Se vuoi costruire un computer open source, puoi farlo, se parli di software. Il processore sotto il cofano, tuttavia, è proprietario. RISC-V è un design di processore open source che sta rapidamente guadagnando terreno e promette di cambiare il panorama informatico.
Sommario:
Un’alternativa ai progetti Intel e ARM
Al momento, due design di processori regnano sovrani: quelli creati da ARM e x86 di Intel. Sebbene entrambe le società operino su vasta scala, i loro modelli di business sono fondamentalmente diversi.
Intel progetta e produce i propri chip, mentre ARM concede in licenza i suoi progetti a designer di terze parti, come Qualcomm e Samsung, che poi aggiungono i propri miglioramenti. Sebbene Samsung abbia l’infrastruttura per fabbricare internamente i propri processori, Qualcomm (e altri designer “fabless”) affidano questo importante lavoro a terzi.
Nel caso di ARM, ciò richiede spesso ai licenziatari di firmare accordi di non divulgazione progettati per mantenere privati gli aspetti del design di un chip. Non sorprende, considerando che il suo intero modello di business non è modellato intorno alla produzione, ma piuttosto alla proprietà intellettuale.
Nel frattempo, Intel ha i suoi segreti di progettazione commerciale sotto chiave. Poiché entrambi i tipi di processore sono commerciali, è difficile (se non del tutto impossibile) per gli accademici e gli hacker open source influenzare il design.
Come RISC-V è diverso
RISC-V è completamente diverso. Primo, non è un’azienda. È stato concepito per la prima volta nel 2010 da accademici del Università della California a Berkeley come alternativa open-source e senza royalty agli operatori storici esistenti.
È simile all’installazione di Linux al posto di Windows, quindi non è necessario acquistare nulla o accettare accordi di licenza onerosi. RISV-V mira a fare lo stesso per la ricerca e la progettazione dei semiconduttori.
ARM concede inoltre in licenza sia l’architettura del set di istruzioni (ISA), che si riferisce ai comandi che possono essere compresi in modo nativo da un processore, sia la microarchitettura, che mostra come può essere implementata.
RISC-V offre semplicemente l’ISA, consentendo a ricercatori e produttori di definire come vogliono effettivamente usarlo. Ciò lo rende scalabile per dispositivi di tutte le bande, dai chip a 16 bit a bassa potenza per sistemi embedded, ai processori a 128 bit per supercomputer.
Come suggerisce il nome, RISC-V utilizza i principi RISC (Reduced Instruction Set Computer), gli stessi dei chip basati su progetti ARM, MIPS, SPARC e Power.
Cosa significa questo? Ebbene, al centro di qualsiasi processore per computer, ci sono cose chiamate istruzioni. In termini più elementari, questi sono piccoli programmi rappresentati nell’hardware che dicono al processore cosa fare.
I chip basati su RISC in genere hanno un numero inferiore di istruzioni rispetto ai chip che utilizzano un design CISC (Complex Instruction Set Computer), come quelli offerti da Intel. Inoltre, le istruzioni stesse sono molto più semplici da implementare nell’hardware.
Istruzioni più semplici significano che i produttori di chip possono essere molto più efficienti con i loro progetti di chip. Il compromesso è che queste attività relativamente complesse non vengono eseguite dal processore. Invece, sono suddivisi in più istruzioni più piccole dal software.
Di conseguenza, RISC ha guadagnato il soprannome Relegate the Important Stuff to the Compiler. Anche se sembra una brutta cosa, non lo è. Per capirlo, però, devi prima capire cos’è in realtà un processore per computer.
Il processore del telefono o del computer è costituito da miliardi di minuscoli componenti chiamati transistor. Nel caso di chip basati su CISC, molti di questi transistor rappresentano le varie istruzioni disponibili.
Poiché i chip RISC hanno istruzioni più semplici e meno numerose, non sono necessari molti transistor. Ciò significa che hai più spazio per fare molte cose interessanti. Ad esempio, potresti includere più cache e registri di memoria o funzionalità extra per l’elaborazione grafica e AI.
Puoi anche rendere il chip fisicamente più piccolo utilizzando meno transistor complessivi. Questo è il motivo per cui i chip basati su RISC di MIPS e ARM si trovano spesso nei dispositivi Internet of Things (IoT).
Il bisogno di velocità
Ovviamente, la licenza non è l’unica motivazione per RISC-V. David Patterson, che ha guidato i primi progetti di ricerca nella progettazione di processori RISC, ha detto che RISC-V lo era progettato per affrontare i limiti imminenti sulle prestazioni della CPU che può essere ottenuto dai miglioramenti della produzione.
Più transistor puoi inserire su un chip, più capace diventa alla fine un processore. Di conseguenza, i produttori di chip come TSMC e Samsung (che producono entrambi processori per conto di terzi) stanno lavorando duramente per ridurre ulteriormente le dimensioni dei transistor.
Il primo microprocessore commerciale, l’Intel 4004, aveva solo 2.250 transistor, ciascuno dei quali misura 10.000 nanometri (circa 0,01 mm). Piccolo, certo, ma in contrasto con il processore A14 Bionic di Apple, rilasciato 40 anni dopo. Quel chip (che alimenta il nuovo iPad Air) ha 11,8 miliardi di transistor, ciascuno di 5 nanometri di diametro.
Nel 1965, Gordon E. Moore, il cofondatore di Intel, teorizzò che il numero di transistor che potevano essere posizionati su un chip sarebbe raddoppiato ogni due anni.
“La complessità per i costi minimi dei componenti è aumentata a un ritmo di circa due volte all’anno”, ha scritto Moore nel numero del 35 ° anniversario della rivista Electronics. “Certamente, nel breve termine, questo tasso può continuare, se non aumentare. A lungo termine, il tasso di aumento è un po ‘più incerto, anche se non c’è motivo di credere che non rimarrà pressoché costante per almeno 10 anni “.
La legge di Moore dovrebbe cessare di essere applicata in questo decennio. C’è anche un notevole dubbio sul fatto che i produttori di chip possano continuare questa tendenza verso la miniaturizzazione a lungo termine. Ciò vale sia a livello scientifico di base che a livello economico.
I transistor più piccoli sono, dopo tutto, molto più complicati e costosi da produrre. TSMC, ad esempio, ha speso oltre 17 miliardi di dollari nella sua fabbrica per la creazione di chip da 5 nm. Dato questo muro di mattoni, Risk-V mira ad affrontare il problema delle prestazioni cercando modi oltre a ridurre le dimensioni e il numero di transistor.
Le aziende stanno già utilizzando RISC-V
Il progetto RISC-V è iniziato nel 2010 e il primo chip che utilizzava ISA è stato prodotto nel 2011. Tre anni dopo, il progetto è diventato pubblico e presto è seguito l’interesse commerciale. La tecnologia è già utilizzata da aziende come NVIDIA, Alibaba e Western Digital.
L’ironia è che non c’è nulla di intrinsecamente rivoluzionario in RISC-V. La Fondazione note sulla sua pagina web: “Il RISC-V ISA si basa su idee di architettura del computer che risalgono ad almeno 40 anni.”
Ciò che, probabilmente, è rivoluzionario, tuttavia, è il modello di business, o la mancanza di uno. È questo che espone il progetto alla sperimentazione, allo sviluppo e, potenzialmente, alla crescita illimitata. Come la RISC-V Foundation note anche sul suo sito web:
“L’interesse è perché si tratta di uno standard comune libero e aperto a cui è possibile eseguire il porting del software e che consente a chiunque di sviluppare liberamente il proprio hardware per eseguire il software.”
Al momento in cui scrivo, i chip RISC-V lavorano in gran parte dietro le quinte nelle server farm e come microcontrollori. Resta da vedere se esiste il potenziale per scuotere il duopolio ARM / Intel ISA nello spazio consumer.
Tuttavia, se gli operatori storici dovessero ristagnare, è nel regno della possibilità che un cavallo oscuro possa galoppare e cambiare tutto.