Open Source RISC-V Core Designs, Proč to Google zajímá a proč na nich záleží

CPU je jednou z nejdůležitějších součástí našich počítačů, která je zodpovědná za provádění základních výpočtů, logických porovnávání a přesouvání dat. Tyto jednoduché úkoly jsou stavebními kameny jakékoli složitější operace a umožňují provoz našich systémů a programů.

Způsob, jakým se tyto operace provádějí, není náhodný: Instruction Set Architecture (ISA) definuje, co jsou a co mají počítačové procesory dělat.

ISA definuje podporované pokyny a funkce, ale ne to, jak jsou tyto pokyny konkrétně prováděny. Představte si to jako recept na vaření – řekněme, že je to na bagely: zatímco recept je stejný, každý kuchař ho provede jinak, například sezamová semínka jinak naaranžuje. Šéfkuchař vařící podle receptury je v našem příkladu počítačový procesor provádějící instrukce podle definovaného ISA. Výsledek však bude teoreticky vždy stejný: chutný bagel.

Jiná sada instrukcí nemusí přímo definovat vařící vodu, ale místo toho vám umožňuje provádět určité operace s předměty: ohřívat, měřit a porovnávat. Kuchař by nyní musel ohřát vodu a porovnat její naměřenou teplotu se známou teplotou varu. Pro procesory existují dva hlavní typy architektury: Complex Instruction Set Computing (CISC) a Reduced Instruction Set Computing (RISC).

Jednoduše řečeno, cílem CISC je usnadnit práci programátorům (nabízet instrukce k vaření vody, další k ohřevu oleje atd.) za cenu větší procesory, zatímco RISC se snaží mít jednodušší sadu instrukcí, což vyžaduje od programátorů více úsilí, ale výsledkem jsou menší procesory a méně energie spotřeba. Vzhledem k tomu, že dvě architektury mají různé možnosti, program, který běží na jedné, musí být obvykle přepsán, aby běžel na druhé. Jedna z nejpopulárnějších architektur současnosti na chytrých telefonech je součástí rodiny RISC: ARM, což je zkratka pro Acorn RISC Machine.

Stojí za zmínku, že se to většinou týká programování/portování kompilátorů. Pro jiné účely, jako je vytvoření uživatelského programu, byste normálně používali jazyk vysoké úrovně, který je na softwarové úrovni poněkud srovnatelný s CISC. Další důležitou poznámkou je, že cílem tohoto srovnání je poskytnout vám jednoduché, ale intuitivní pochopení těchto pojmů. Přesné, hloubkové vysvětlení by bylo mnohem delší a techničtější.

To nás konečně přivádí k RISC-V (vyslovováno „riziko pět“), což je bezplatný a open source ISA pro SoC. (Systems-on-a-Chip, který v podstatě obsahuje CPU a další potřebné komponenty pro provoz systému spolu). Většina ostatních ISA, jako jsou ty od Intel, IBM nebo ARM, jsou proprietární a nemohou je používat ostatní bez licencí (jejichž vyjednávání může trvat až několik let). Na druhou stranu RISC-V může používat, implementovat a vyrábět kdokoli zdarma, jedinou skutečnou podmínkou je uznání autorů RISC-V.

To umožňuje nezávislým výzkumníkům a vývojářům implementovat své vlastní procesory nebo modifikovat implementace RISC-V s otevřeným zdrojovým kódem, něco, co není možné například s licencí ARM (k tomu je potřeba samostatná licence, což asi 15 velkých společností mít). ISA mohou být zároveň rozšiřovány a upravovány společnostmi bez zveřejnění zdrojového kódu, srovnatelným způsobem jako Android. Absence licenčních poplatků znamená také levnější procesory, i když to v praxi příliš nesníží ceny smartphonů, i když RISC-V se z dlouhodobého hlediska široce používá: licenční poplatky za SoC jednoduše netvoří velkou část nákladů na smartphone (Qualcomm bere 2.5—5% prodejní ceny jako licenční poplatky, např.).

RISC-V není první bezplatný ISA, protože existují i ​​jiné. Nejoblíbenější a nejaktivněji rozvíjená z ostatních je OpenRISC, která začala v roce 2000 a je vydána pod GNU GPL. Ignorování jiné rozdíly, tolerantní licence RISC-V umožňuje, aby byla přijata většími společnostmi, a to znamená rozdíl. Například Google, Hewlett-Packard Enterprise (HPE) a Oracle jsou tři větší společnosti, které mají nedávno se připojil pracovní skupina pro standard RISC-V, čímž účinně projevili svůj zájem o RISC-V jako otevřený standard. Dokud budou všechny implementace dodržovat specifikace („RISC-V kompatibilní“), zákazníci by stále mohli využívat jeden ekosystém, resp. jiný (např. GNU/Linux) teoreticky, zatímco společnosti by k tomu měly motivaci, aby nemusely psát nebo portovat své systémy z poškrábat. Zároveň RISC-V získává na síle, což znamená, že menší společnosti mohou skutečně podporovat komunitu open source a přitom mít flexibilní systém (jedna taková společnost, která se zajímá o RISC-V, je nízké RISC).

Zbývá zjistit, zda RISC-V může přinést skutečná vylepšení nebo ne pro zákazníky, kteří mohou mít zájem o otevřené systémy nebo provozování jakéhokoli podporovaného operačního systému. vyhovující SoC. Zároveň existují i ​​jiné potenciální obavy než trakce RISC-V: i když tolerantní licence přináší určité výhody, mohla by také umožnit gigantům použít Strategie Embrace, Extend and Extinguish (který je pravděpodobně případ pokud jde o Android/AOSP a služby Google, nebo dokonce Android Wear) -- i když někdo by mohl namítnout, že by to bylo stále lepší než současná situace. Dalo by se dokonce porovnat mezi tím a dnešní Android scénou, když se o to pokoušeli různí OEM odlišit své vzhledy, aby získali více uživatelů, a vlastní komunity ROM, které přetrvávají pro moc uživatelů.

Navštivte Webová stránka RISC-V pokud se chcete dozvědět více o historii a cílech projektu, nebo dokonce zkuste implementaci RISC-V sami.