukciju kopu datori.
Izrādās, ka liela daļa instrukciju praksē tiek izmantotas reti, piemēram, tādās augsta līmeņa datorvalodās kā C. David Patterson un Carlo Sequin no Kalifornijas universitātes Bērklijā uzskatīja, ka labāku veiktspēju var sasniegt ar daudz zemāku līmeni. izmaksas, vienkāršojot procesoru.
Samazinot sarežģītību, viņi var izmantot atlikušo vietu atmiņai. Šī hipotēze tika nosaukta par RISC vai samazinātu instrukciju kopas datoru.
RISC-I projekts sākās kā pētniecības projekts, kura mērķis bija pierādīt, ka RISC dators ir iespējams. Bērklija studenti varēja izveidot dizainu, kas darbojās tikai ar 31 instrukciju.
Mikroshēmas vadības un instrukciju sadaļa aizņēma tikai 6% no silīcija matricas, savukārt citas mikroshēmas izmantotu pusi tam pašam mērķim. Tika pievienoti reģistri, lai aizpildītu atbrīvoto vietu. Šie reģistri ļāva mikroshēmai saglabāt vairāk darba atmiņas.
RISC arhitektūra guva komerciālus panākumus 1980. gados. Tomēr daudzi žetoni drīz izkrita no labvēlības. Pašlaik ARM procesori ir visizplatītākais RISC procesors, jo ir izplatīti mūsdienu viedtālruņi, kuros gandrīz tikai tiek izmantotas ARM mikroshēmas.
Kas ir RISC-V?
RISC-V attiecas uz noteiktu atvērtā koda instrukciju kopu, kuras mērķis ir ievērot RISC principus. Atšķirībā no vairuma citu ISA dizainu, RISC-V ISA izmantošana neprasa nekādu maksu.
RISC-V arhitektūra sākotnēji sākās kā Krste Asanović pētniecības projekts UC Berkeley, bet vēlāk uzaicināja atbalstītājus no visas pasaules.
CPU, kura pamatā ir RISC, ir vienkāršota instrukciju kopa, kuras izpildei nepieciešams tikai viens pulksteņa cikls. Viņi maina sarežģītību ar ātrāku veiktspēju, izmantojot slodzes-veikala arhitektūru.
Tas nozīmē, ka instrukcijas attiecas tikai uz reģistriem, kuriem ir daudz ātrāk piekļūt nekā galvenajai atmiņai.
RISC-V atbalsta arī efektīvu konveijera struktūru, kas ļauj paralēli izpildīt vairākas instrukcijas.
Tā kā RISC-V ir atvērts standarts, ikviens var izmantot instrukciju kopu saviem produktiem, kas var izraisīt revolūciju atvērtā koda aparatūras telpā.
Galvenās iezīmes
- Vienkāršs instrukciju komplekts - Sarežģīta instrukciju saraksta trūkums ļauj instrukcijas izpildīt ātrāk un atvieglo vairāku instrukciju konveijeru.
- Modularitāte – RISC-V ir mazs standarta bāzes ISA, un tam ir dažādi standarta paplašinājumi. Tas ļauj lietotājiem izvēlēties tikai vajadzīgās daļas, veidojot savas RISC-V mikroshēmas.
- Izvēršamība – Izmantojot paplašinājumus, galvenajam ISA var pievienot īpašas funkcijas. Tas ļauj lietotājiem vajadzības gadījumā izveidot savus pielāgotos norādījumus.
- Atvērtā koda IP — RISC-V ir atvērts standarts, kas nozīmē, ka ikviens, kurš vēlas izmantot šos dizainus, var to darīt, neuztraucoties par licencēšanas maksām.
- Kravas-veikala arhitektūra - Izmantojot reģistrus, atmiņai ir prioritāte pār sarežģītību.
Plusi
- RISC-V ir atvērts standarts, kas nozīmē, ka ikviens var izveidot savas mikroshēmas.
- Slāņainais un paplašināms dizains nodrošina inovācijas. Ikviens var ieviest instrukciju kopu un izveidot pielāgotus paplašinājumus pielāgotajiem procesoriem.
- RISC-V ir paplašināms. Jūs vienmēr varat pievienot jaunas funkcijas instrukciju komplektam.
- Tā kā RISC-V ir atvērtā koda, ikviens var piedalīties kļūdu meklēšanā.
- RISC-V nodrošina paātrinātu izstrādes ciklu. Nav jāsedz licencēšanas maksas.
Mīnusi
- Decentralizēts raksturs apgrūtina ielāpu un atjauninājumu izlaišanu.
- Pastāv tirgus sadrumstalotības iespēja. Tā kā ikviens var izveidot savas RISC-V mikroshēmas, būs izaicinājums pārliecināties, ka RISC-V tirgū var nebūt vienādas kvalitātes, drošības vai savietojamības.
- Adopcijai nav garantijas. Ieguldījumi RISC-V tehnoloģijā var negatīvi ietekmēt, ja viņi turpinās saņemt tikai nelielu daļu no tirgus daļas.
- Pašlaik RISC-V joprojām ir ierobežots aparatūras atbalsts.
- Vēl viena problēma ir ar koda blīvumu. Ņemot vērā noteiktu programmu, kompilētai RISC instrukciju kopai parasti ir nepieciešams vairāk baitu nekā kompilējot CISC. Tas ir tāpēc, ka vienas CISC komandas izpildei var būt nepieciešami vairāki RISC norādījumi.
Pašreizējās RISC-V lietojumprogrammas
RISC-V ir ideāli piemērots iegultām lietojumprogrammām. Tie ir lietošanas gadījumi, kad ierīcē ir pastāvīgi jāievieto programmatūra, lai izpildītu noteiktu instrukciju kopu.
Padomājiet par ierīcēm lietiskā interneta ekosistēmā vai automobiļu lietojumprogrammās un datoru kontrolleros.
Šeit ir dažas RISC-V arhitektūras lietojumprogrammas, kuras varat atrast šodien.
Alibaba
Iespējams, ka spriedze starp Amerikas Savienotajām Valstīm un Ķīnu saistībā ar IP ir bijusi iemesls Ķīnas tehnoloģiju uzņēmumiem pāriet uz atvērtais avots.
2021. gada oktobrī Alibaba Cloud Intelligence paziņoja ka viņi savai arhitektūrai izmantos atvērtā koda RISC-V procesorus.
Tie kļūs par pasaulē pirmo pilno steku atvērtā koda sērijas procesori.
"RISC-V šobrīd ir ļoti pievilcīgs, jo kā alternatīva slēgtajām un dārgajām ISA, atvērtā un bezmaksas ISA RISC-V paātrina procesoru jauninājumus, izmantojot atvērtā standarta sadarbību," sacīja Yu Pu, T-Head produktu vadītājs. , pusvadītāju uzņēmums un Alibaba pilnībā piederošs meitasuzņēmums.
SiFive
SiFive ir pusvadītāju uzņēmums, ko 2015. gadā dibināja Krste Asanoviča, Junsups Lī un Endrjū Votermens, trīs Kalifornijas Bērklija universitātes pētnieki.
Viņi spēja izgatavot pirmās mikroshēmas, kas ieviesa RISC-V ISA. Kopš tā laika viņi ir spējuši sadarboties ar vairāk nekā 100 uzņēmumiem, lai uzlabotu savas ierīces ar RISC-V mikroshēmām.
Viņu SiFive serdeņi ir pasaulē visvairāk izmantotie RISC-V risinājumi.
SiHive pat piedāvā BBC Doctor Who balstītu RISC-V kodēšanas komplektu, kas paredzēts, lai mācītu bērniem par programmēšanu un IoT tehnoloģiju.
Šis produkts ir daudzsološs RISC-V arhitektūrā, kas drīz nonāks patērētāju ierīču tirgū.
Cloud Computing
RISC-V arhitektūru var izmantot arī mākoņa darbināšanai. Daži uzņēmumi jau ir mērķējuši datu centra darba slodzes kā nākamo iespējamo RISC-V pielietojumu.
Augstas veiktspējas skaitļošanas (HPC) tīkli jau izmanto RISC-V, lai apstrādātu datus pārvietošanas laikā.
Tā kā serveru ražošana prasa ilgāku laiku nekā iegulto produktu ražošana, paies zināms laiks, līdz mēs redzēsim, ka visi serveri darbojas ar RISC-V.
Secinājumi
Veids, kā mēs mijiedarbojamies ar internetu, ir balstīts uz stabilu atvērto standartu pamatu. Mūsu izmantotās ierīces var arī atbilst atvērtiem standartiem, piemēram, USB dizains vai ierīču savienojuma veids cauri Wi-Fi un Bluetooth.
Šie atvērtie standarti ļauj visām mūsu ierīcēm un lietojumprogrammām kļūt funkcionālākām un sadarbspējīgākām.
Atvērtie standarti, piemēram, RISC-V, ietekmēs mūsu ierīču izstrādi.
Tas ļaus ikvienam izveidot to, ko viņš vēlas, neierobežojot ar patentētu IP. RISC-V uztur aktīva attīstības kopiena, kas ir pārredzama un uz sadarbību vērsta.
Mūsu ierīcēs izmantojamās aparatūras nākotne vairs netiek lemta aiz slēgtām durvīm, bet gan atklāta, lai ikviens varētu piedalīties.
Dalieties ar šo rakstu, ja jums tas šķiet saprotams. Nepalaidiet garām jaunākās ziņas par AI, ML un nākotnes tehnoloģijām, abonējot mūsu iknedēļas biļetens!
Atstāj atbildi