RISC-V най-важната технология, за която не сте чували

RISC-V е най-важната нова архитектура с комплект от инструкции (instruction set architecture  – ISA), която вероятно чувате за първи път. Не се притеснявайте. Тук ще научите: какво е RISC-V; защо е важна; в кои устройства ще видим RISC-V ISA; кой ще се възползва и кой ще загуби от тази нова RISC-V архитектура. Има много въпроси относно тази нова технология, така че нека да започваме.

Какво е RISC-V ISA?

RISC-V (произнася се като риск файв) е архитектура с комплект от инструкции (ISA), която е с отворен стандарт (лиценз с отворен код). ISA е начинът на кодиране на софтуера и в основата си е езикът, който процесорът разбира. Всяка инструкция е разбираема команда за процесора. Това, което я отделя от останалите е, че никой не трябва да плаща такса, за да я използва, така че е по-лесно да започнете да разработвате RISC-V хардуер и по-евтино.

Историята на RISC-V започва през 1980 г., когато терминът RISC е въведен за първи път. RISC ISA е опростен набор от инструкции – много по-малко от CISC (компютър със сложни инструкции – complex instruction set computer). Всяка от инструкциите трябва да постигне по-малко за всеки цикъл на паметта, в сравнение с CISC. От оригиналния RISC произлизат популярните ISA като DLX и ARM.

На тази основа ученият Крсте Асанович от университета в Бъркли в Калифорния стартира „малък летен проект“ и първата версия, наречена Berkeley RISC. По-късно петата му версия е наречена RISC-V. Екипът на Крсте публикува RISC-V под лиценз BSD, заедно с няколко дизайна на процесора, които позволяват на други компании да ги използват и да създават собствена реализация. Третите страни могат да създават безплатни, с отворен код, затворен код, както желаят.

Нещо важно, което трябва да споменем е, че ако някоя компания използва RISC-V за проектиране на чип, не е необходимо да публикува своя изходен код. Съществува хардуер с отворен и затворен код RISC-V.

За да се създаде стабилна екосистема около новата ISA, беше създадена Фондация RISC-V. Фондацията управлява и поддържа документацията. Тя се премества в Швейцария през 2019 г., така че няма да бъде засегната от търговската война между САЩ и Китай. От 2020 г. е преименувана на RISC-V International.

Защо RISC-V заслужава нашето внимание?

RISC-V е променяща технология, която носи следните предимства:

     • Намалена сложност – 47 базови инструкции и модулна ISA.

     • Свободен дизайн – третите страни са свободни да проектират своите чипове (SoC) така, както желаят.

     • Безплатно – без лицензионна такса или такса за използване на авторските права.

     • RISC-V може да доведе до нова отворена ера на изчисленията, която ще води чиповите иновации в бъдеще.

Може ли RISC-V да работи с някоя популярна операционна система?

В момента RISC-V ISA не е насочена към пазара на компютри или мобилни устройства. Днес почти всичко има чип – IoT устройства, устройства за носене (wearables), автомобили, електрически уреди, машини и т.н. Но да, RISC-V може да работи с Linux дистрибуция. Има 2 компании, които предлагат компютърни конфигурации с процесори RISC-V и те са SiFive и Andes Technology.

Офертата на SiFive е ядрото x280. То е проектирано да се използва в превозни средства и дата центрове. Това, което знаем за него е, че ще бъде с многоядрен дизайн. Продуктът не е традиционен AI процесор, но може да служи като „решения, които могат да се разширяват, за AI и ML приложения“ благодарение на разширението RV64GCV.

Офертата на AndeSight е AndesSight IDE v5.0. Има както 32-битови, така и 64-битови ядра – 32-битови A45MP и 64-битови AX45MP. Устройството поддържа RVV векторно разширение и RISC-V DSP/SIMD. Това, което можете да очаквате от AndSight, е поддръжка за Linux 5.4 LTS и RTOS.

Има ли други дизайни на ISA?

Да, има доста дизайни на ISA:

    • 6502 (8-битова)

    • Z80 (8-битов)

    • 68000 (32-битова)

    • x86 (32-битова и 64-битова)

    • Алфа (64-битова)

    • MIPS (32-битова и 64-битова) – Програмата MIPS Open на Under Wave Computing е безплатна. Но изисква сертификат за съответствие.

    • Itanium (64-битова)

    • Мощност (32-битова и 64-битова)

    • SPARC (32-битова и 64-битова) – с отворен код. Но изисква сертификат за съответствие.

    • VAX (32-битова)

    • ARM (32-битова и 64-битова)

Това, което може да видите е, че архитектурата на повечето процесори не е с отворен код, нито напълно без лицензионни възнаграждения. Няколко компании контролират интелектуалните собствености и независимо от устройството, което произвежда друга компания – компютър, таблет, мобилен телефон, IoT, преносими устройства, автомобили, електрически домакински уреди или нещо друго с чип, трябва да се плати такса.

Ето защо е много важно да разгледате тази безплатнта ISA с отворен код. Тя може да намали цената на бъдещите технологични артикули и да подсили конкуренцията с иновации.

X86 ISA

Процесорите с x86 отдавна са доминиращият тип процесори за компютри. Все още, когато търсите нов компютър, клауд сървър или нает сървър, ще видите опциите на Intel или AMD и двете компании използват процесори с архитектура x86. X86 ISA е продукт на Intel и за първи път е използван за микропроцесора 8086. През последните 50 години, откакто е въведена, има много развитие, добавяне на нови разширения и софтуер. В продължение на много години x86 беше основният избор за изчисляване, без да е налице някаква значителна алтернатива.

Но дойде ARM. Новата компания ARM създава и лицензира дизайни на CPU и GPU. Тя доминира на мобилния пазар и също се насочва към пазара на персонални компютри. Има много компютри с Chrome OS, Linux компютри, Windows и дори устройства на Apple.

Apple реши да избере ARM като единствената ISA, която иска да използва в бъдеще, изоставяйки предишната x86. Това ясно показва как се променя пазарът.

ARM ISA

Архитектурата ARM е RISC архитектура, подобна на RISC-V, но не е с отворен код. Предишното ѝ име е било Advanced RISC Machines. Интелектуалната собственост е собственост на Arm Ltd. Компанията начислява лицензионна такса за техните дизайни като A78, Mali GPU и др. Също така позволяват на компаниите да ги модифицират и да създават своите ядра като Apple, Microsoft, Qualcomm и т.н.

В момента, без значение дали използвате Android или iOS смартфон, имате ARM чип вътре.

Предимството, което има пред RISC-V е, че вече е зряла платформа. Има много софтуер и нови разширения, които я правят много интересна за различните индустрии. Просто вижте операционните системи, на които може да работи: Windows 10, Ubuntu, Debian, Fedora, FreeBSD, FreeRTOS, Android, Chrome OS, Tizen, Windows 10 IoT Core и т.н. ARM начислява лицензионни такси, така че RISC-V може да се конкурира в различен ценови сегмент, където ниската цена е по-важна от производителността.

RISC срещу CISC

Двата най-популярни типа ISA са RISC и CISC. CISC е този, който Intel и AMD използват в своите компютърни процесори, а RISC се използва за всички видове електроника и мобилни устройства.

RISC набляга на софтуера, докато CISC набляга на хардуера. RISC използва single-clock инструкции, за разлика от multiple-clock сложни инструкции на CISC. Регистър към регистър (register to register), „Зареждане“ (Load) и „Съхранение“ (Store) са независими инструкции спрямо памет към памет (memory to memory), „Зареждане“ (Load) и „Съхраняване“ (Store) са част от инструкциите. Нисък брой цикли в секунда, голям размер на кода и повече необходима RAM в сравнение с малкък размер на кода, висок брой цикли в секунда с по-малко RAM. Малък брой инструкции срещу голям брой инструкции.

Бъдещето на RISC-V

Основното предизвикателство пред RISC-V е фрагментацията. Ако има много различни ISA базирани на RISC-V, които са разработени от различни компании, това ще бъде огромен проблем. Ето защо фондацията RISC-V е създадена, за да ориентира проекта към правилната посока на стандартизация.

RISC-V е все още твърде нова. Това не е зряла платформа, което означава, че няма достатъчно разработчици, нито вече наличен софтуер. Да, расте много бързо, но не си е гарантирала мястото си на пазара на чипове в дългосрочен план.

RISC-V има огромна възможност в Китай. Поради търговската война между САЩ и Китай, може да се стигне до ARM срещу RISC-V война. САЩ могат да контролират всички американски компании, включително Nvidia, която е на път да придобие ARM. Ако това се случи, Китай може да възприеме RISC-V като единствения им избор на действие.

Въз основа на данни от 2020 г. 23% от проектите на ASIC и FPGA включват поне един RISC-V процесор. Можете да очаквате този брой да нарасне още повече и да има процесори RISC-V в дата центрове, мобилни телефони, автомобили, потребителска електроника, IoT устройства и памети.

Заключение

RISC-V се разраства бързо и ще бъде една от най-значимите технологии в близко бъдеще. Къде точно ще завърши, все още не е ясно. Предимството на безплатната ISA е голямо, но фактът, че дизайнът на процесора може да се продава по същия начин като ARM процесорите, не я прави много различна. И все пак, най-вероятно ще видим много устройства с всякакъв размер с RISC-V чип вътре. Това може да се случи, без дори да знаете.

Ето още една статия, която може да ви е полезна:

The most important processors of all time