Hvis du vil bygge en open source-computer, kan du – hvis du taler om software. Processoren under hætten er dog proprietær. RISC-V er et open source-processordesign, der hurtigt vinder indpas og lover at ændre computerlandskabet.
Indholdsfortegnelse
Et alternativ til Intel og ARM-design
I øjeblikket regerer to processordesigns: dem skabt af ARM og Intels x86. Mens begge virksomheder opererer i et enormt omfang, er deres forretningsmodeller fundamentalt forskellige.
Intel designer og fremstiller sine egne chips, mens ARM licenserer sine designs til tredjepartsdesignere, som Qualcomm og Samsung, som derefter tilføjer deres egne forbedringer. Mens Samsung har infrastrukturen til at fremstille sine processorer internt, outsourcer Qualcomm (og andre “fabelløse” designere) dette vigtige arbejde til tredjeparter.
I tilfælde af ARM kræver dette også ofte, at licensgivere underskriver tavshedspligt, der er designet til at holde aspekter af en chips design private. Det er næppe overraskende, i betragtning af at hele dens forretningsmodel ikke er formet omkring fremstilling, men snarere intellektuel ejendom.
I mellemtiden har Intel sine egne kommercielle designhemmeligheder under lås og slå. Da begge processortyper er kommercielle, er det svært (hvis ikke helt umuligt) for akademikere og open source-hackere at påvirke designet.
Hvordan RISC-V er anderledes
RISC-V er vildt anderledes. For det første er det ikke et firma. Det blev først udtænkt i 2010 af akademikere ved University of California i Berkeley som et open source, royaltyfrit alternativ til de eksisterende etablerede virksomheder.
Det svarer til at installere Linux i stedet for Windows, så du ikke behøver at købe noget eller acceptere nogen besværlige licensaftaler. RISV-V sigter mod at gøre det samme for halvlederforskning og -design.
ARM licenserer også både instruktionssætarkitekturen (ISA), som refererer til de kommandoer, der naturligt kan forstås af en processor, og mikroarkitekturen, som viser, hvordan den kan implementeres.
RISC-V tilbyder blot ISA, hvilket giver forskere og producenter mulighed for at definere, hvordan de rent faktisk ønsker at bruge det. Dette gør den skalerbar til enheder af alle striber, fra lav-power, 16-bit chips til indlejrede systemer, til 128-bit processorer til supercomputere.
Som navnet antyder, bruger RISC-V RISC-principperne (Reduced Instruction Set Computer), det samme som chips baseret på ARM-, MIPS-, SPARC- og Power-design.
Hvad betyder det? Nå, i hjertet af enhver computerprocessor er der ting, der kaldes instruktioner. I de mest basale termer er disse små programmer repræsenteret i hardware, der fortæller processoren, hvad den skal gøre.
RISC-baserede chips har typisk færre instruktioner end chips, der bruger et komplekst instruktionssæt-computerdesign (CISC), som dem, der tilbydes af Intel. Desuden er selve instruktionerne langt enklere at implementere i hardwaren.
Enklere instruktioner betyder, at chipproducenter kan være langt mere effektive med deres chipdesign. Afvejningen er, at disse relativt komplekse opgaver ikke udføres af processoren. I stedet er de opdelt i flere, mindre instruktioner af software.
Som et resultat har RISC fået kaldenavnet Relegate the Important Stuff to the Compiler. Selvom det lyder som en dårlig ting, er det ikke. For at forstå det, skal du dog først forstå, hvad en computerprocessor faktisk er.
Processoren i din telefon eller computer består af milliarder af bittesmå komponenter kaldet transistorer. I tilfælde af CISC-baserede chips repræsenterer mange af disse transistorer de forskellige tilgængelige instruktioner.
Da RISC-chips har færre, enklere instruktioner, behøver du ikke mange transistorer. Det betyder, at du har mere plads til at lave en masse interessante ting. For eksempel kan du inkludere flere cache- og hukommelsesregistre eller ekstra funktionalitet til AI og grafikbehandling.
Du kan også gøre chippen fysisk mindre ved at bruge færre samlede transistorer. Dette er grunden til, at RISC-baserede chips fra MIPS og ARM ofte findes i Internet of Things (IoT) enheder.
Behovet for hastighed
Selvfølgelig er licensering ikke den eneste begrundelse for RISC-V. David Patterson, der ledede de første forskningsprojekter inden for RISC-processordesign, sagde, at RISC-V var designet til at adressere de forestående grænser for CPU-ydelse der kan opnås ved fremstillingsforbedringer.
Jo flere transistorer du kan passe på en chip, jo mere dygtig bliver en processor i sidste ende. Som følge heraf arbejder chipproducenter som TSMC og Samsung (som begge fremstiller processorer på vegne af tredjeparter) hårdt på at formindske størrelsen af transistorer endnu mere.
Den første kommercielle mikroprocessor, Intel 4004, havde kun 2.250 transistorer, der hver målte 10.000 nanometer (ca. 0,01 mm). Lille, bestemt, men i modsætning til Apples A14 Bionic-processor, udgivet 40 år senere. Den chip (som driver den nye iPad Air) har 11,8 milliarder transistorer, der hver måler 5 nanometer på tværs.
I 1965 teoretiserede Gordon E. Moore, medstifteren af Intel, at antallet af transistorer, der kunne placeres på en chip, ville fordobles hvert andet år.
“Kompleksiteten for minimumskomponentomkostninger er steget med en hastighed på omkring en faktor på to om året,” skrev Moore i 35-års jubilæumsudgaven af magasinet Electronics. “Selvfølgelig kan denne sats på kort sigt forventes at fortsætte, hvis ikke at stige. På længere sigt er stigningstakten en smule mere usikker, selvom der ikke er nogen grund til at tro, at den ikke vil forblive næsten konstant i mindst 10 år.”
Moores lov forventes at ophøre med at gælde i dette årti. Der er også stor tvivl om, hvorvidt chipproducenter kan fortsætte denne tendens mod miniaturisering på lang sigt. Det gælder både på det grundlæggende videnskabelige niveau og det økonomiske.
Mindre transistorer er trods alt langt mere komplicerede og dyre at fremstille. TSMC brugte for eksempel over 17 milliarder dollars på sin fabrik for at skabe 5 nm-chips. Med denne murstensvæg sigter Risk-V mod at løse problemet med ydeevne ved at se på måder udover at formindske størrelsen og antallet af transistorer.
Virksomheder bruger allerede RISC-V
RISC-V-projektet startede i 2010, og den første chip ved hjælp af ISA blev fremstillet i 2011. Tre år senere blev projektet offentliggjort, og kommerciel interesse fulgte hurtigt. Teknologien bliver allerede brugt af virksomheder som NVIDIA, Alibaba og Western Digital.
Det ironiske er, at der ikke er noget iboende banebrydende ved RISC-V. Fonden noter på sin hjemmeside: “RISC-V ISA er baseret på computerarkitekturideer, der går mindst 40 år tilbage.”
Hvad der dog uden tvivl er banebrydende, er forretningsmodellen – eller manglen på en. Det er dette, der udsætter projektet for eksperimentering, udvikling og potentielt uhæmmet vækst. Som RISC-V Foundation også noter på sin hjemmeside:
“Interessen er, fordi det er en fælles fri og åben standard, som software kan overføres til, og som giver enhver mulighed for frit at udvikle deres egen hardware til at køre softwaren.”
Når dette skrives, arbejder RISC-V-chips stort set bag kulisserne i serverfarme og som mikrocontrollere. Det er stadig at se, om der er noget potentiale til at ryste op i ARM/Intel ISA-duopolet i forbrugerområdet.
Men skulle de etablerede operatører stagnere, er det inden for mulighedens område, at en mørk hest kunne galoppere ind og ændre alt.