Az Intel és az ARM nyílt alternatívája: Mi az a RISC-V?

Ha nyílt forráskódú számítógépet szeretne építeni, megteheti – ha szoftverekről beszél. A motorháztető alatt található processzor azonban szabadalmaztatott. RISC-V egy nyílt forráskódú processzor, amely gyorsan hódít, és azt ígéri, hogy megváltoztatja a számítástechnikai környezetet.

Az Intel és az ARM Design alternatívája

Jelenleg két processzor-kialakítás uralkodik: az ARM és az Intel x86. Bár mindkét vállalat hatalmas léptékben működik, üzleti modelljeik alapvetően különböznek egymástól.

Az Intel saját chipjeit tervezi és gyártja, míg az ARM harmadik fél tervezőinek, például a Qualcommnak és a Samsungnak licenceli a terveit, amelyek aztán hozzáadják saját fejlesztéseiket. Míg a Samsung rendelkezik a processzorok házon belüli gyártásához szükséges infrastruktúrával, a Qualcomm (és más „fables” tervezők) ezt a fontos munkát harmadik felekre bízza.

Az ARM esetében ez gyakran azt is megköveteli, hogy a licencadók olyan titoktartási megállapodásokat írjanak alá, amelyek célja, hogy a chipek kialakításának egyes aspektusait titokban tartsák. Ez nem meglepő, tekintve, hogy a teljes üzleti modell nem a gyártás köré épül, hanem a szellemi tulajdonra.

Mindeközben az Intel saját kereskedelmi tervezési titkait rejt magában. Mivel mindkét processzortípus kereskedelmi jellegű, nehéz (ha nem teljesen lehetetlen) az akadémikusok és a nyílt forráskódú hackerek számára befolyásolni a tervezést.

Miben más a RISC-V?

A RISC-V merőben más. Először is, ez nem egy cég. Először 2010-ben fogant fel akadémikusok Kaliforniai Egyetem, Berkeley nyílt forráskódú, jogdíjmentes alternatívája a meglévő inkumbens szolgáltatóknak.

Ez hasonló a Linux telepítéséhez a Windows helyett, így nem kell semmit sem vásárolnia, és nem kell beleegyeznie semmilyen megterhelő licencszerződésbe. A RISV-V ugyanezt kívánja tenni a félvezetőkutatás és -tervezés terén.

  Arcade játékok játéka a MAME használatával Linuxon

Az ARM emellett licenceli mind az utasításkészlet-architektúrát (ISA), amely a processzor által natívan érthető parancsokra utal, mind a mikroarchitektúrát, amely megmutatja, hogyan lehet megvalósítani.

A RISC-V csupán az ISA-t kínálja, lehetővé téve a kutatók és a gyártók számára, hogy meghatározzák, hogyan kívánják ténylegesen használni. Ez minden kategóriájú eszközhöz méretezhetővé teszi, az alacsony fogyasztású, 16 bites chipektől a beágyazott rendszerekhez, a 128 bites processzorokig a szuperszámítógépekig.

Ahogy a neve is sugallja, a RISC-V a csökkentett utasításkészletű számítógép (RISC) elvét használja, ugyanazt, mint az ARM, MIPS, SPARC és Power tervezésen alapuló chipek.

Mit is jelent ez? Nos, minden számítógépes processzor középpontjában az utasításoknak nevezett dolgok állnak. A legalapvetőbb kifejezésekkel ezek a hardverben képviselt kis programok, amelyek megmondják a processzornak, hogy mit kell tennie.

A RISC-alapú lapkák általában kevesebb utasítást tartalmaznak, mint a komplex utasításkészletű számítógépet (CISC) használó chipek, mint például az Intel. Ezenkívül maguk az utasítások sokkal egyszerűbben megvalósíthatók a hardverben.

Az egyszerűbb utasítások azt jelentik, hogy a chipgyártók sokkal hatékonyabbak lehetnek chipterveikkel. A kompromisszum az, hogy ezeket a viszonylag összetett feladatokat nem a processzor hajtja végre. Ehelyett szoftverenként több, kisebb utasításra bontja őket.

Ennek eredményeként a RISC elnyerte a Relegate the Important Stuff to the Compiler becenevet. Bár ez rossz dolognak hangzik, nem az. Ennek megértéséhez azonban először meg kell értenie, mi is valójában a számítógépes processzor.

A telefonban vagy számítógépben lévő processzor több milliárd apró alkatrészből, úgynevezett tranzisztorból áll. A CISC-alapú chipek esetében sok ilyen tranzisztor a rendelkezésre álló különféle utasításokat képviseli.

  Értesítések TV-műsorokról, koncertekről, játékokról, esőről és sok másról

Mivel a RISC chipeknek kevesebb, egyszerűbb utasítása van, nincs szükség sok tranzisztorra. Ez azt jelenti, hogy több helyed van sok érdekes dolog elvégzésére. Például több gyorsítótár- és memóriaregisztert, vagy extra funkciókat építhet be az AI és a grafikus feldolgozáshoz.

A chipet fizikailag kisebbre is teheti, ha kevesebb tranzisztort használ. Ez az oka annak, hogy a MIPS és ARM RISC-alapú chipjei gyakran megtalálhatók az Internet of Things (IoT) eszközökben.

A Need for Speed

Természetesen nem a licencelés az egyetlen indoka a RISC-V számára. David Patterson, aki az első kutatási projekteket vezette a RISC processzorok tervezésével kapcsolatban, elmondta, hogy a RISC-V az úgy tervezték, hogy kezelje a CPU teljesítményének közelgő korlátait ami a gyártási fejlesztésekből nyerhető.

Minél több tranzisztor fér el egy chipen, annál alkalmasabb lesz a processzor. Ennek eredményeként az olyan chipgyártók, mint a TSMC és a Samsung (mindketten harmadik felek megbízásából gyártanak processzorokat) keményen dolgoznak a tranzisztorok méretének még nagyobb csökkentésén.

Az első kereskedelmi mikroprocesszor, az Intel 4004 mindössze 2250 tranzisztort tartalmazott, mindegyik 10 000 nanométeres (körülbelül 0,01 mm-es). Természetesen kicsi, de ellentétben az Apple A14 Bionic processzorával, amelyet 40 évvel később adtak ki. Ez a chip (amely az új iPad Airt táplálja) 11,8 milliárd tranzisztorral rendelkezik, mindegyik 5 nanométer átmérőjű.

1965-ben Gordon E. Moore, az Intel társalapítója kifejtette, hogy a chipre helyezhető tranzisztorok száma kétévente megduplázódik.

„A minimális alkatrészköltségek bonyolultsága nagyjából évi kétszeresére nőtt” – írta Moore az Electronics magazin 35. évfordulójának számában. „Természetesen rövid távon ez az arány várhatóan folytatódik, ha nem is emelkedik. Hosszabb távon a növekedés mértéke némileg bizonytalanabb, bár nincs okunk azt hinni, hogy legalább 10 évig nem marad közel változatlan.

  A Slack Workflow Builder használata

A Moore-törvény alkalmazása várhatóan ebben az évtizedben megszűnik. Jelentős kétség merül fel azzal kapcsolatban is, hogy a chipgyártók képesek-e hosszú távon folytatni ezt a miniatürizálás irányába mutató tendenciát. Ez érvényes tudományos alapszinten és közgazdasági szinten is.

A kisebb tranzisztorok gyártása végül is sokkal bonyolultabb és drágább. A TSMC például több mint 17 milliárd dollárt költött gyárára 5 nm-es chipek létrehozására. Ezt a téglafalat figyelembe véve a Risk-V célja a teljesítményprobléma megoldása a tranzisztorok méretének és számának csökkentésén túlmenően.

A vállalatok már használják a RISC-V-t

A RISC-V projekt 2010-ben indult, és 2011-ben készült el az első ISA-t használó chip. Három évvel később a projekt nyilvánossá vált, és hamarosan megindult a kereskedelmi érdeklődés. A technológiát már olyan cégek is használják, mint az NVIDIA, az Alibaba és a Western Digital.

Az irónia az, hogy a RISC-V-ben nincs semmi alapvetően átütő. Az alapítás jegyzeteket a honlapján: „A RISC-V ISA legalább 40 éves számítógépes architektúra ötleteken alapul.”

Ami azonban vitathatatlanul úttörő, az az üzleti modell – vagy annak hiánya. Ez teszi ki a projektet kísérletezésnek, fejlesztésnek és potenciálisan korlátlan növekedésnek. Mint a RISC-V Alapítvány honlapján is megjegyzi:

„Az érdekesség az, hogy ez egy közös ingyenes és nyílt szabvány, amelyre a szoftverek portolhatók, és amely lehetővé teszi, hogy bárki szabadon fejleszthesse saját hardverét a szoftver futtatásához.”

Ebben az írásban a RISC-V chipek nagyrészt a színfalak mögött dolgoznak a szerverfarmokban és mikrokontrollerként. Azt még látni kell, hogy van-e lehetőség az ARM/Intel ISA duopólium megrázására a fogyasztói térben.

Ha azonban az inkumbensek stagnálnak, a lehetőség határain belül van, hogy egy sötét ló bevágtathat, és mindent megváltoztathat.