Existuje sloboda pri výbere hardvéru? Zistite, ako RISC-V pripravuje pôdu pre nové hnutie hardvéru s otvoreným zdrojom.
Mnohí z hlavných hráčov v polovodičovom biznise si nechávajú svoje návrhy vo vlastníctve a výrobcovia zariadení musia platiť licenčné poplatky, aby ich mohli používať.
Obchodné napätie medzi USA, Čínou a Taiwanom predstavuje výzvu v dodávateľskom reťazci polovodičov. Menší výrobcovia zariadení sa tiež snažia dovoliť tieto poplatky a prekážka vstupu je oveľa vyššia.
Podobne ako operačné systémy s otvoreným zdrojovým kódom, ako je Linux, umožnili vývojárom, nový otvorený štandard môže otriasť spôsobom, akým navrhujeme a vyrábame zariadenia, ktoré dnes bežia na svete.
V tejto príručke sa pozrieme do histórie architektúry RISC, zvážime výhody a nevýhody technológie a ponoríme sa do niekoľkých aplikácií RISC-V, ktoré dnes nájdete.
Najprv však, aby sme pochopili, prečo je RISC-V taký vzrušujúci, musíme pochopiť, ako fungujú počítače.
Čo je súbor pokynov?
Súbor inštrukcií sa týka súboru operácií, na vykonávanie ktorých bol počítač navrhnutý na úrovni stroja.
Berte to ako najzákladnejšie príkazy, ako je sčítanie, násobenie, načítanie a ukladanie údajov. Architektúra inštrukčnej sady je najdôležitejším rozhraním v počítači, pretože rozdeľuje hardvérové a softvérové aspekty.
Inštrukčná sada CPU nám hovorí, čo môže CPU robiť, ak je obmedzená konštrukciou jeho hardvéru.
Ak požiadate procesor, aby pridal dva bity, bude presne vedieť, čo má robiť, pretože v hardvéri je zabudovaný príkaz na prispôsobenie sa tejto inštrukcii.
Zložité operácie ako načítanie videa YouTube, prehrávanie a videohraalebo odoslanie tweetu zahŕňa volanie miliónov týchto základných príkazov, ktoré sa nachádzajú v inštrukčnej sade CPU.
Bežné architektúry inštrukčných sád (ISA) zahŕňajú ARM a Intel x86, z ktorých prvá je najpoužívanejšou ISA na svete.
Tieto štandardy ISA boli prvýkrát vyvinuté pred desiatkami rokov na základe vlastnej licencie. V tých skorších rokoch bola väčšina hardvéru a softvéru proprietárna.
čo je RISC?
Počas 1970. rokov mali počítačoví inžinieri tendenciu zameriavať sa na zvyšovanie zložitosti počítačových architektúr.
Polovodičová technológia rýchlo napredovala a bola schopná vykonávať veľké množstvo inštrukcií. To viedlo k typu počítača známeho ako CISC alebo počítačov s komplexnou inštrukčnou sadou.
Ukazuje sa, že veľa z pokynov sa v praxi používa len zriedka, napríklad v počítačových jazykoch na vysokej úrovni, ako napríklad C. David Patterson a Carlo Sequin z Kalifornskej univerzity v Berkeley si mysleli, že lepší výkon možno dosiahnuť pri oveľa nižšej náklady zjednodušením procesora.
Znížením množstva zložitosti môžu využiť zostávajúci priestor pre pamäť. Táto hypotéza bola nazvaná RISC alebo počítač s redukovanou inštrukčnou sadou.
Projekt RISC-I začal ako výskumný projekt, ktorého cieľom bolo dokázať, že počítač RISC je realizovateľný. Študenti v Berkeley mohli vytvoriť dizajn, ktorý fungoval iba s 31 pokynmi.
Riadiaca a inštrukčná časť čipu zaberala iba 6% kremíkovej matrice, zatiaľ čo iné čipy by na rovnaký účel použili polovicu. Na vyplnenie uvoľneného miesta boli pridané registre. Tieto registre umožnili čipu uchovávať viac pracovnej pamäte.
Architektúra RISC zaznamenala komerčný úspech v 1980. rokoch. Mnohé žetóny však čoskoro upadli do nemilosti. V súčasnosti sú procesory založené na ARM najbežnejším procesorom RISC kvôli prevahe moderných smartfónov, ktoré takmer výlučne používajú čipy ARM.
čo je RISC-V?
RISC-V sa vzťahuje na konkrétny súbor inštrukcií s otvoreným zdrojom, ktorého cieľom je dodržiavať princípy RISC. Na rozdiel od väčšiny ostatných návrhov ISA, RISC-V ISA nevyžaduje žiadne poplatky za používanie.
Architektúra RISC-V pôvodne začala ako výskumný projekt Krste Asanovića na UC Berkeley, no neskôr pozvali prispievateľov z celého sveta.
CPU na báze RISC má zjednodušený súbor inštrukcií, ktorých dokončenie trvá iba jeden hodinový cyklus. Vymieňajú si zložitosť s rýchlejším výkonom pomocou architektúry load-store.
To znamená, že inštrukcie adresujú len registre, ku ktorým je oveľa rýchlejší prístup ako k hlavnej pamäti.
RISC-V tiež podporuje efektívnu štruktúru pipeliningu, ktorá umožňuje paralelné vykonávanie viacerých inštrukcií.
Pretože RISC-V je otvorený štandard, každý môže použiť inštrukčnú sadu pre svoje vlastné produkty, čo môže viesť k revolúcii v oblasti open-source hardvéru.
kľúčové vlastnosti
- Jednoduchá súprava pokynov – Nedostatok komplexného zoznamu inštrukcií umožňuje rýchlejšie vykonávanie inštrukcií a uľahčuje zostavovanie viacerých inštrukcií.
- modularita – RISC-V má malú štandardnú základňu ISA a je dodávaný s rôznymi štandardnými rozšíreniami. To umožňuje používateľom vybrať si len tie časti, ktoré potrebujú pri zostavovaní vlastných čipov RISC-V.
- prodloužitelnost – K hlavnému ISA je možné pridať špecifické funkcie prostredníctvom rozšírení. To umožňuje užívateľom vytvárať si vlastné užívateľské inštrukcie, keď je to potrebné.
- Open source IP - RISC-V je otvorený štandard, čo znamená, že každý, kto chce používať tieto návrhy, tak môže urobiť bez toho, aby sa musel obávať licenčných poplatkov.
- Architektúra skladu nákladu – Pamäť má prednosť pred zložitosťou pomocou registrov.
Pros
- RISC-V je otvorený štandard, čo znamená, že každý si môže zostaviť svoje vlastné čipy.
- Vrstvený a rozšíriteľný dizajn umožňuje inováciu. Každý môže implementovať inštrukčnú sadu a môže vytvárať vlastné rozšírenia pre vlastné procesory.
- RISC-V je rozšíriteľný. Do sady pokynov môžete vždy pridať nové funkcie.
- Keďže RISC-V je open-source, každý sa môže zúčastniť na hľadaní chýb.
- RISC-V umožňuje zrýchlený vývojový cyklus. Nie je potrebné riešiť licenčné poplatky.
Zápory
- Decentralizovaná povaha sťažuje vydávanie záplat a aktualizácií.
- Existuje možnosť fragmentácie trhu. Keďže každý si môže navrhnúť svoje vlastné čipy RISC-V, bude náročné uistiť sa, že trh RISC-V nemusí mať rovnakú konzistentnú kvalitu, bezpečnosť alebo interoperabilitu.
- Neexistuje žiadna záruka adopcie. Investície do technológie RISC-V sa môžu vypomstiť, ak budú naďalej dostávať len malé percento podielu na trhu.
- V súčasnosti má RISC-V stále obmedzenú hardvérovú podporu.
- Ďalším problémom je hustota kódu. Vzhľadom na určitý program si kompilovaná inštrukčná sada RISC zvyčajne vyžaduje viac bajtov ako pri kompilácii do CISC. Je to preto, že na vykonanie jedného príkazu CISC môže byť potrebných niekoľko inštrukcií RISC.
Aktuálne aplikácie RISC-V
RISC-V je ideálny pre vstavané aplikácie. Ide o prípady použitia, ktoré vyžadujú, aby bol softvér natrvalo umiestnený vo vnútri zariadenia na vykonanie špecifikovaného súboru inštrukcií.
Zamyslite sa nad zariadeniami v ekosystéme internetu vecí alebo v automobilových aplikáciách a počítačových ovládačoch.
Tu je niekoľko aplikácií pre architektúru RISC-V, ktoré dnes nájdete.
Alibaba
Je pravdepodobné, že napätie medzi Spojenými štátmi a Čínou v súvislosti s IP dalo čínskym technologickým spoločnostiam dôvod na prechod na open source.
V októbri 2021 Alibaba Cloud Intelligence oznámila, že budú používať open source RISC-V procesory pre svoju architektúru.
Tie sa stanú prvým full-stackom na svete open source sériové procesory.
„RISC-V je v tomto momente veľmi atraktívny, pretože ako alternatíva k uzavretým a nákladným ISA, otvorený a bezplatný ISA RISC-V urýchľuje inováciu procesorov prostredníctvom spolupráce na otvorených štandardoch,“ povedal Yu Pu, produktový vedúci pre T-Head. , polovodičová spoločnosť a stopercentná dcérska spoločnosť Alibaba.
SiFive
SiFive je polovodičová spoločnosť, ktorú v roku 2015 založili Krste Asanović, Yunsup Lee a Andrew Waterman, traja výskumníci z Kalifornskej univerzity v Berkeley.
Boli schopní vyrobiť úplne prvé čipy, ktoré implementovali RISC-V ISA. Odvtedy boli schopní spolupracovať s viac ako 100 spoločnosťami, aby zlepšili svoje zariadenia pomocou čipov RISC-V.
Ich jadrá SiFive sú najpoužívanejšími riešeniami RISC-V na svete na svete.
SiHive dokonca ponúka kódovaciu súpravu RISC-V založenú na BBC Doctor Who, ktorá má deti naučiť programovanie a technológiu internetu vecí.
Tento produkt je sľubný v architektúre RISC-V, ktorá sa čoskoro dostane na trh spotrebiteľských zariadení.
Cloud Computing
Architektúru RISC-V možno použiť aj na napájanie cloudu. Niektoré firmy sa už zameriavajú záťaže dátového centra ako ďalšiu možnú aplikáciu RISC-V.
Siete vysokovýkonných výpočtov (HPC) už využívajú RISC-V na spracovanie dát pri prenose.
Keďže výroba serverov trvá dlhšie ako výroba vstavaných produktov, potrvá nejaký čas, kým uvidíme, že celé servery budú bežať na RISC-V.
záver
Spôsob, akým interagujeme s internetom, je postavený na pevných základoch otvorených štandardov. Zariadenia, ktoré používame, môžu tiež spĺňať otvorené štandardy, ako je napríklad dizajn USB alebo ako sa zariadenia navzájom spájajú cez Wi-Fi a Bluetooth.
Tieto otvorené štandardy umožňujú, aby sa všetky naše zariadenia a aplikácie stali funkčnejšími a interoperabilnejšími.
Otvorené štandardy ako RISC-V ovplyvnia spôsob, akým navrhujeme naše zariadenia.
Umožní každému vytvoriť to, čo chce, bez toho, aby musel byť obmedzený vlastníckym IP. RISC-V je udržiavaný aktívnou vývojovou komunitou, ktorá je transparentná a spolupracujúca.
O budúcnosti hardvéru, ktorý používame v našich zariadeniach, sa už nerozhoduje za zatvorenými dverami, ale rozhoduje sa otvorene, aby sa na nej mohol podieľať každý.
Zdieľajte tento článok, ak sa vám zdá byť poučný. Nenechajte si ujsť najnovšie správy v oblasti AI, ML a budúcich technológií, keď sa prihlásite na odber nášho týždenný newsletter!
Nechaj odpoveď