Изгревът на процесорната архитектура RISC-V може да направи ненужни ARM и x86

15
2720

Почти всички наши смартфони се базират на чипове с  ARM архитектура. От друга страна, процесорната архитектура x86 доминира при лаптопите, десктоп компютрите и сървърното оборудване. Но в САЩ, Европа и особено в Азия с много бързи темпове расте броят на компаниите, които обръщат много голямо внимание на отворената процесорната архитектура, която носи името RISC-V.

Отвореността и безплатността на този процесорна архитектура дават възможност дори и на стартиращите компании да разработват свои собствени чипове без да плащат скъпи лицензни такси, необходими за използването на фирмените архитектури. Така например, ако искате да си създадете свой собствен ARM процесор, ще трябва авансово да платите сума от 1 до 10 милиона долара, както и да плащате такси в размер на от 0,5 до 2% от продажбите на този чип. Очевидно е, че заради тези суми, да произвеждат ARM чипове могат само достатъчно големите компании, но въпреки това тези немалки такси забавят тяхното развитие.

Отворената архитектура RISC-V е създадена от учените от Калифорнийския университет – Бъркли и за първи път бе показана на широката публика през 2010-та година. Подобно на ARM, х86 и другите процесорни архитектури, RISC-V е ISA – архитектура с определен брой процесорни команди, които дават възможност на програмистите и на написания от тях софтуер директно да управляват компютърния хардуер.

Но RISC-V архитектурата е много лека – базовият комплект процесорни команди включва само 11 аритметични инструкции, а за нормалната работа на една съвременна SoC с RISC-V архитектура са достатъчни само 39 процесорни команди. За сравнение, съвсем леката навремето ARM процесорна архитектура, днес новата ARMv8 се разрасна до около 1000 процесорни инструкции, а х86 архитектурата е по-добре изобщо да не споменаваме.

Благодарение на гъвкавостта на отворения сорс код на микрокомандите, RISC-V става все по-популярна процесорна архитектура за създаването на чипове в компании като Seagate и Western Digital Corp., които произвеждат големи клъстери за запис и обработка на данни. От RISC-V чипове живо се интересува и гигантският гигант за електронна търговия Alibaba, както и държавни организации като DARPA (Управлението за перспективни изследователски проекти на Министерството на отбраната на САЩ).

Една от първите дънни платки – Raven1 с RISC-V архитектура, представена през 2012 година

Защо в наше време интересът към RISC-V архитектурата е толкова голям? Първо, малкият брой процесорни инструкции дава възможност за идеално напасване на сорс кода към всякакъв хардуер, като по този начин се повишава енергийната ефективност и производителността на чиповете. Второ, тази процесорна архитектура е модулна и дава възможност за лесното създаване на SoC с различни процесорни ядра и различен набор от инструкции. Трето, отвореният микрокод значително икономисва средства за разработването на операционни системи, компилатори и драйвери, като в хранилищата вече се натрупа доста голямо количество качествен и достъпен за всички безплатен сорс код.

Има и още нещо – пълната обратна съвместимост. Това означава, че старият софтуер без проблеми работи и ще работи с новия хардуер, понеже базовият комплект процесорни инструкции е стандартизиран. И още, RISC-V до голяма степен решава проблема с информационната безопасност, понеже отворената архитектура рязко усложнява създаването на задни врати и други подобни.

Ето защо, съвсем не е за учудване, че тази процесорна архитектура се развива изключително активно. Така например, Nvidia вече използва RISC-V в своите графични процесори Ampere (RTX 3000), въпреки че компанията възнамерява да закупи Arm Holdings, която е собственик на ARM архитектурата. Intel също може да подпомогне ускоряването на внедряването на RISC-V чрез разширяване на своя бизнес по производство на специализирани чипове, както и на съвсем нови процесори.

Още едно признание на RISC-V архитектурата са промените в компанията Wave Computing, която притежава процесорната архитектура MIPS, масово използвана в битовите прибори и дори конзолите, като например PSP и PlayStation 2. Но сега компанията заяви, че възнамерява да се откаже от своята архитектура и съобщи плановете си за миграция на своите чипове към RISC-V.

Не бива да забравяме и азиатско-тихоокеанския регион, който традиционно е силен в създаването на процесори и най-различни системи върху чипа. Броят на компаниите в този регион, които разработват собствени решения на базата на RISC-V, непрекъснато расте, понеже Индия и Пакистан вече приеха RISC-V в качеството на своя национална процесорна архитектура за разработване на собствени чипове.

Миникомпютърът HiFive Unleashed с 4-ядрен 1,5 GHz RISC-V процесор U540 и 8 GB оперативна памет

Китай също е голям привърженик на RISC-V архитектурата, въпреки че повечето китайски технологични компании както преди значително разчитат на архитектурите ARM и х86. Така например, през 2019 година холдингът Alibaba съобщи, че неговата дъщерна компания Pingtou G е започнала разработването на процесора XuanTie 910, базиран на RISC-V архитектурата. Той има 16 ядра, произвежда се чрез 12 нанометров технологичен процес и осезателно по-бърз от конкурентите според показаната производителност на един херц. Това го прави един много добър избор за използване в най различната съвременна смарт техника.

Изказаха се редица предположения относно предстоящото закупуване на компанията ARM от Nvidia за 40 милиарда щатски долара. Тук възниква един друг проблем – възможно е сериозно усложняване на използването на ARM архитектурата от китайските компании, заради наложените търговски санкции от САЩ. ARM става изцяло американска технология, която очевидно няма да може да се използва от Китай. Това явно ще накара китайските компании да търсят резервен вариант и RISC-V архитектурата е идеална за тази роля. Но според последна информация, ARM се стреми по всякакъв възможен начин да запази своите китайски клиенти и новата ARMv9 архитектура засега не попада под санкциите на на САЩ. Това дава възможност например на Huawei да използва новата ARMv9 архитектура.

Така или иначе, ARM архитектурата към днешен ден твърдо стои на крака: тя се поддържа от Apple, владее 95% от пазара на смартфони и всеки трети чип в света се базира на ARM архитектурата. Разбира се, компанията ARM много добре вижда, че в лицето на RISC-V се появява един много силен конкурент и се опита да възпрепятства развитието на отворената архитектура по маркетингов път. През 2018 година компанията разкри собствен уеб сайт, който сега вече не работи, в който се подчертаваха преимуществата на ARM архитектурата по отношение цената на чиповете, вече създадени в рамките на тази екосистема, като се подчертаваше, че ARM осигурява по-голяма безопасност и по-малка фрагментация на устройствата. Но след като сайта бе затворен стана ясно, че маркетинговият натиск не донесе никакъв успех на ARM.

Към днешен ден ARM показва някои възможни проблеми, които могат да възникнат при използването на RISC-V. Става дума за поддръжката и проверката на архитектурните с отворен код, когато започне тяхното използване в масовите чипове, които се използват в почти всички съвременни устройства. Идеята е, че щом нищо не се плаща, няма гаранция, че проверката и поддръжката ще бъдат на ниво.

„Рискът е в това, че икономията на финансови средства за лицензиране води до минимализиране на времето, което се използва за проверка, физическото проектиране и разработката на софтуера за различните устройства“ – твърди Мохамед Авид, вицепрезидент на бизнес отдела на компанията ARM по разработката на IoT устройства.

RISC-V International явно осъзнава тези проблеми. Към днешен ден в тази организация работят десетки технологични работни групи, които следят RISC-V архитектурата да съответства на различните стандарти, да осигурява надеждата информационна защита и да има максимална гъвкавост при всички по-често използвани алгоритми.

Въпреки различните подходи, както компанията ARM, така и RISC-V International са съгласни с това, че разработването на бъдещите чипове ще бъде тясно свързано с използването на разнообразни архитектури. Според редица експерти, отворената RISC-V архитектура ще играе осезателна роля в разработването на бъдещите чипове и ще се използва паралелно с традиционните инструменти за автоматично проектиране и производство на най-различни системи върху чипа.

Техническия директор на RISC-V International е на мнение, че в технологичния свят има място както за затворените ARM и х86 архитектури, така и за отворената RISC-V процесорна архитектура.

3.9 10 гласа
Оценете статията
Абонирай се
Извести ме за
guest
15 Коментара
стари
нови оценка
Отзиви
Всички коментари