RISC-V: Como as empresas estão empurrando-o para o futuro

Principais conclusões

• O RISC-V está ganhando impulso à medida que grandes empresas como Google e Qualcomm apoiam a arquitetura alternativa de conjunto de instruções, desafiando o domínio do x86 e do ARM.
• RISC-V é um ISA de código aberto projetado para eliminar taxas de licenciamento. Já ganhou apoio significativo com mais de 100 membros da Fundação RISC-V.
• RISE, um projeto em colaboração com RISC-V e a Linux Foundation, está enfrentando o desafio de adotar uma nova ISA exigindo que os membros contribuam com dinheiro ou tempo de engenharia. Os dispositivos RISC-V já estão disponíveis, principalmente em sistemas embarcados e no mercado chinês.

RISC-V tem estado em toda parte recentemente, com a arquitetura alternativa de conjunto de instruções (ISA) ganhando impulso para desafiar o domínio do x86 e do ARM. Isto incluiu vários anúncios de alto perfil de Qualcomm e Google, bem como a recente formação do Projeto RISE (Ecossistema de Software RISC-V) com suporte de todos, desde Red Hat até Intel. O Google anunciou recentemente que o nativo O suporte Android está chegando ao RISC.

Grandes empresas estão se unindo em torno do RISC-V e, embora ainda não esteja claro se ele conseguirá corresponder ao hype, muitos jogadores sérios (incluindo alguns que você talvez não espere) estão apostando suas fichas. Os conjuntos de instruções estão se tornando um campo de batalha importante para a tecnologia na próxima década e o RISC está ganhando impulso rapidamente.

O que é um conjunto de instruções?

Um bloco de construção complexo da arquitetura de CPU

Antes de entrarmos no RISC-V, vamos falar sobre conjuntos de instruções, que são um dos blocos de construção fundamentais das arquiteturas de CPU e definem as tarefas que uma CPU pode executar. Essas instruções variam desde instruções muito simples, como ADD (somar os valores em dois registradores ou endereços de memória determinados), até instruções mais complexas para segurança ou gerenciamento de memória. Um conjunto de instruções implementa todo ou parte de um ISA, que especifica uma gama de instruções juntamente com suas entradas e comportamento esperados. Isso normalmente é descrito como computadores com conjunto de instruções reduzido ou complexo (RISC e CISC).

A diferença entre esses dois pode ser complicada, mas você pode pensar no RISC como uma tentativa de combinar muitas pequenas instruções para fazer coisas rapidamente (normalmente em um único ciclo de clock), enquanto o CISC tem muito mais instruções com mais funcionalidades que podem levar mais longo. Normalmente, uma CPU que implementa todo ou parte do ISA x86 (o ISA CISC mais amplamente adotado) implementará várias centenas de instruções, enquanto é comum que CPUs RISC implementem menos de 100. A maioria dos ISAs não exige um número fixo de instruções no conjunto final de instruções, em vez disso oferece um design modular com diversas extensões implementadas opcionalmente pelos fabricantes.

Como um conjunto de instruções define fundamentalmente as ferramentas disponíveis para o software, alterá-lo pode ser difícil, pois os ISAs exigem que todo o software executado em um computador seja reconstruído (ou recompilado) para um novo ISA. Isso geralmente requer modificações significativas em cada parte do software e é um processo caro e demorado que requer suporte significativo do desenvolvedor. Mudar ISAs é raro precisamente por esse motivo, e existe um problema muito real ao fazer com que os desenvolvedores construam seu software para suportar um novo ISA. É aí que entra o RISC-V.

O que é RISC-V?

Uma ISA que está crescendo consistentemente

RISC-V é um ISA criado pela primeira vez no Laboratório de Computação Paralela da U.C. Berkeley em 2010. É um ISA de código aberto isento de royalties, projetado para eliminar a necessidade de pagar taxas de licenciamento, normalmente para Intel ou ARM. Em 2015, o RISC-V deixou o laboratório e a Fundação RISC-V foi lançada com 36 membros fundadores. Mais tarde, tornou-se RISC-V International, que, sob uma nova estrutura de investimento baseada em membros, continua hoje a pesquisa e a governança do RISC-V. A fundação tem agora mais de 100 membros e realiza continuamente eventos em todo o mundo para apoiar o crescimento do RISC-V.

O que é RISE?

A RISE foi fundada no início deste ano em colaboração com a RISC-V e a Linux Foundation, e já conta com o apoio da Intel, MediaTek, Red Hat, Qualcomm e Google, entre outros. O RISE está focado em melhorar as cadeias de ferramentas de software para apoiar o crescimento do RISC-V. A direção do projeto é definida por um comitê técnico, semelhante a outros projetos da Linux Foundation.

O RISE está enfrentando diretamente o problema do ovo e da galinha da adoção de uma nova ISA, exigindo que seus membros comprometam valores em dólares ou tempo de engenharia.

O RISE está enfrentando diretamente o problema do ovo e da galinha da adoção de uma nova ISA, exigindo que seus membros se comprometam valores em dólares ou tempo de engenharia para desenvolver software de código aberto para RISC-V, e já está rendendo muito avanços. Por exemplo, o Android já foi reconstruído para RISC-V, assim como o Ubuntu e algumas outras distros Linux.

Quando poderemos ver o RISC-V na natureza?

Eles estão por perto se você souber onde procurar

Os dispositivos RISC-V já estão disponíveis, embora principalmente em sistemas embarcados ou em dispositivos fabricados ou destinados ao mercado chinês. Tanto a China como a Rússia apoiaram-se fortemente no RISC-V recentemente como forma de diversificar a dependência das tecnologias ocidentais. Vários laptops baseados em RISC-V estão disponíveis no Alibaba, e as placas de desenvolvimento RISC-V estão chegando ao mercado ocidental. A empresa chinesa Sipeed está oferecendo placas de desenvolvimento baseadas em RISC-V em formatos que variam de Alternativas ao Steam Deck para terminais Linux portáteis, e a Huawei lançou seus primeiros kits de desenvolvimento baseados em RISC-V para dispositivos IoT baseados em HarmonyOS de volta em 2021.

Da mesma forma, a Intel inaugurou em 2021 duas novas instalações de fabricação no Arizona e anunciou que a construção de mais duas em Ohio terá início em 2025. A Intel tem trabalhado para ressuscitar suas operações de fundição nos últimos anos, e um grande influxo de chips RISC-V poderia ajudá-los a preencher o volume dessas novas fábricas sediadas nos EUA. É uma aposta que muitas empresas estão fazendo, mergulhando cedo no RISC-V para evitar ficar para trás e ganhar experiência enquanto o RISC-V permanece em sua infância.

Está pronto para o grande momento?

Mas o RISC-V ainda não está pronto para o grande momento. Embora o ARM possa ser caro, sua tecnologia foi bem refinada. Os ISAs CISC originalmente ganharam popularidade porque permitiram que os primeiros engenheiros implementassem facilmente em suas CPUs recursos necessários para computação mais complexa. Contudo, ao longo da última década, BRAÇOOs projetos da RISC baseados em RISC cresceram em capacidade e competência, embora permaneçam uma opção geralmente mais eficiente em termos energéticos.

O RISC-V está naturalmente seguindo os passos da ARM ao criar primeiro um mercado para dispositivos de baixo consumo e eficiência energética.

Em teoria, as CPUs ARM e RISC-V deveriam ser capazes de desempenho semelhante. No entanto, o suporte ao software ARM já é extenso (com suas CPUs já rodando em telefones e laptops), dando-lhe uma enorme vantagem inicial sobre qualquer novo dispositivo RISC-V.

Essa vantagem é parte do motivo pelo qual o RISC-V (ainda) não está desafiando os dispositivos ARM para a maioria dos consumidores, seguindo naturalmente os passos da ARM ao criar um mercado para dispositivos de baixo consumo e eficiência energética primeiro. Visar o segmento inferior do mercado permitirá que o RISC-V estabeleça primeiro uma base de ferramentas e suporte ao desenvolvedor, bem como refine sua eficiência energética tanto em nível de hardware quanto de software. RISC-V International (e, por extensão, suas empresas membros) estão começando a trabalhar na migração de produtos para RISC-V agora na esperança de que, à medida que o desenvolvimento avança, implementações mais poderosas e energeticamente eficientes se tornem disponível.

Intel?

Como mencionamos anteriormente, até a Intel (proprietária do lucrativo x86 ISA) está investindo muito no RISC-V. As dificuldades da Intel em fornecer dispositivos x86 com eficiência energética fizeram com que ela perdesse significativamente para a ARM nos últimos década, inclusive na maior parte do silício interno da Apple com foco em ARM e na Qualcomm e Samsung no setor móvel mais amplo mercado.

O potencial das arquiteturas RISC é reconhecido há muito tempo, um potencial que foi um dos principais impulsionadores da decisão inicial da Apple de adotar chips Motorola e PowerPC baseados em RISC nos primeiros Macs. Mas na última década, a ARM liberou esse potencial. A Intel agora está perdendo participação de mercado x86 para ARM, mesmo em suas categorias mais dominantes, com a AWS promovendo fortemente novos chips ARM baseados em Graviton como uma alternativa mais barata do que x86 na nuvem. A Intel passou a investir pesadamente no RISC-V, comprometendo-se publicamente US$ 1 bilhão para seus serviços de fundição, incluindo investimento significativo em fábricas RISC-V.

O RISC-V pode alcançá-lo?

Só o tempo irá dizer

A demanda para que o RISC-V tenha sucesso é clara. As empresas não desejam continuar enchendo os bolsos da Intel/ARM com suas taxas de licenciamento, e a ARM abriu o caminho para chips RISC de baixo consumo de energia ao competir com a Intel. O RISC-V tentará imitar o caminho do ARM para o sucesso, competindo primeiro nos espaços de menor consumo de energia e de desenvolvimento.

Isso é algo que já estamos vendo acontecer, por exemplo, com o anúncio do Google e da Qualcomm de um Plataforma Snapdragon Wear baseada em RISC-V. Também está claro que, com o estabelecimento do RISE e o investimento contínuo em grandes empresas, tanto do segmento OEM quanto do consumidor, o suporte ao RISC-V existe. Ainda não está claro se o seu impulso atual é suficiente para levar o RISC-V através do lento trabalho que está alcançando o ARM, mas há um claro interesse comercial para que o RISC-V tenha sucesso. A ARM relatou uma receita recorde de mais de US$ 800 milhões somente no segundo trimestre deste ano, que em última análise vem de uma participação nos lucros de outras empresas. Dito isto, houve apostas fracassadas no passado, com o PowerPC se destacando, então teremos que ver para onde vai o RISC-V a partir daqui.