RISC-V: Hur företag driver det in i framtiden

Viktiga takeaways

• RISC-V tar fart när stora företag som Google och Qualcomm stödjer den alternativa instruktionsuppsättningsarkitekturen, och utmanar dominansen av x86 och ARM.
• RISC-V är en ISA med öppen källkod utformad för att eliminera licensavgifter. Den har redan fått betydande stöd med över 100 medlemmar i RISC-V Foundation.
• RISE, ett projekt i samarbete med RISC-V och Linux Foundation, tar sig an utmaningen att anta en ny ISA genom att kräva att medlemmarna bidrar med pengar eller ingenjörstid. RISC-V-enheter finns redan tillgängliga, främst i inbyggda system och den kinesiska marknaden.

RISC-V har varit överallt nyligen, med den alternativa instruktionsuppsättningsarkitekturen (ISA) som byggde fart för att utmana dominansen av x86 och ARM. Detta har inkluderat flera högprofilerade meddelanden från Qualcomm och Google, liksom den senaste bildandet av RISE-projekt (RISC-V Software Ecosystem). med stöd från alla från Red Hat till Intel. Google meddelade till och med nyligen att infödingen Android-stöd kommer till RISC.

Stora företag förenas bakom RISC-V, och även om det ännu inte är klart om det kan leva upp till hypen, lägger många seriösa spelare (inklusive några som du kanske inte förväntar dig) ner sina marker. Instruktionsuppsättningar håller på att formas för att bli en viktig slagfält för teknik under det kommande decenniet och RISC tar snabbt fart.

Vad är en instruktionsuppsättning?

En komplex byggsten av CPU-arkitektur

Innan vi går in på RISC-V, låt oss prata om instruktionsuppsättningar, som är en av de grundläggande byggstenarna i CPU-arkitekturer och definierar de uppgifter som en CPU kan utföra. Dessa instruktioner sträcker sig från mycket enkla, såsom ADD (att lägga till värdena i två givna register eller minnesadresser), till mer komplexa instruktioner för minnessäkerhet eller -hantering. En instruktionsuppsättning implementerar hela eller delar av en ISA, som specificerar en rad instruktioner tillsammans med deras förväntade input och beteende. Detta beskrivs normalt som antingen Reduced eller Complex Instruction Set Computers (RISC och CISC).

Skillnaden mellan dessa två kan vara knepig, men du kan tänka på RISC som ett försök att kombinera många små instruktioner att göra saker snabbt (normalt i en enda klockcykel), medan CISC har många fler instruktioner med mer funktionalitet som kan ta längre. Vanligtvis kommer en CPU som implementerar hela eller delar av x86 ISA (den mest använda CISC ISA) att implementera flera hundra instruktioner, medan det är vanligt att RISC CPU: er implementerar under 100. De flesta ISA kräver inte ett fast antal instruktioner i den slutliga instruktionsuppsättningen, utan erbjuder istället en modulär design med flera tillägg som valfritt implementeras av tillverkare.

Eftersom en instruktionsuppsättning i grunden definierar verktygen som är tillgängliga för programvara, kan det ändras svårt eftersom ISA kräver att all programvara som körs på en dator ska byggas om (eller kompileras om) för en nya ISA. Detta kräver ofta betydande modifieringar av varje mjukvarubit och är en kostsam och tidskrävande process som kräver betydande utvecklarstöd. Att ändra ISA är sällsynt just av denna anledning, och det finns ett mycket verkligt höna-och-ägg-problem när det gäller att få utvecklare att bygga sin programvara för att stödja en ny ISA. Det är där RISC-V kommer in.

Vad är RISC-V?

En ISA som ständigt växer

RISC-V är en ISA som först skapades vid Parallel Computing Laboratory vid U.C. Berkeley 2010. Det är en royaltyfri ISA med öppen källkod utformad för att eliminera behovet av att betala licensavgifter, normalt till Intel eller ARM. 2015 lämnade RISC-V labbet och RISC-V Foundation lanserades med 36 grundande medlemmar. Detta blev senare RISC-V International, som, under en ny medlemsbaserad investeringsstruktur, fortsätter forskningen och styrningen av RISC-V idag. Stiftelsen har nu över 100 medlemmar och arrangerar kontinuerligt evenemang över hela världen för att stödja tillväxten av RISC-V.

Vad är RISE?

RISE grundades tidigare i år i samarbete med RISC-V och Linux Foundation, och det har redan stöd från bland annat Intel, MediaTek, Red Hat, Qualcomm och Google. RISE fokuserar på att förbättra mjukvaruverktygskedjor för att stödja tillväxten av RISC-V. Projektets inriktning är fastställd av en teknisk styrgrupp, liknande andra Linux Foundation-projekt.

RISE tar sig an kyckling-och-ägg-problemet med att anta en ny ISA genom att kräva att dess medlemmar satsar på dollarvärden eller ingenjörstid.

RISE tar sig an kyckling-och-ägg-problemet med att anta en ny ISA genom att kräva att dess medlemmar engagerar sig dollarvärden eller ingenjörstid för att utveckla programvara med öppen källkod för RISC-V, och det går redan bra steg. Till exempel har Android redan byggts om för RISC-V, liksom Ubuntu och några andra Linux-distros.

När kan vi se RISC-V i naturen?

De finns i närheten om du vet var du ska leta

RISC-V-enheter finns redan tillgängliga, dock mestadels i inbyggda system eller i enheter tillverkade eller riktade till den kinesiska marknaden. Både Kina och Ryssland har lutat sig mycket åt RISC-V nyligen som ett sätt att diversifiera sig från beroendet av västerländsk teknologi. Flera RISC-V-baserade bärbara datorer finns tillgängliga på Alibaba, och RISC-V-utvecklingskort har tagit sig till den västerländska marknaden. Det kinesiska företaget Sipeed erbjuder RISC-V-baserade utvecklingskort i formfaktorer som sträcker sig från Steam Deck-alternativ till handhållna Linux-terminaler, och Huawei släppte sina första RISC-V-baserade utvecklingssatser för HarmonyOS-baserade IoT-enheter tillbaka 2021.

Likaså bröt Intel mark 2021 på två nya tillverkningsanläggningar i Arizona och har meddelat att bygget av ytterligare två i Ohio kommer att starta 2025. Intel har arbetat för att återuppliva sin gjuteriverksamhet under de senaste åren, och ett stort inflöde av RISC-V-chips kan hjälpa dem att fylla i volymen för dessa nya USA-baserade fabs. Det är en chansning som många företag tar och dyker in tidigt med RISC-V för att undvika att bli kvar och skaffa erfarenhet medan RISC-V är i sin linda.

Är det redo för den stora tiden?

Men RISC-V är inte riktigt redo för den stora tiden. Även om ARM kan vara dyrt, har dess teknik varit väl förfinad. CISC ISA blev ursprungligen populär eftersom de tillät tidiga ingenjörer att enkelt implementera funktioner i sina CPU: er som krävs för mer komplex datoranvändning. Men under det senaste decenniet, ÄRMRISC-baserade konstruktioner har vuxit i kapacitet och kompetens samtidigt som de förblir ett generellt mer energieffektivt alternativ.

RISC-V följer naturligtvis i ARMs fotspår genom att först skapa en marknad för energisnåla och energieffektiva enheter.

I teorin borde ARM- och RISC-V-processorer kunna ha liknande prestanda. Emellertid är ARM-programvarustödet redan omfattande (med dess processorer som redan kör telefoner och bärbara datorer), vilket ger den ett stort inledande försprång över alla nya RISC-V-enheter.

Detta försprång är en del av anledningen till att RISC-V inte (ännu) utmanar ARM-enheter för de flesta konsumenter, gå naturligt i ARMs fotspår genom att skapa en marknad för energisnåla och energieffektiva enheter först. Att rikta in sig på den nedre delen av marknaden kommer att tillåta RISC-V att först etablera en bas av verktyg och utvecklarstöd, samt förfina sin energieffektivitet på både hårdvaru- och mjukvarunivå. RISC-V International (och i förlängningen dess medlemsföretag) påbörjar arbetet med att flytta produkter till RISC-V nu i hopp om att allt eftersom utvecklingen fortskrider blir mer kraftfulla och energieffektiva implementeringar tillgängliga.

Intel?

Som vi nämnde tidigare investerar även Intel (ägaren av den lönsamma x86 ISA) stort i RISC-V. Intels svårigheter med att tillhandahålla energisnåla x86-enheter har lett till att de tappade avsevärt mot ARM under den senaste decennium, inklusive på huvuddelen av Apples ARM-fokuserade interna kisel och på Qualcomm och Samsung i den bredare mobilen marknadsföra.

Potentialen hos RISC-arkitekturer har länge insetts, en potential som var en nyckelfaktor bakom Apples tidiga beslut att använda RISC-baserade Motorola- och PowerPC-chips i tidiga Mac-datorer. Men under det senaste decenniet har ARM frigjort den potentialen. Intel befinner sig nu i att förlora x86-marknadsandelar till ARM även i sina mest dominerande kategorier, där AWS pressar nya Graviton-baserade ARM-chips hårt som ett billigare alternativ än x86 i molnet. Intel har satsat stort på RISC-V och engagerar sig offentligt 1 miljard dollar till sina gjuteritjänster, inklusive betydande investeringar i RISC-V-fabriker.

Kan RISC-V komma ikapp?

Svaret kommer med tiden

Kravet på att RISC-V ska lyckas är tydligt. Företag har ingen lust att fortsätta fylla Intel/ARMs fickor med sina licensavgifter, och ARM har banat väg för RISC-chips med låg effekt genom att konkurrera med Intel. RISC-V kommer att försöka efterlikna ARMs väg till framgång, genom att först tävla i de lägre kraft- och utvecklingsområdena.

Detta är något vi redan ser hända, till exempel med Google och Qualcomms tillkännagivande av en RISC-V-baserad Snapdragon Wear Platform. Det är också tydligt att med etableringen av RISE och de pågående investeringarna i stora företag från både OEM- och konsumentområdet, finns stöd för RISC-V. Huruvida dess nuvarande momentum är tillräckligt för att bära RISC-V genom det långsamma slag som kommer ikapp ARM är fortfarande oklart, men det finns ett tydligt affärsintresse för att RISC-V ska lyckas. ARM rapporterade en rekordinkomst på över 800 miljoner dollar bara under andra kvartalet i år, vilket i slutändan kommer från en andel av andra företags vinster. Som sagt, det har varit misslyckade hasardspel tidigare, med PowerPC som sticker ut, så vi får se var RISC-V tar vägen härifrån.