Ако искате да създадете компютър с отворен код, можете — ако говорите за софтуер. Процесорът под капака обаче е патентован. RISC-V е процесор с отворен код, който бързо набира популярност и обещава да промени компютърния пейзаж.
Съдържание
Алтернатива на дизайните на Intel и ARM
В момента преобладават два дизайна на процесора: тези, създадени от ARM и x86 на Intel. Въпреки че и двете компании работят в огромен мащаб, техните бизнес модели са коренно различни.
Intel проектира и произвежда свои собствени чипове, докато ARM лицензира своите дизайни на дизайнери на трети страни, като Qualcomm и Samsung, които след това добавят свои собствени подобрения. Докато Samsung разполага с инфраструктурата за производство на собствените си процесори, Qualcomm (и други „безупречни“ дизайнери) възлагат тази важна работа на трети страни.
В случая с ARM, това също често изисква лицензодателите да подписват споразумения за неразкриване, предназначени да запазят частност на аспектите от дизайна на чипа. Това едва ли е изненадващо, като се има предвид, че целият му бизнес модел не е оформен около производството, а по-скоро върху интелектуалната собственост.
Междувременно Intel има свои собствени тайни за търговски дизайн под ключ. Тъй като и двата типа процесори са търговски, е трудно (ако не и напълно невъзможно) за учени и хакери с отворен код да повлияят на дизайна.
Как RISC-V е различен
RISC-V е коренно различен. Първо, това не е компания. За първи път е замислен през 2010 г. от академици в Калифорнийския университет в Бъркли като алтернатива с отворен код, без лицензионни възнаграждения на съществуващите изпълнители.
Това е подобно на инсталирането на Linux вместо Windows, така че не е нужно да купувате нищо или да се съгласявате с каквито и да било обременителни лицензионни споразумения. RISV-V има за цел да направи същото за изследване и проектиране на полупроводници.
ARM също така лицензира както архитектурата на набора от инструкции (ISA), която се отнася до командите, които могат да бъдат разбрани от процесора, така и микроархитектурата, която показва как може да бъде приложена.
RISC-V просто предлага ISA, позволявайки на изследователите и производителите да определят как всъщност искат да го използват. Това го прави мащабируем за устройства от всякакъв вид, от 16-битови чипове с ниска мощност за вградени системи до 128-битови процесори за суперкомпютри.
Както подсказва името, RISC-V използва принципите на компютъра с намален набор от инструкции (RISC), същите като чиповете, базирани на ARM, MIPS, SPARC и Power дизайни.
Какво означава това? Е, в основата на всеки компютърен процесор има неща, наречени инструкции. Най-основно, това са малки програми, представени в хардуер, които казват на процесора какво да прави.
RISC-базираните чипове обикновено имат по-малко инструкции от чиповете, използващи компютър със сложен набор от инструкции (CISC), като тези, предлагани от Intel. Освен това самите инструкции са много по-лесни за изпълнение в хардуера.
По-простите инструкции означават, че производителите на чипове могат да бъдат много по-ефективни със своите дизайни на чипове. Компромисът е, че тези сравнително сложни задачи не се изпълняват от процесора. Вместо това те са разделени на множество, по-малки инструкции от софтуер.
В резултат на това RISC си спечели прякора Relegate the Important Stuff to the Compiler. Макар че звучи като нещо лошо, не е така. За да го разберете обаче, първо трябва да разберете какво всъщност представлява компютърният процесор.
Процесорът във вашия телефон или компютър се състои от милиарди малки компоненти, наречени транзистори. В случай на CISC-базирани чипове, много от тези транзистори представляват различните налични инструкции.
Тъй като RISC чиповете имат по-малко и по-прости инструкции, нямате нужда от много транзистори. Това означава, че имате повече място да правите много интересни неща. Например, можете да включите повече кеш и памет регистри или допълнителна функционалност за AI и графична обработка.
Можете също така да направите чипа физически по-малък, като използвате по-малко общи транзистори. Ето защо RISC-базирани чипове от MIPS и ARM често се срещат в устройствата за Интернет на нещата (IoT).
Нуждата от скорост
Разбира се, лицензирането не е единствената причина за RISC-V. Дейвид Патерсън, който ръководи първите изследователски проекти в дизайна на RISC процесори, каза, че RISC-V е предназначени за справяне с предстоящите ограничения на производителността на процесора които могат да бъдат спечелени от производствените подобрения.
Колкото повече транзистори можете да поставите на чип, толкова по-способен става процесорът в крайна сметка. В резултат на това производителите на чипове като TSMC и Samsung (които и двете произвеждат процесори от името на трети страни) работят усилено, за да намалят още повече размера на транзисторите.
Първият търговски микропроцесор, Intel 4004, имаше само 2250 транзистора, всеки с размери 10 000 нанометра (около 0,01 mm). Малък, разбира се, но контрастира с процесора A14 Bionic на Apple, пуснат 40 години по-късно. Този чип (който захранва новия iPad Air) има 11,8 милиарда транзистора, всеки с размери 5 нанометра.
През 1965 г. Гордън Е. Мур, съосновател на Intel, теоретизира, че броят на транзисторите, които могат да бъдат поставени на чип, ще се удвоява на всеки две години.
„Сложността за минимални разходи за компоненти се е увеличила с около два пъти на година“, пише Мур в 35-годишния брой на списание Electronics. „Разбира се, в краткосрочен план може да се очаква този процент да продължи, ако не и да се увеличи. В дългосрочен план темпът на нарастване е малко по-несигурен, въпреки че няма причина да вярваме, че няма да остане почти постоянен в продължение на поне 10 години.
Очаква се законът на Мур да спре да се прилага през това десетилетие. Също така има значителни съмнения дали производителите на чипове могат да продължат тази тенденция към миниатюризация в дългосрочен план. Това важи както на основно научно ниво, така и на икономическо.
В крайна сметка по-малките транзистори са значително по-сложни и скъпи за производство. TSMC, например, похарчи над 17 милиарда долара за своята фабрика за създаване на 5 nm чипове. Като се има предвид тази тухлена стена, Risk-V има за цел да се справи с проблема с производителността, като търси начини, освен да намали размера и броя на транзисторите.
Компаниите вече използват RISC-V
Проектът RISC-V стартира през 2010 г., а първият чип, използващ ISA, беше произведен през 2011 г. Три години по-късно проектът стана публичен и скоро последва търговски интерес. Технологията вече се използва от компании като NVIDIA, Alibaba и Western Digital.
Иронията е, че няма нищо революционно по своята същност за RISC-V. Фондацията бележки на неговата уеб страница: „RISC-V ISA се основава на идеи за компютърна архитектура, които датират от поне 40 години.“
Това, което може би е революционно обаче, е бизнес моделът – или липсата на такъв. Именно това излага проекта на експериментиране, развитие и, потенциално, неограничен растеж. Като фондация RISC-V също отбелязва на уебсайта си:
„Интересът е, защото това е общ безплатен и отворен стандарт, към който софтуерът може да бъде пренесен и който позволява на всеки да развива свободно свой собствен хардуер за стартиране на софтуера.
При написването на тази статия RISC-V чиповете до голяма степен работят зад кулисите в сървърни ферми и като микроконтролери. Остава да се види дали има някакъв потенциал за разклащане на дуопола ARM/Intel ISA в потребителското пространство.
Въпреки това, ако титулярите застанат, това е в сферата на възможността тъмен кон да препуска в галоп и да промени всичко.