Ali obstaja svoboda pri izbiri strojne opreme? Ugotovite, kako RISC-V utira pot novemu odprtokodnemu gibanju strojne opreme.
Mnogi glavni akterji v poslu s polprevodniki ohranjajo svoje zasnove v lasti, proizvajalci naprav pa morajo plačati licenčnine za njihovo uporabo.
Trgovinske napetosti med ZDA, Kitajsko in Tajvanom predstavljajo izziv v dobavni verigi polprevodnikov. Tudi manjši proizvajalci naprav si težko privoščijo te pristojbine in vstopna ovira je veliko višja.
Podobno kot so odprtokodni operacijski sistemi, kot je Linux, pooblastili razvijalce, lahko nov odprti standard pretrese način oblikovanja in izdelave naprav, ki danes upravljajo svet.
V tem priročniku si bomo ogledali zgodovino arhitekture RISC, pretehtali prednosti in slabosti tehnologije ter se poglobili v nekaj aplikacij RISC-V, ki jih lahko najdete danes.
Toda najprej, da bi razumeli, zakaj je RISC-V tako vznemirljiv, moramo razumeti, kako računalniki delujejo.
Kaj je komplet navodil?
Nabor navodil se nanaša na niz operacij, za katere je bil računalnik zasnovan za izvajanje na ravni stroja.
Pomislite na to kot na najosnovnejše ukaze, kot so dodajanje, množenje, nalaganje in shranjevanje podatkov. Arhitektura nabora navodil je najpomembnejši vmesnik v računalniku, ker ločuje vidike strojne in programske opreme.
Nabor navodil CPE nam pove, kaj lahko CPU naredi, saj je omejen z zasnovo njegove strojne opreme.
Če CPE zahtevate, da sešteje dva bita, bo natančno vedel, kaj storiti, saj je v strojni opremi vgrajen ukaz, ki ustreza temu navodilu.
Kompleksne operacije, kot je nalaganje videoposnetka YouTube, predvajanje a video igre, ali pošiljanje tvita vključuje klicanje milijonov teh osnovnih ukazov, ki jih najdemo v naboru navodil CPE.
Skupne arhitekture nabora ukazov (ISA) vključujejo ARM in Intelov x86, od katerih je prva najbolj razširjena ISA na svetu.
Ti ISA so bili prvič razviti pred desetletji pod lastniško licenco. V tistih prejšnjih letih je bila večina strojne in programske opreme lastniška.
Kaj je RISC?
V sedemdesetih letih prejšnjega stoletja so se računalniški inženirji osredotočali na povečanje kompleksnosti računalniških arhitektur.
Polprevodniška tehnologija je hitro napredovala in je bila sposobna izvajati veliko število navodil. To je privedlo do vrste računalnika, znanega kot CISC, ali računalniki s kompleksnim naborom navodil.
Izkazalo se je, da se večina navodil v praksi le redko uporablja, na primer v računalniških jezikih na visoki ravni, kot sta C. David Patterson in Carlo Sequin s kalifornijske univerze v Berkeleyju menila, da je mogoče boljše delovanje doseči pri veliko nižji stroškov s poenostavitvijo procesorja.
Z zmanjšanjem kompleksnosti lahko porabijo preostali prostor za pomnilnik. To hipotezo so poimenovali RISC ali računalnik z zmanjšanim naborom navodil.
Projekt RISC-I se je začel kot raziskovalni projekt, katerega cilj je bil dokazati, da je računalnik RISC izvedljiv. Študenti na Berkeleyju so lahko ustvarili dizajn, ki je deloval z le 31 navodili.
Kontrolni in inštruktorski del čipa je zavzemal le 6 % silicijeve matrice, medtem ko bi drugi čipi za isti namen porabili polovico. Za zapolnitev sproščenega prostora so bili dodani registri. Ti registri so čipu omogočili več delovnega pomnilnika.
Arhitektura RISC je v osemdesetih letih dosegla komercialni uspeh. Vendar pa je veliko žetonov kmalu padlo v nemilost. Trenutno so procesorji, ki temeljijo na ARM, najpogostejši procesor RISC, zaradi razširjenosti sodobnih pametnih telefonov, ki skoraj izključno uporabljajo čipe ARM.
Kaj je RISC-V?
RISC-V se nanaša na določen odprtokodni niz navodil, katerega cilj je slediti načelom RISC. Za razliko od večine drugih modelov ISA, RISC-V ISA za uporabo ne zahteva nobenih pristojbin.
Arhitektura RISC-V se je prvotno začela kot raziskovalni projekt Krsteta Asanovića na UC Berkeley, kasneje pa je povabila sodelavce z vsega sveta.
CPE, ki temelji na RISC, ima poenostavljen nabor navodil, ki potrebujejo samo en taktni cikel za dokončanje. S kompleksnostjo trgujejo s hitrejšo zmogljivostjo z uporabo arhitekture nalaganja-shranjevanja.
To pomeni, da navodila naslovijo samo registre, do katerih je dostop veliko hitrejši kot do glavnega pomnilnika.
RISC-V podpira tudi učinkovito cevovodno strukturo, ki omogoča vzporedno izvajanje več ukazov.
Ker je RISC-V odprt standard, lahko vsakdo uporablja nabor navodil za svoje izdelke, kar lahko privede do revolucije v odprtokodnem prostoru strojne opreme.
Ključne funkcije
- Preprost komplet navodil - Pomanjkanje zapletenega seznama navodil omogoča hitrejše izvajanje navodil in olajša cevovodenje več navodil.
- Modularnost – RISC-V ima majhno standardno bazo ISA in ima različne standardne razširitve. To uporabnikom omogoča, da izberejo samo tiste dele, ki jih potrebujejo pri izdelavi lastnih čipov RISC-V.
- Razširljivost – Posebne funkcije je mogoče dodati glavnemu ISA prek razširitev. To uporabnikom omogoča, da po potrebi ustvarijo lastna navodila po meri.
- Odprtokodni IP – RISC-V je odprt standard, kar pomeni, da lahko vsakdo, ki želi uporabljati te modele, to stori brez skrbi za licenčne pristojbine.
- Arhitektura nakladalnice – Pri uporabi registrov ima pomnilnik prednost pred kompleksnostjo.
Prednosti
- RISC-V je odprt standard, kar pomeni, da lahko vsak sestavi lastne čipe.
- Večplastna in raztegljiva oblika omogoča inovacije. Vsak lahko implementira nabor navodil in lahko ustvari razširitve po meri za procesorje po meri.
- RISC-V je razširljiv. Naboru navodil lahko vedno dodate nove funkcije.
- Ker je RISC-V odprtokoden, lahko vsakdo sodeluje pri iskanju hroščev.
- RISC-V omogoča pospešen razvojni cikel. Licenčnih pristojbin ni treba obravnavati.
Proti
- Decentralizirana narava otežuje izdajanje popravkov in posodobitev.
- Obstaja možnost razdrobljenosti trga. Ker lahko vsak oblikuje svoje čipe RISC-V, bo izziv zagotoviti, da trg RISC-V morda ne bo imel enake dosledne kakovosti, varnosti ali interoperabilnosti.
- Ni jamstva za posvojitev. Vlaganje v tehnologijo RISC-V se lahko povrne, če še naprej prejemajo le majhen odstotek tržnega deleža.
- Trenutno ima RISC-V še vedno omejeno podporo za strojno opremo.
- Druga težava je z gostoto kode. Glede na določen program preveden nabor ukazov RISC običajno zahteva več bajtov kot pri prevajanju v CISC. To je zato, ker lahko zahteva več navodil RISC za izvedbo enega ukaza CISC.
Trenutne aplikacije RISC-V
RISC-V je idealen za vgrajene aplikacije. To so primeri uporabe, ki zahtevajo programsko opremo, ki je trajno nameščena v napravi za izvajanje določenega niza navodil.
Pomislite na naprave v ekosistemu interneta stvari ali v avtomobilskih aplikacijah in računalniških krmilnikih.
Tukaj je nekaj aplikacij za arhitekturo RISC-V, ki jih lahko najdete danes.
Alibaba
Verjetno je napetost med ZDA in Kitajsko zaradi IP-ja dala razlog za kitajska tehnološka podjetja, da preidejo na open-source.
Oktobra 2021 Alibaba Cloud Intelligence razglasitve da bodo za svojo arhitekturo uporabljali odprtokodne procesorje RISC-V.
Ti bodo prvi na svetu s polnim skladom open source serijski procesorji.
"RISC-V je v tem trenutku zelo privlačen, saj kot alternativa zaprtim in dragim ISA odprta in brezplačna ISA RISC-V pospešuje inovacije procesorjev s sodelovanjem odprtega standarda," je dejal Yu Pu, vodja izdelka za T-Head. , polprevodniško podjetje in hčerinska družba Alibaba v XNUMX-odstotni lasti.
SiFive
SiFive je polprevodniško podjetje, ki so ga leta 2015 ustanovili Krste Asanović, Yunsup Lee in Andrew Waterman, trije raziskovalci z kalifornijske univerze Berkeley.
Uspeli so izdelati prve čipe, ki so implementirali RISC-V ISA. Od takrat so lahko sodelovali z več kot 100 podjetji, da bi izboljšali svoje naprave s čipi RISC-V.
Njihova SiFive Cores so najbolj silicijeve rešitve RISC-V na svetu.
SiHive ponuja celo komplet za kodiranje RISC-V, ki temelji na BBC Doctor Who, ki je namenjen poučevanju otrok o programiranju in tehnologiji interneta stvari.
Ta izdelek je obetaven v arhitekturi RISC-V, ki bo kmalu dosegel trg potrošniških naprav.
Cloud Computing
Arhitektura RISC-V se lahko uporablja tudi za napajanje oblaka. Nekatera podjetja že ciljajo delovne obremenitve podatkovnega centra kot naslednja možna uporaba RISC-V.
Visoko zmogljiva računalniška omrežja (HPC) že uporabljajo RISC-V za obdelavo podatkov med prenosom.
Ker se strežniki proizvajajo dlje kot vgrajeni izdelki, bo trajalo nekaj časa, dokler ne bomo videli, da celotni strežniki delujejo na RISC-V.
zaključek
Način, kako komuniciramo z internetom, je zgrajen na trdnih temeljih odprtih standardov. Naprave, ki jih uporabljamo, lahko sledijo tudi odprtim standardom, kot je zasnova USB ali način povezovanja naprav med seboj skozi Wi-Fi in Bluetooth.
Ti odprti standardi omogočajo, da vse naše naprave in aplikacije postanejo bolj funkcionalne in interoperabilne.
Odprti standardi, kot je RISC-V, bodo vplivali na način, kako oblikujemo naše naprave.
Omogočil bo vsakomur, da ustvari, kar želi, ne da bi moral biti omejen z lastniškim IP-jem. RISC-V vzdržuje aktivna razvojna skupnost, ki je po naravi pregledna in sodelovalna.
Prihodnost strojne opreme, ki jo uporabljamo v naših napravah, se zdaj ne odloča več za zaprtimi vrati, ampak se odloča na prostem, v kateri lahko sodelujejo vsi.
Delite ta članek, če se vam zdi pronicljiv. Ne zamudite najnovejših novic na področju AI, ML in tehnologije prihodnosti, tako da se naročite na naš tedensko glasilo!
Pustite Odgovori