Какво е RISC-V?

Дори за компютърните любители, RISC-V е малко в плевелите, но може би не за дълго. Това е една от изгряващите звезди в компютърния свят и е един от най-успешните (ако не и най-успешният) примери за хардуер с отворен код и отворен стандарт. Предвижда се, че десетки милиарди RISC-V ядра ще бъдат продадени през следващите няколко години, число, което ще съперничи на количеството на x86 и ARM ядра, продадени в същата времева рамка. Ето всичко, което трябва да знаете за RISC-V и къде отива.

RISC-V: Безплатна и отворена стандартна архитектура на набор от инструкции

RISC-V (произнася се "риск пет") е архитектура на набор от инструкции (ISA), разработена и поддържана от RISC-V International (бивша фондация RISC-V).

ISA е отправната точка на всеки дизайн на процесора и определя фундаментални неща като основни инструкции, какви незадължителни инструкции могат да бъдат добавени и какъв вид софтуер може да работи първоначално на процесора. Освен това RISC-V според името си е a rобразован iинструкция си компютър аrchitecture, което основно означава, че формата му по подразбиране идва с много малко инструкции. ARM също е RISC дизайн докато x86 е сложен компютърен дизайн на набор от инструкции (CISC).

Да бъдеш RISC дизайн е по-важно за RISC-V, отколкото ARM да е RISC или x86 да е CISC, защото RISC-V има уникална продажна точка: той е с отворен стандарт. Всяка компания, която иска да използва стандартния RISC-V дизайн, е свободна да го направи и да го модифицира, както иска. Тъй като x86 е съвместна собственост на Intel и AMD, никоя друга компания не може (законно) да произвежда x86 процесори, и въпреки че компаниите могат да направят своя собствена версия на ARM чипове, те не само трябва да платят на Arm на компанията, но не могат да променят ISA. С RISC-V това е пълна свобода.

Е, може би не пълна свобода. Въпреки че RISC-V International (компанията зад RISC-V) често се представя като „отворена“ и "с отворен код", наскоро се отдръпна от отворен код и сега говори за RISC-V като ISA с отворен стандарт. Това е така, защото действителните RISC-V чипове може да са патентовани и със затворен код, въпреки че ISA е с отворен код. Това, което трябва да знаете е, че макар всяка компания или организация да може да използва RISC-V ISA безплатно, действителните продукти може да бъдат заключени като x86 или ARM.

Разбира се, има положителни и лоши страни на този подход. Добрата новина е, че няма лицензионни такси или ограничения върху дизайна, което е чудесно за компании, които искат да бъдат възможно най-автономни и да намалят разходите за разработка. Лошата новина е, че упражняването на това количество свобода не е лесно, защото проектирането на процесори не е лесно. Освен това компаниите, които произвеждат свои собствени RISC-V процесори, не са задължени да споделят тази технология с други, но могат да лицензират проекти, както прави Arm.

Кратка история на RISC-V

RISC-V е странно име. Човек би си помислил, че това е петият от поредицата RISC ISA и въпреки че това е историята зад името му, това не е съвсем точно. RISC-I и RISC-II са проектирани през 1981 г., но RISC-III и RISC-IV не са действителни ISA. Вместо това те бяха имена, приложени към два ISA, наречени SOAR и SPUR, които излязоха съответно през 1984 г. и 1988 г. Няма съществена връзка между RISC-V и тези ISA от 80-те години, освен факта, че всички те са RISC дизайни.

RISC-V е практически бебе сред ISA. Работата по RISC-V започна през 2010 г. в Parallel Computing на Бъркли Lab (или накратко Par Lab), която получи финансиране от Microsoft, както и от Intel, създателят на x86 Е. До 2011 г. първият прототип RISC-V беше готов за производство. RISC-V се трансформира от изследователски проект в действителен ISA, който компаниите могат да използват през 2014 г., когато Дейвид Патерсън и Крсте Асович публикува доклад твърдейки, че хардуерът с отворен код е бъдещето и че RISC-V е ISA, който да свърши работата. Година по-късно е създадена фондация RISC-V.

Изминаха само осем години, откакто RISC-V избухна на сцената и тъй като проектирането на чипове може да отнеме години, трудно е да се прецени къде е RISC-V в момента. Това, което знаем е, че има над 3500 членове на RISC-V International, спрямо 600 в началото на 2020 г., 1500 в началото на 2021 г. и 2200 в края на 2021 г. Що се отнася до действителния пазарен дял, трудно е да се каже, но в Май 2023 г. Главен технически директор на RISC-V Марк Химелщайн твърди, че "10 милиарда" ядра RISC-V са били продадени от компании-членки, което е в съответствие с прогнозите за 2022 и 2023 г.

Амбициите на RISC-V да завладее пазара на процесори

RISC-V International говори за голяма игра, когато става въпрос за растеж, цитирайки едно проучване, което прогнозира 60 милиарда RISC-V ядра ще бъдат продадени до 2025 г и друг, който прогнозира комбинирания годишен темп на растеж на RISC-V (или CAGR) ще бъде малко по-малко от 35% до 2027 г. CAGR от 35% е изключително агресивен и бърз в такава установена индустрия, но се увеличава редица компании се стремят да проектират свои собствени чипове и това със сигурност ще подпомогне захранването на RISC-V растеж. Ключовите пазари за RISC-V включват промишлени приложения, 5G и клетъчни мрежи, но също и смартфони от нисък клас, компютри, конзоли за игри и сървъри.

Въвеждането на RISC-V доведе до основаването на компании, които се занимават изключително с RISC-V чипове. SiFive е една от най-видимите като първата компания, която прави RISC-V чип и има много подобен бизнес модел на Arm, лицензирайки своите персонализирани дизайни RISC-V, за да реализира печалба. Днес SiFive рекламира използването на своята технология в носими устройства, автомобили и множество други области. Освен това компаниите, които някога са използвали други ISA, са направили пълен преход към използване на RISC-V; Microsemi, дъщерно дружество на Microchip, замени ARM ядрата в своите FPGA с RISC-V ядра.

Очевидно е, че RISC-V има много инерция зад себе си, дори и да не отговаря напълно на високите си амбиции.

Но има и компании, поддържащи и използващи RISC-V, които може да не очаквате. Nvidia, член-основател, се опита да закупи Arm от 2020 до 2022 г.; IBM, друг основател, има свой собствен PowerPC ISA; Qualcomm, също член-основател, е водещ дизайнер на ARM чипове; и Intel, които участваха в разработката на RISC-V и изработваха чипове за разработка, направиха x86, една от най-старите и най-важни ISA досега. Работата е там, че много компании виждат RISC-V като нещо, което може да съществува заедно с други процесори, а не просто обикновен заместител на ARM и x86.

Arm, разбира се, не е голям фен на RISC-V и вижда риска от фрагментация като ключова причина да не използвате RISC-V. Фрагментацията е, когато технологичните стандарти са хлабаво или не се прилагат, а страхът с RISC-V е, че тъй като всичко може да бъде модифицирано, това може да създаде хардуерна екосистема, в която не всички RISC-V софтуери могат да работят на всички RISC-V чипс. Това всъщност вече се случва, тъй като различните RISC-V чипове за телефони не всички поддържат едни и същи операционни системи. Разбира се, има силен стимул за производителите на RISC-V чипове да се придържат към стандартите, за да избегнат точно това, и в бъдеще компаниите за RISC-V ще трябва да внимават относно фрагментацията.

Очевидно е, че RISC-V има много инерция зад себе си, дори и да не отговаря напълно на високите си амбиции. С хиляди членове, включително някои от водещите световни компютърни компании, университети и дори индийски Министерство на електрониката и информационните технологии, трудно е да се види, че RISC-V не се превръща в основен играч в компютрите сцена. Може би след няколко години хората ще спорят дали ARM или RISC-V е най-добрият за смартфони.