RISC-V: come le aziende lo stanno spingendo nel futuro

Punti chiave

• RISC-V sta guadagnando slancio poiché grandi aziende come Google e Qualcomm sostengono l'architettura alternativa del set di istruzioni, sfidando il dominio di x86 e ARM.
• RISC-V è un ISA open source progettato per eliminare i costi di licenza. Ha già ottenuto un sostegno significativo con oltre 100 membri nella Fondazione RISC-V.
• RISE, un progetto in collaborazione con RISC-V e la Linux Foundation, sta affrontando la sfida di adottare un nuovo ISA richiedendo ai membri di contribuire con denaro o tempo di progettazione. I dispositivi RISC-V sono già disponibili, principalmente nei sistemi embedded e nel mercato cinese.

RISC-V è stato ovunque di recente, con l'architettura del set di istruzioni alternative (ISA) che ha creato slancio per sfidare il dominio di x86 e ARM. Ciò ha incluso diversi annunci di alto profilo da Qualcomm e Google, nonché la recente formazione del Progetto RISE (ecosistema software RISC-V). con il supporto di tutti, da Red Hat a Intel. Google ha anche recentemente annunciato che native Il supporto Android è in arrivo su RISC.

Le grandi aziende si stanno unendo dietro RISC-V e, sebbene non sia ancora chiaro se sarà all'altezza delle aspettative, molti giocatori seri (inclusi alcuni che potresti non aspettarti) stanno puntando i loro soldi. I set di istruzioni si preannunciano come un campo di battaglia chiave per la tecnologia nel prossimo decennio e RISC sta rapidamente guadagnando slancio.

Cos'è un set di istruzioni?

Un complesso elemento costitutivo dell'architettura della CPU

Prima di entrare in RISC-V, parliamo dei set di istruzioni, che sono uno degli elementi costitutivi fondamentali delle architetture della CPU e definiscono le attività che una CPU può eseguire. Queste istruzioni vanno da istruzioni molto semplici, come ADD (somma di valori in due registri o indirizzi di memoria), a istruzioni più complesse per la sicurezza o la gestione della memoria. Un set di istruzioni implementa tutto o parte di un ISA, che specifica una serie di istruzioni insieme ai relativi input e comportamenti attesi. Questo è normalmente descritto come computer con set di istruzioni ridotto o complesso (RISC e CISC).

La differenza tra questi due può essere complicata, ma puoi pensare a RISC come a un tentativo di combinare tante piccole istruzioni da eseguire le cose rapidamente (normalmente in un singolo ciclo di clock), mentre CISC ha molte più istruzioni con più funzionalità che potrebbero richiedere più a lungo. In genere, una CPU che implementa tutto o parte dell'ISA x86 (l'ISA CISC più ampiamente adottato) implementerà diverse centinaia di istruzioni, mentre è comune che le CPU RISC ne implementino meno di 100. La maggior parte degli ISA non richiedono un numero fisso di istruzioni nel set di istruzioni finale, ma offrono invece un design modulare con diverse estensioni implementate facoltativamente dai produttori.

Poiché un set di istruzioni definisce fondamentalmente gli strumenti disponibili per il software, è possibile modificarlo difficile poiché gli ISA richiedono che tutto il software in esecuzione su un computer venga ricostruito (o ricompilato) per a nuova ISA. Ciò spesso richiede modifiche significative a ogni parte del software ed è un processo costoso e dispendioso in termini di tempo che richiede un notevole supporto da parte degli sviluppatori. Cambiare ISA è raro proprio per questo motivo, ed esiste un vero e proprio problema nel convincere gli sviluppatori a costruire il loro software per supportare un nuovo ISA. È qui che entra in gioco RISC-V.

Cos'è RISC-V?

Un ISA in costante crescita

RISC-V è un ISA creato per la prima volta presso il Parallel Computing Laboratory della U.C. Berkeley nel 2010. È un ISA open source esente da royalty progettato per eliminare la necessità di pagare i costi di licenza, normalmente a Intel o ARM. Nel 2015 RISC-V ha lasciato il laboratorio ed è stata lanciata la RISC-V Foundation con 36 membri fondatori. Questa in seguito divenne RISC-V International, che, con una nuova struttura di investimento basata sui membri, continua oggi la ricerca e la governance di RISC-V. La fondazione conta ora oltre 100 membri e organizza continuamente eventi in tutto il mondo per supportare la crescita di RISC-V.

Cos'è RISE?

RISE è stata fondata all'inizio di quest'anno in collaborazione con RISC-V e Linux Foundation e ha già il sostegno di Intel, MediaTek, Red Hat, Qualcomm e Google, tra gli altri. RISE si concentra sul miglioramento delle toolchain software per supportare la crescita di RISC-V. La direzione del progetto è stabilita da un comitato direttivo tecnico, simile ad altri progetti della Linux Foundation.

RISE sta affrontando direttamente il problema dell'uovo e della gallina legato all'adozione di un nuovo ISA, richiedendo ai suoi membri di impegnarsi in termini di valore in dollari o di tempo di progettazione.

RISE sta affrontando direttamente il problema dell’uovo e della gallina legato all’adozione di un nuovo ISA richiedendo ai suoi membri di impegnarsi valore in dollari o tempo di progettazione per lo sviluppo di software open source per RISC-V, e sta già andando alla grande passi da gigante. Ad esempio, Android è già stato ricostruito per RISC-V, così come Ubuntu e alcune altre distribuzioni Linux.

Quando potremmo vedere RISC-V in natura?

Sono in giro se sai dove guardare

I dispositivi RISC-V sono già disponibili, anche se per lo più in sistemi embedded o in dispositivi fabbricati o destinati al mercato cinese. Sia la Cina che la Russia si sono recentemente appoggiate pesantemente al RISC-V come un modo per diversificarsi dalla dipendenza dalle tecnologie occidentali. Su Alibaba sono disponibili diversi laptop basati su RISC-V e le schede di sviluppo RISC-V si stanno facendo strada verso il mercato occidentale. L'azienda cinese Sipeed offre schede di sviluppo basate su RISC-V in fattori di forma che vanno da Alternative al ponte Steam ai terminali Linux portatili e Huawei ha rilasciato i suoi primi kit di sviluppo basati su RISC-V per dispositivi IoT basati su HarmonyOS nel 2021.

Allo stesso modo, Intel ha avviato nel 2021 due nuovi impianti di produzione in Arizona e ha annunciato che la costruzione di altri due in Ohio inizierà nel 2025. Intel ha lavorato per far risorgere le sue operazioni di fonderia negli ultimi anni, e un grande afflusso di chip RISC-V potrebbe aiutarli a riempire il volume di queste nuove fabbriche con sede negli Stati Uniti. È una scommessa che molte aziende stanno facendo, immergendosi presto in RISC-V per evitare di rimanere indietro e acquisire esperienza mentre RISC-V rimane nella sua fase iniziale.

È pronto per il grande momento?

Ma RISC-V non è ancora pronto per il grande momento. Anche se ARM può essere costoso, la sua tecnologia è stata ben perfezionata. Gli ISA CISC originariamente guadagnarono popolarità poiché consentivano ai primi ingegneri di implementare facilmente nelle loro CPU funzionalità necessarie per elaborazioni più complesse. Tuttavia, nell’ultimo decennio, BRACCIOI progetti basati su RISC di sono cresciuti in capacità e competenza pur rimanendo un'opzione generalmente più efficiente dal punto di vista energetico.

RISC-V sta naturalmente seguendo le orme di ARM ritagliandosi prima un mercato per dispositivi a basso consumo ed efficienza energetica.

In teoria, le CPU ARM e RISC-V dovrebbero essere in grado di fornire prestazioni simili. Tuttavia, il supporto del software ARM è già ampio (con le sue CPU già in esecuzione su telefoni e laptop), dandogli un enorme vantaggio iniziale su qualsiasi nuovo dispositivo RISC-V.

Questo vantaggio è parte del motivo per cui RISC-V non rappresenta (ancora) una sfida per i dispositivi ARM per la maggior parte dei consumatori, seguendo naturalmente le orme di ARM ritagliandosi un mercato per dispositivi a basso consumo ed efficienti dal punto di vista energetico Primo. Puntare alla fascia più bassa del mercato consentirà a RISC-V di stabilire innanzitutto una base di strumenti e supporto per gli sviluppatori, oltre a perfezionare la propria efficienza energetica sia a livello hardware che software. RISC-V International (e, per estensione, le sue aziende associate) stanno iniziando a lavorare per spostare i prodotti su RISC-V ora nella speranza che, con il progredire dello sviluppo, diventino implementazioni più potenti ed efficienti dal punto di vista energetico disponibile.

Intel?

Come accennato in precedenza, anche Intel (proprietaria del redditizio x86 ISA) sta investendo molto in RISC-V. Le difficoltà di Intel nel fornire dispositivi x86 ad alta efficienza energetica l'hanno portata a perdere significativamente terreno nei confronti di ARM negli ultimi tempi decennio, includendo la maggior parte del silicio interno focalizzato su ARM di Apple e su Qualcomm e Samsung nel settore mobile più ampio mercato.

Il potenziale delle architetture RISC è stato riconosciuto da tempo, un potenziale che è stato un fattore chiave nella decisione iniziale di Apple di adottare chip Motorola e PowerPC basati su RISC nei primi Mac. Ma nell’ultimo decennio, ARM ha liberato questo potenziale. Intel ora si ritrova a perdere quote di mercato x86 a favore di ARM anche nelle sue categorie più dominanti, con AWS che spinge con forza i nuovi chip ARM basati su Graviton come alternativa più economica rispetto a x86 nel cloud. Intel ha deciso di investire massicciamente in RISC-V, impegnandosi pubblicamente 1 miliardo di dollari ai suoi servizi di fonderia, compresi investimenti significativi nei fab RISC-V.

Riuscirà RISC-V a recuperare il ritardo?

Solo il tempo lo dirà

La richiesta di successo di RISC-V è chiara. Le aziende non hanno alcun desiderio di continuare a riempire le tasche di Intel/ARM con i costi di licenza, e ARM ha aperto la strada ai chip RISC a basso consumo competendo con Intel. RISC-V tenterà di emulare il percorso di ARM verso il successo, competendo prima negli spazi a basso consumo e di sviluppo.

Questo è qualcosa che stiamo già vedendo accadere, ad esempio, con l'annuncio di Google e Qualcomm di a Piattaforma Snapdragon Wear basata su RISC-V. È anche chiaro che con la creazione di RISE e gli investimenti continui in importanti aziende sia del settore OEM che di quello consumer, il supporto per RISC-V è presente. Non è chiaro se il suo slancio attuale sia sufficiente per portare RISC-V attraverso la lenta fatica che sta raggiungendo ARM, ma esiste un chiaro interesse commerciale affinché RISC-V abbia successo. ARM ha registrato un fatturato record di oltre 800 milioni di dollari solo nel secondo trimestre di quest'anno, che alla fine deriva da una quota dei profitti di altre società. Detto questo, ci sono state scommesse fallite in passato, con PowerPC che si è distinto, quindi dovremo vedere dove andrà RISC-V da qui in poi.