Inhoudsopgave[Zich verstoppen][Laten zien]
Is er vrijheid bij het kiezen van uw hardware? Ontdek hoe RISC-V de weg vrijmaakt voor een nieuwe open-source hardware beweging.
Veel van de grote spelers in de halfgeleiderindustrie houden hun ontwerpen eigendom en fabrikanten van apparaten moeten licentiekosten betalen om ze te gebruiken.
Handelsspanningen tussen de VS, China en Taiwan vormen een uitdaging in de toeleveringsketen van halfgeleiders. Kleinere apparaatfabrikanten hebben ook moeite om deze vergoedingen te betalen en de toetredingsdrempel is veel hoger.
Net zoals open-source besturingssystemen zoals Linux ontwikkelaars in staat hebben gesteld, kan een nieuwe open standaard de manier veranderen waarop we de apparaten ontwerpen en maken die de wereld van vandaag besturen.
In deze gids gaan we in op de geschiedenis van de RISC-architectuur, wegen we de voor- en nadelen van de technologie af en duiken we in enkele toepassingen van RISC-V die je vandaag de dag kunt vinden.
Maar om te begrijpen waarom RISC-V zo opwindend is, moeten we eerst begrijpen hoe computers werken.
Wat is een instructieset?
De instructieset verwijst naar de reeks bewerkingen waarvoor een computer is ontworpen om op machineniveau uit te voeren.
Beschouw dit als de meest elementaire commando's zoals optellen, vermenigvuldigen, laden en opslaan van gegevens. De architectuur van de instructieset is de belangrijkste interface in een computer omdat het de hardware- en de softwareaspecten verdeelt.
De instructieset van een CPU vertelt ons wat de CPU kan doen, beperkt door het ontwerp van de hardware.
Als je een CPU vraagt om twee bits bij elkaar op te tellen, weet hij precies wat hij moet doen, aangezien er een commando in de hardware is ingebouwd om aan deze instructie te voldoen.
Complexe bewerkingen zoals het laden van een YouTube-video, het afspelen van een video game, of het verzenden van een tweet omvat het aanroepen van miljoenen van deze basiscommando's in de CPU-instructieset.
Gemeenschappelijke instructieset-architecturen (ISA's) omvatten ARM en Intel's x86, waarvan de eerste de meest gebruikte ISA ter wereld is.
Deze ISA's zijn decennia geleden voor het eerst ontwikkeld onder een eigen licentie. In die vroegere jaren was de meeste hardware en software propriëtair.
Wat is RISC?
In de jaren zeventig concentreerden computeringenieurs zich meestal op het vergroten van de complexiteit van computerarchitecturen.
De halfgeleidertechnologie maakte snelle vorderingen en was in staat een groot aantal instructies uit te voeren. Dit leidde tot een type computer dat bekend staat als CISC's, of computers met complexe instructiesets.
Het blijkt dat veel van de instructies in de praktijk zelden worden gebruikt, zoals in computertalen op hoog niveau zoals C. David Patterson en Carlo Sequin van de University of California in Berkeley dachten dat betere prestaties kunnen worden bereikt tegen veel lagere kosten door de processor te vereenvoudigen.
Door de hoeveelheid complexiteit te verminderen, kunnen ze de resterende ruimte voor geheugen gebruiken. Deze hypothese werd de RISC of computer met gereduceerde instructieset genoemd.
Het RISC-I-project begon als een onderzoeksproject dat tot doel had te bewijzen dat een RISC-computer haalbaar was. Studenten van Berkeley konden een ontwerp maken dat werkte met slechts 31 instructies.
Het besturings- en instructiegedeelte van de chip nam slechts 6% van de siliciumchip in beslag, terwijl andere chips de helft voor hetzelfde doel zouden gebruiken. Om de vrijgekomen ruimte op te vullen zijn registers toegevoegd. Door deze registers kon de chip meer werkgeheugen bevatten.
De RISC-architectuur vond commercieel succes in de jaren tachtig. Veel chips vielen echter al snel uit de gratie. Momenteel zijn op ARM gebaseerde processors de meest voorkomende RISC-processor, vanwege de prevalentie van moderne smartphones die bijna uitsluitend ARM-chips gebruiken.
Wat is RISC-V?
RISC-V verwijst naar een bepaalde open-source instructieset die tot doel heeft de RISC-principes te volgen. In tegenstelling tot de meeste andere ISA-ontwerpen, zijn er geen kosten verbonden aan het gebruik van de RISC-V ISA.
De RISC-V-architectuur begon oorspronkelijk als een onderzoeksproject van Krste Asanović aan UC Berkeley, maar nodigde later bijdragers van over de hele wereld uit.
Een op RISC gebaseerde CPU heeft een vereenvoudigde reeks instructies die slechts één klokcyclus in beslag nemen. Ze verhandelen complexiteit met snellere prestaties door het gebruik van een load-store-architectuur.
Dit betekent dat instructies alleen registers adresseren, die veel sneller toegankelijk zijn dan het hoofdgeheugen.
RISC-V ondersteunt ook een efficiënte pijplijnstructuur, waardoor meerdere instructies parallel kunnen worden uitgevoerd.
Omdat RISC-V een open standaard is, kan iedereen de instructieset voor zijn eigen producten gebruiken, wat kan leiden tot een revolutie op het gebied van open-source hardware.
Belangrijkste kenmerken
- Eenvoudige instructieset – Door het ontbreken van een complexe lijst met instructies kunnen instructies sneller worden uitgevoerd en wordt het eenvoudiger om meerdere instructies in een pijplijn te zetten.
- modulariteit – RISC-V heeft een kleine standaardbasis ISA en wordt geleverd met verschillende standaarduitbreidingen. Hierdoor kunnen gebruikers alleen de onderdelen kiezen die ze nodig hebben bij het bouwen van hun eigen RISC-V-chips.
- rekbaarheid – Via uitbreidingen kunnen specifieke functies aan de hoofd-ISA worden toegevoegd. Hierdoor kunnen gebruikers hun eigen aangepaste instructies maken wanneer dat nodig is.
- Opensource-IP – RISC-V is een open standaard, wat betekent dat iedereen die deze ontwerpen wil gebruiken dit kan doen zonder zich zorgen te hoeven maken over licentiekosten.
- Load-store-architectuur - Geheugen krijgt voorrang op complexiteit met behulp van registers.
VOORDELEN
- RISC-V is een open standaard, wat betekent dat iedereen zijn eigen chips kan bouwen.
- Het gelaagde en uitbreidbare ontwerp maakt innovatie mogelijk. Iedereen kan de instructieset implementeren en aangepaste extensies maken voor aangepaste processors.
- RISC-V is uitbreidbaar. U kunt altijd nieuwe functies aan de instructieset toevoegen.
- Aangezien RISC-V open-source is, kan iedereen deelnemen aan het zoeken naar bugs.
- RISC-V maakt een versnelde ontwikkelingscyclus mogelijk. U hoeft geen licentiekosten te betalen.
NADELEN
- Decentrale aard maakt het moeilijk om patches en updates uit te brengen.
- Er is een kans op versnippering van de markt. Aangezien iedereen zijn eigen RISC-V-chips kan ontwerpen, wordt het een uitdaging om ervoor te zorgen dat de RISC-V-markt niet dezelfde consistente kwaliteit, beveiliging of interoperabiliteit heeft.
- Er is geen garantie op adoptie. Investeren in RISC-V-technologie kan averechts werken als ze slechts een klein percentage van het marktaandeel blijven ontvangen.
- Op dit moment heeft RISC-V nog beperkte hardware-ondersteuning.
- Een ander probleem is de codedichtheid. Gegeven een bepaald programma, vereist een gecompileerde RISC-instructieset meestal meer bytes dan wanneer deze wordt gecompileerd naar CISC. Dit komt omdat er mogelijk meerdere RISC-instructies nodig zijn om een enkele CISC-opdracht uit te voeren.
Huidige toepassingen van RISC-V
RISC-V is ideaal voor embedded toepassingen. Dit zijn use-cases waarbij software permanent in een apparaat is geplaatst om een gespecificeerde reeks instructies uit te voeren.
Denk aan apparaten in een Internet of Things-ecosysteem of in autotoepassingen en computercontrollers.
Hier zijn enkele toepassingen voor de RISC-V-architectuur die u vandaag kunt vinden.
Alibaba
Het is waarschijnlijk dat de spanning tussen de Verenigde Staten en China over IP een reden is geweest voor Chinese technologiebedrijven om de overstap te maken open source.
In oktober 2021, Alibaba Cloud Intelligence aangekondigd dat ze open source RISC-V-processors zullen gebruiken voor hun architectuur.
Dit worden 's werelds eerste full-stack open source serie processoren.
"RISC-V is op dit moment erg aantrekkelijk, omdat de open en gratis ISA RISC-V, als alternatief voor gesloten en dure ISA's, processorinnovatie versnelt door samenwerking op basis van open standaarden", zegt Yu Pu, productleider voor T-Head, een halfgeleiderbedrijf en een volledige dochteronderneming van Alibaba.
SiFive
SiFive is een halfgeleiderbedrijf dat in 2015 is opgericht door Krste Asanović, Yunsup Lee en Andrew Waterman, drie onderzoekers van de University of California Berkeley.
Ze waren in staat om de allereerste chips te maken die de RISC-V ISA implementeerden. Sindsdien hebben ze kunnen samenwerken met meer dan 100 bedrijven om hun apparaten met RISC-V-chips te verbeteren.
Hun SiFive Cores zijn de meest op silicium gebaseerde RISC‑V-oplossingen ter wereld.
SiHive biedt zelfs een BBC Doctor Who-gebaseerde RISC-V-coderingskit, bedoeld om kinderen te leren over programmeren en IoT-technologie.
Dit product is veelbelovend in de RISC-V-architectuur en bereikt binnenkort de markt voor consumentenapparatuur.
Cloud Computing
RISC-V-architectuur kan ook worden gebruikt om de cloud van stroom te voorzien. Sommige bedrijven zijn al aan het mikken workloads in het datacenter als de volgende mogelijke toepassing van RISC-V.
High Performance Computing (HPC)-netwerken maken al gebruik van RISC-V voor het verwerken van gegevens die onderweg zijn.
Aangezien de productie van servers langer duurt dan embedded producten, zal het enige tijd duren voordat we zien dat volledige servers op RISC-V draaien.
Conclusie
De manier waarop we omgaan met internet is gebouwd op een solide basis van open standaarden. De apparaten die we gebruiken, kunnen ook open standaarden volgen, zoals het USB-ontwerp of hoe apparaten met elkaar verbonden zijn door Wifi en Bluetooth.
Dankzij deze open standaarden kunnen al onze apparaten en applicaties functioneler en interoperabeler worden.
Open standaarden zoals RISC-V zullen invloed hebben op de manier waarop we onze apparaten ontwerpen.
Het stelt iedereen in staat om te creëren wat ze willen zonder beperkt te worden door eigen IP. RISC-V wordt onderhouden door een actieve ontwikkelingsgemeenschap die transparant en samenwerkend van aard is.
De toekomst van de hardware die we in onze apparaten gebruiken, wordt nu niet langer achter gesloten deuren beslist, maar in het openbaar, waar iedereen aan kan deelnemen.
Deel dit artikel als u het verhelderend vindt. Mis het laatste nieuws op het gebied van AI, ML en toekomstige technologie niet door u te abonneren op onze wekelijkse nieuwsbrief!
Laat een reactie achter