Există libertate în alegerea hardware-ului dvs.? Aflați cum RISC-V deschide calea pentru o nouă mișcare hardware cu sursă deschisă.
Mulți dintre jucătorii importanți din industria semiconductoarelor își păstrează design-urile proprietare, iar producătorii de dispozitive trebuie să plătească taxe de licență pentru a le utiliza.
Tensiunile comerciale dintre SUA, China și Taiwan reprezintă o provocare în lanțul de aprovizionare cu semiconductori. Producătorii mai mici de dispozitive se luptă, de asemenea, să-și permită aceste taxe, iar bariera de intrare este mult mai mare.
În același mod în care sistemele de operare open-source, cum ar fi Linux, au împuternicit dezvoltatorii, un nou standard deschis poate schimba modul în care proiectăm și fabricăm dispozitivele care conduc lumea astăzi.
În acest ghid, vom analiza istoria arhitecturii RISC, vom cântări avantajele și dezavantajele tehnologiei și vom explora câteva aplicații ale RISC-V pe care le puteți găsi astăzi.
Dar mai întâi, pentru a înțelege de ce RISC-V este atât de interesant, trebuie să înțelegem cum funcționează computerele.
Ce este un set de instrucțiuni?
Setul de instrucțiuni se referă la setul de operații pe care un computer a fost proiectat să le efectueze la nivel de mașină.
Gândiți-vă la acestea ca fiind cele mai de bază comenzi, cum ar fi adăugarea, înmulțirea, încărcarea și stocarea datelor. Arhitectura setului de instrucțiuni este cea mai importantă interfață dintr-un computer deoarece împarte aspectele hardware și software.
Setul de instrucțiuni al unui procesor ne spune ce poate face CPU, fiind limitat de designul hardware-ului său.
Dacă cereți unui procesor să adauge doi biți împreună, acesta va ști exact ce să facă, deoarece există o comandă încorporată în hardware pentru a găzdui această instrucțiune.
Operațiuni complexe precum încărcarea unui videoclip YouTube, redarea unui joc video, sau trimiterea unui tweet implică apelarea a milioane de aceste comenzi de bază găsite în setul de instrucțiuni CPU.
Arhitecturile obișnuite ale setului de instrucțiuni (ISA) includ ARM și x86 Intel, dintre care primul este cel mai utilizat ISA din lume.
Aceste ISA au fost dezvoltate pentru prima dată cu zeci de ani în urmă sub o licență proprietară. În acei ani anteriori, majoritatea hardware-ului și software-ului erau proprietare.
Ce este RISC?
În anii 1970, inginerii de calculatoare au avut tendința de a se concentra pe creșterea complexității arhitecturii computerelor.
Tehnologia semiconductoarelor a avansat rapid și era capabilă să execute un număr mare de instrucțiuni. Acest lucru a condus la un tip de computer cunoscut sub numele de CISC, sau computere cu set de instrucțiuni complexe.
Se dovedește că multe dintre instrucțiuni sunt rareori folosite în practică, cum ar fi în limbaje informatice de nivel înalt, cum ar fi C. David Patterson și Carlo Sequin de la Universitatea din California din Berkeley au considerat că o performanță mai bună poate fi obținută la un nivel mult mai scăzut. cost prin simplificarea procesorului.
Prin reducerea gradului de complexitate, ei pot folosi spațiul rămas pentru memorie. Această ipoteză a fost numită RISC, sau computer cu set de instrucțiuni redus.
Proiectul RISC-I a început ca un proiect de cercetare care urmărea să demonstreze că un computer RISC era fezabil. Elevii de la Berkeley au putut crea un design care să funcționeze cu doar 31 de instrucțiuni.
Secțiunea de control și instrucțiuni a cipului a ocupat doar 6% din matrița de siliciu, în timp ce alte cipuri ar folosi jumătate în același scop. Au fost adăugate registre pentru a completa spațiul eliberat. Aceste registre au permis cipului să dețină mai multă memorie de lucru.
Arhitectura RISC a avut succes comercial în anii 1980. Cu toate acestea, multe jetoane au căzut în curând din favoare. În prezent, procesoarele bazate pe ARM sunt cel mai comun procesor RISC, datorită prevalenței smartphone-urilor moderne care folosesc aproape exclusiv cipuri ARM.
Ce este RISC-V?
RISC-V se referă la un anumit set de instrucțiuni open-source care urmărește să urmeze principiile RISC. Spre deosebire de majoritatea celorlalte modele ISA, RISC-V ISA nu necesită taxe pentru utilizare.
Arhitectura RISC-V a început inițial ca un proiect de cercetare al lui Krste Asanović la UC Berkeley, dar mai târziu a invitat colaboratori din întreaga lume.
Un procesor bazat pe RISC are un set simplificat de instrucțiuni care durează doar un ciclu de ceas pentru a se finaliza. Ei comercializează complexitatea cu performanță mai rapidă prin utilizarea unei arhitecturi de depozitare de încărcare.
Aceasta înseamnă că instrucțiunile se adresează doar registrelor, care sunt mult mai rapid de accesat decât memoria principală.
RISC-V suportă, de asemenea, o structură eficientă de conducte, care permite executarea mai multor instrucțiuni în paralel.
Deoarece RISC-V este un standard deschis, oricine poate folosi setul de instrucțiuni pentru propriile produse, ceea ce poate duce la o revoluție în spațiul hardware open-source.
Caracteristici-cheie
- Set simplu de instrucțiuni - Lipsa unei liste complexe de instrucțiuni permite ca instrucțiunile să fie executate mai rapid și facilitează transmiterea mai multor instrucțiuni.
- modularitate – RISC-V are o bază ISA standard mică și vine cu diferite extensii standard. Acest lucru permite utilizatorilor să aleagă doar piesele de care au nevoie atunci când își construiesc propriile cipuri RISC-V.
- Extensibilitate – Funcții specifice pot fi adăugate la ISA principal prin extensii. Acest lucru le permite utilizatorilor să-și creeze propriile instrucțiuni personalizate atunci când este necesar.
- IP cu sursă deschisă – RISC-V este un standard deschis, ceea ce înseamnă că oricine dorește să folosească aceste modele poate face acest lucru fără a-și face griji cu privire la taxele de licență.
- Arhitectura depozitului de încărcare – Memoria este prioritizată față de complexitate folosind registre.
Pro-uri
- RISC-V este un standard deschis, ceea ce înseamnă că oricine își poate construi propriile cipuri.
- Designul stratificat și extensibil permite inovația. Oricine poate implementa setul de instrucțiuni și poate crea extensii personalizate pentru procesoare personalizate.
- RISC-V este extensibil. Puteți adăuga oricând funcții noi la setul de instrucțiuni.
- Deoarece RISC-V este open-source, oricine poate participa la căutarea erorilor.
- RISC-V face posibilă un ciclu de dezvoltare accelerat. Nu este nevoie să gestionați taxele de licență.
Contra
- Natura descentralizată face dificilă lansarea de corecții și actualizări.
- Există o posibilitate de fragmentare a pieței. Deoarece oricine își poate proiecta propriile cipuri RISC-V, va fi o provocare să vă asigurați că piața RISC-V ar putea să nu aibă aceeași calitate, securitate sau interoperabilitate consecventă.
- Nu există nicio garanție de adopție. Investiția în tehnologia RISC-V poate fi inversă dacă acestea continuă să primească doar un procent mic din cota de piață.
- În acest moment, RISC-V are încă suport hardware limitat.
- O altă problemă este cu densitatea codului. Având în vedere un anumit program, un set de instrucțiuni RISC compilat necesită de obicei mai mulți octeți decât atunci când este compilat în CISC. Acest lucru se datorează faptului că poate necesita mai multe instrucțiuni RISC pentru a efectua o singură comandă CISC.
Aplicații curente ale RISC-V
RISC-V este ideal pentru aplicații încorporate. Acestea sunt cazuri de utilizare care necesită software plasat permanent în interiorul unui dispozitiv pentru a efectua un set specificat de instrucțiuni.
Gândiți-vă la dispozitivele dintr-un ecosistem de Internet al lucrurilor sau din aplicații auto și controlere de computer.
Iată câteva aplicații pentru arhitectura RISC-V pe care le puteți găsi astăzi.
Alibaba
Este probabil ca tensiunea dintre Statele Unite și China din cauza IP să fi dat un motiv pentru ca companiile chineze de tehnologie să facă trecerea la open-source.
În octombrie 2021, Alibaba Cloud Intelligence a anunțat că vor folosi procesoare open source RISC-V pentru arhitectura lor.
Acestea vor deveni primul full-stack din lume open-source procesoare de serie.
„RISC-V este foarte atractiv în acest moment deoarece, ca alternativă la ISA închise și costisitoare, ISA RISC-V, deschis și gratuit, accelerează inovarea procesoarelor prin colaborarea la standard deschis”, a spus Yu Pu, responsabil de produs pentru T-Head. , o companie de semiconductori și o filială deținută în totalitate de Alibaba.
Da Cinci
SiFive este o companie de semiconductori fondată în 2015 de Krste Asanović, Yunsup Lee și Andrew Waterman, trei cercetători de la Universitatea din California Berkeley.
Au fost capabili să creeze primele cipuri care au implementat RISC-V ISA. De atunci, au reușit să colaboreze cu peste 100 de companii pentru a-și îmbunătăți dispozitivele cu cipuri RISC-V.
Nucleele lor SiFive sunt cele mai implementate soluții RISC-V din siliciu din lume.
SiHive oferă chiar și un kit de codare RISC-V bazat pe BBC Doctor Who, menit să învețe copiii despre programare și tehnologia IoT.
Acest produs este promițător în arhitectura RISC-V, ajungând în curând pe piața dispozitivelor de consum.
Cloud Computing
Arhitectura RISC-V poate fi folosită și pentru a alimenta cloud-ul. Unele companii vizează deja sarcinile de lucru ale centrului de date ca următoarea posibilă aplicație a RISC-V.
Rețelele de calcul de înaltă performanță (HPC) folosesc deja RISC-V pentru a procesa date în tranzit.
Deoarece serverele durează mai mult să producă decât produsele încorporate, va dura ceva timp până când vedem servere întregi rulând pe RISC-V.
Concluzie
Modul în care interacționăm cu internetul este construit pe o bază solidă de standarde deschise. Dispozitivele pe care le folosim pot respecta, de asemenea, standarde deschise, cum ar fi designul USB sau modul în care dispozitivele se conectează între ele prin Wi-Fi și Bluetooth.
Aceste standarde deschise permit tuturor dispozitivelor și aplicațiilor noastre să devină mai funcționale și mai interoperabile.
Standardele deschise precum RISC-V vor avea un impact asupra modului în care ne proiectăm dispozitivele.
Acesta va permite oricui să creeze ceea ce își dorește fără a fi limitat de IP-ul proprietar. RISC-V este menținut de o comunitate de dezvoltare activă, transparentă și de natură colaborativă.
Viitorul hardware-ului pe care îl folosim în dispozitivele noastre nu mai este decis acum în spatele ușilor închise, ci este decis în aer liber, pentru ca toată lumea să participe.
Distribuiți acest articol dacă vi se pare perspicace. Nu rata cele mai recente știri din AI, ML și tehnologia viitoare abonându-te la nostru newsletter-ul săptămânal!
Lasă un comentariu