RISC-V: Hvordan selskaper skyver det inn i fremtiden

Viktige takeaways

• RISC-V får fart ettersom store selskaper som Google og Qualcomm støtter den alternative instruksjonssettarkitekturen, og utfordrer dominansen til x86 og ARM.
• RISC-V er en åpen kildekode-ISA designet for å eliminere lisensavgifter. Den har allerede fått betydelig støtte med over 100 medlemmer i RISC-V Foundation.
• RISE, et prosjekt i samarbeid med RISC-V og Linux Foundation, takler utfordringen med å ta i bruk en ny ISA ved å kreve at medlemmene bidrar med penger eller ingeniørtid. RISC-V-enheter er allerede tilgjengelige, først og fremst i innebygde systemer og det kinesiske markedet.

RISC-V har vært overalt i det siste, med den alternative instruksjonssettarkitekturen (ISA) som bygger momentum for å utfordre dominansen til x86 og ARM. Dette har inkludert flere høyprofilerte kunngjøringer fra Qualcomm og Google, samt den nylige dannelsen av RISE-prosjektet (RISC-V Software Ecosystem). med støtte fra alle fra Red Hat til Intel. Google annonserte til og med nylig at innfødte Android-støtte kommer til RISC.

Store selskaper forenes bak RISC-V, og selv om det ennå ikke er klart om det kan leve opp til hypen, legger mange seriøse aktører (inkludert noen du kanskje ikke forventer) sjetongene sine. Instruksjonssett er i ferd med å bli en viktig kampplass for teknologi i løpet av det neste tiåret, og RISC får raskt fart.

Hva er et instruksjonssett?

En kompleks byggestein av CPU-arkitektur

Før vi kommer inn på RISC-V, la oss snakke om instruksjonssett, som er en av de grunnleggende byggesteinene i CPU-arkitekturer og definerer oppgavene en CPU kan utføre. Disse instruksjonene spenner fra veldig enkle, for eksempel ADD (legge til verdiene i to gitte registre eller minneadresser), til mer komplekse instruksjoner for minnesikkerhet eller -administrasjon. Et instruksjonssett implementerer hele eller deler av en ISA, som spesifiserer en rekke instruksjoner sammen med deres forventede input og atferd. Dette beskrives normalt som enten reduserte eller komplekse instruksjonssett-datamaskiner (RISC og CISC).

Forskjellen mellom disse to kan være vanskelig, men du kan tenke på RISC som å prøve å kombinere mange små instruksjoner for å gjøre ting raskt (normalt i en enkelt klokkesyklus), mens CISC har mange flere instruksjoner med mer funksjonalitet som kan ta lengre. Vanligvis vil en CPU som implementerer hele eller deler av x86 ISA (den mest brukte CISC ISA) implementere flere hundre instruksjoner, mens det er vanlig for RISC CPUer å implementere under 100. De fleste ISA-er krever ikke et fast antall instruksjoner i det endelige instruksjonssettet, men tilbyr i stedet et modulært design med flere utvidelser som eventuelt er implementert av produsenter.

Siden et instruksjonssett fundamentalt definerer verktøyene som er tilgjengelige for programvare, kan det endres vanskelig siden ISA-er krever at all programvare som kjører på en datamaskin gjenoppbygges (eller kompileres på nytt) for en ny ISA. Dette krever ofte betydelige modifikasjoner av hver programvarebit og er en kostbar og tidkrevende prosess som krever betydelig utviklerstøtte. Det er sjelden å endre ISA-er, nettopp av denne grunn, og det eksisterer et veldig reelt kylling-og-egg-problem når det gjelder å få utviklere til å bygge programvaren deres for å støtte en ny ISA. Det er her RISC-V kommer inn.

Hva er RISC-V?

En ISA som stadig vokser

RISC-V er en ISA først opprettet ved Parallel Computing Laboratory ved U.C. Berkeley i 2010. Det er en royaltyfri åpen kildekode ISA designet for å eliminere behovet for å betale lisensavgifter, vanligvis til Intel eller ARM. I 2015 forlot RISC-V laboratoriet, og RISC-V Foundation ble lansert med 36 grunnleggende medlemmer. Dette ble senere RISC-V International, som under en ny medlemsbasert investeringsstruktur fortsetter forskningen og styringen av RISC-V i dag. Stiftelsen har nå over 100 medlemmer og arrangerer kontinuerlig arrangementer over hele verden for å støtte veksten av RISC-V.

Hva er RISE?

RISE ble grunnlagt tidligere i år i samarbeid med RISC-V og Linux Foundation, og har allerede støtte fra blant annet Intel, MediaTek, Red Hat, Qualcomm og Google. RISE er fokusert på å forbedre programvareverktøykjeder for å støtte veksten av RISC-V. Prosjektets retning er satt av en teknisk styringskomité, i likhet med andre Linux Foundation-prosjekter.

RISE tar direkte tak i kylling-og-egg-problemet med å ta i bruk en ny ISA ved å kreve at medlemmene forplikter seg til dollarverdier eller ingeniørtid.

RISE tar direkte tak i kylling-og-egg-problemet med å ta i bruk en ny ISA ved å kreve at medlemmene forplikter seg dollarverdier eller ingeniørtid til å utvikle åpen kildekode-programvare for RISC-V, og det gjør allerede bra skritt. For eksempel har Android allerede blitt ombygd for RISC-V, det samme har Ubuntu og noen andre Linux-distroer.

Når kan vi se RISC-V i naturen?

De er rundt hvis du vet hvor du skal lete

RISC-V-enheter er allerede tilgjengelige, men for det meste i innebygde systemer eller i enheter produsert eller rettet mot det kinesiske markedet. Både Kina og Russland har lenet seg tungt inn i RISC-V nylig som en måte å diversifisere seg fra avhengighet av vestlig teknologi. Flere RISC-V-baserte bærbare datamaskiner er tilgjengelige på Alibaba, og RISC-V-utviklingskort har vært på vei til det vestlige markedet. Det kinesiske firmaet Sipeed tilbyr RISC-V-baserte utviklingskort i formfaktorer som spenner fra Steam Deck-alternativer til håndholdte Linux-terminaler, og Huawei ga ut sine første RISC-V-baserte utviklingssett for HarmonyOS-baserte IoT-enheter tilbake i 2021.

På samme måte brøt Intel bakken i 2021 på to nye fabrikasjonsanlegg i Arizona og har kunngjort at byggingen av ytterligere to i Ohio vil starte i 2025. Intel har jobbet for å gjenopplive sin støperivirksomhet de siste årene, og en stor tilstrømning av RISC-V-brikker kan hjelpe dem med å fylle ut volumet for disse nye USA-baserte fabrikkene. Det er en sjanse mange selskaper tar, og dykker tidlig inn med RISC-V for å unngå å bli etterlatt og få erfaring mens RISC-V fortsatt er i sin spede begynnelse.

Er den klar for den store tiden?

Men RISC-V er ikke helt klar for den store tiden. Mens ARM kan være dyrt, har teknologien vært godt raffinert. CISC ISA-er ble opprinnelig populær da de tillot tidlige ingeniører å implementere funksjoner enkelt i CPU-ene deres som er nødvendige for mer kompleks databehandling. Imidlertid, i løpet av det siste tiåret, VÆPNERISC-baserte design har vokst i kapasitet og kompetanse, mens de fortsatt er et generelt mer energieffektivt alternativ.

RISC-V følger naturligvis i ARMs fotspor ved først å finne ut et marked for laveffekts- og energieffektive enheter.

I teorien bør ARM- og RISC-V-CPUer være i stand til lignende ytelse. Imidlertid er ARM-programvarestøtte allerede omfattende (med CPU-ene som allerede kjører telefoner og bærbare datamaskiner), noe som gir den et stort innledende forsprang på alle nye RISC-V-enheter.

Dette forspranget er en del av grunnen til at RISC-V ikke (ennå) er utfordrende ARM-enheter for de fleste forbrukere, følger naturlig i ARMs fotspor ved å skape et marked for laveffekts- og energieffektive enheter først. Målretting mot den nedre delen av markedet vil tillate RISC-V å først etablere en base av verktøy og utviklerstøtte, samt forbedre energieffektiviteten både på maskinvare- og programvarenivå. RISC-V International (og i forlengelsen av dets medlemsbedrifter) starter arbeidet med å flytte produkter til RISC-V nå i håp om at etter hvert som utviklingen skrider frem, blir mer kraftfulle og energieffektive implementeringer tilgjengelig.

Intel?

Som vi nevnte tidligere, investerer til og med Intel (eieren av den lønnsomme x86 ISA) stort i RISC-V. Intels vanskeligheter med å levere energieffektive x86-enheter har ført til at den tapte betydelig for ARM i løpet av den siste tiår, inkludert på hoveddelen av Apples ARM-fokuserte interne silisium og på Qualcomm og Samsung i den bredere mobilen marked.

Potensialet til RISC-arkitekturer har lenge vært anerkjent, et potensial som var en nøkkeldriver for Apples tidlige beslutning om å ta i bruk RISC-baserte Motorola- og PowerPC-brikker på tidlige Mac-er. Men i løpet av det siste tiåret har ARM utløst dette potensialet. Intel opplever nå å miste x86-markedsandeler til ARM selv i de mest dominerende kategoriene, med AWS som presser nye Graviton-baserte ARM-brikker hardt som et billigere alternativ enn x86 i skyen. Intel har gått over til å investere tungt i RISC-V, offentlig forpliktende 1 milliard dollar til støperitjenester, inkludert betydelig investering i RISC-V fabrikker.

Kan RISC-V hamle opp?

Bare tiden vil vise

Kravet om at RISC-V skal lykkes er tydelig. Bedrifter har ikke noe ønske om å fortsette å fylle lommene til Intel/ARM med lisensavgiftene sine, og ARM har banet vei for RISC-brikker med lav effekt ved å konkurrere mot Intel. RISC-V vil forsøke å etterligne ARMs vei til suksess, ved å konkurrere i lavere kraft- og utviklingsområder først.

Dette er noe vi allerede ser skje, for eksempel med Google og Qualcomms kunngjøring av en RISC-V-basert Snapdragon Wear Platform. Det er også klart at med etableringen av RISE og den pågående investeringen i store selskaper fra både OEM og forbrukerområdet, er støtten til RISC-V der. Hvorvidt dets nåværende momentum er nok til å bære RISC-V gjennom det langsomme slaget som tar igjen ARM er fortsatt uklart, men det er en klar forretningsinteresse for at RISC-V skal lykkes. ARM rapporterte en rekordomsetning på over 800 millioner dollar bare i 2. kvartal i år, som til slutt kommer fra en andel av andre selskapers fortjeneste. Når det er sagt, har det vært mislykkede gamblinger tidligere, med PowerPC som skiller seg ut, så vi må se hvor RISC-V går herfra.