Open Source RISC-V-kernedesign, hvorfor Google bekymrer sig, og hvorfor de betyder noget

CPU'en er en af ​​de mest afgørende komponenter i vores computere, ansvarlig for at udføre grundlæggende beregninger, logiske sammenligninger og flytte data rundt. Disse enkle opgaver er byggestenene i enhver mere kompleks operation og gør det muligt at køre vores systemer og programmer.

Hvordan disse operationer udføres er ikke tilfældigt: en Instruction Set Architecture (ISA) definerer, hvad de er, og hvad computerprocessorer skal gøre.

En ISA definerer understøttede instruktioner og funktioner, men ikke hvordan disse instruktioner specifikt udføres. Tænk på det som en madlavningsopskrift - lad os sige, at det er til bagels: Mens opskriften er den samme, vil hver kok udføre den forskelligt, f.eks. arrangere sesamfrøene forskelligt. Kokken, der laver mad baseret på opskriften, er i vores eksempel computerprocessoren, der udfører instruktioner i henhold til den definerede ISA. Resultatet vil dog altid være det samme i teorien: en velsmagende bagel.

Et andet instruktionssæt definerer muligvis ikke kogende vand direkte, men lader dig udføre visse handlinger på objekter i stedet: opvarm, mål og sammenligne. En kok ville nu skulle varme vand op og sammenligne dets målte temperatur med den kendte kogetemperatur. Der er to hovedarkitekturtyper for processorer: Complex Instruction Set Computing (CISC) og Reduced Instruction Set Computing (RISC).

Kort sagt er CISC's mål at gøre tingene lettere for programmører (at tilbyde en instruktion om at koge vand, en anden til at varme olie op osv.) på bekostning af større processorer, mens RISC forsøger at have et enklere sæt instruktioner, der kræver noget mere indsats fra programmører, men resulterer i mindre processorer og mindre strøm forbrug. På grund af de to arkitekturer med forskellige muligheder, skal et program, der kører på den ene, normalt omskrives til at køre på den anden. En af de mest populære arkitekturer i dag på smartphones er en del af RISC-familien: ARM, som står for Acorn RISC Machine.

Det er værd at bemærke, at dette for det meste gælder for programmerings-/porteringskompilere. Til andre formål, såsom at lave et brugerprogram, ville du normalt bruge et sprog på højt niveau, som er lidt sammenligneligt med CISC på softwareniveau. En anden vigtig note er, at denne sammenligning har til formål at give dig en enkel, men intuitiv forståelse af disse begreber. En nøjagtig, dybdegående forklaring ville være meget længere og mere teknisk.

Dette bringer os endelig til RISC-V (udtales "risk five"), som er en gratis og open source ISA for SoC'er (Systems-on-a-Chip, som dybest set pakker CPU'en og andre nødvendige komponenter til at køre et system sammen). De fleste andre ISA'er, såsom dem fra Intel, IBM eller ARM, er proprietære og kan ikke bruges af andre uden licenser (hvilket kan tage op til et par år at forhandle). På den anden side kan RISC-V bruges, implementeres og produceres af alle gratis, med den eneste reelle betingelse at anerkende RISC-V-forfatterne.

Dette giver uafhængige forskere og udviklere mulighed for at implementere deres egne processorer eller ændre open source RISC-V implementeringer, noget, der ikke er muligt med en ARM-licens for eksempel (der kræves en separat licens til det, hvilket omkring 15 store virksomheder har). Samtidig kan ISA også udvides og modificeres af virksomheder uden at frigive kildekoden, på en måde, der kan sammenlignes med Android. Fraværet af licensgebyrer betyder også billigere processorer, selvom det ikke vil sænke smartphones priser meget i praksis, selvom RISC-V bliver meget brugt på lang sigt: royaltyen på SoC'er udgør simpelthen ikke en stor del af en smartphones omkostninger (Qualcomm tager 2.5—5% af salgsprisen som royalties, f.eks.).

RISC-V er ikke den første gratis ISA, da der også findes andre. Den mest populære og mest aktivt udviklede af de andre er OpenRISC, som startede i 2000 og er udgivet under GNU GPL. Ignorerer andre forskelle, den tilladelige licens af RISC-V gør det mere sandsynligt at blive adopteret af større virksomheder, og det gør en forskel. For eksempel er Google, Hewlett-Packard Enterprise (HPE) og Oracle tre større virksomheder, der har tiltrådte for nylig RISC-V standard arbejdsgruppen, der effektivt viser deres interesse for RISC-V som en åben standard. Så længe alle implementeringer overholder specifikationerne ("RISC-V-kompatibel"), vil kunderne stadig være i stand til at bruge ét økosystem eller en anden (f.eks. GNU/Linux) i teorien, mens virksomheder ville have et incitament til at gøre det for at undgå at skulle skrive eller overføre deres systemer fra kradse. Samtidig får RISC-V indpas, hvilket betyder, at mindre virksomheder faktisk kan understøtte open source-fællesskabet, mens de stadig har et fleksibelt system (en sådan virksomhed, der er interesseret i RISC-V er lavRISC).

Det er tilbage at se, om RISC-V kan bringe faktiske forbedringer eller ej for kunder, der kan være interesserede i at have åbne systemer eller køre et hvilket som helst understøttet operativsystem på kompatible SoC'er. Samtidig er der andre potentielle bekymringer end RISC-V's trækkraft: Mens den tilladelige licens kommer med visse fordele, kan den også gøre det muligt for giganter at brug Embrace, Extend og Extinguish strategi (som er formentlig tilfældet når det kommer til Android/AOSP og Googles tjenester, eller endda Android Wear) - selvom man kan hævde, at det stadig ville være bedre end den nuværende situation. En sammenligning kunne endda drages mellem det og Android-scenen i dag, hvor forskellige OEM'er forsøger at differentiere deres skins for at få flere brugere, og tilpassede ROM-fællesskaber, der fortsætter efter magt brugere.

Besøg RISC-V hjemmeside hvis du vil vide mere om projektets historie og mål, eller endda prøv selv en RISC-V implementering.