Подавляющее большинство наших смартфонов работают на чипах, основанных на архитектуре Arm, тогда как архитектура x86 доминирует среди ноутбуков, десктопных компьютеров и серверного оборудования. Но в США, Европе и особенно в Азии быстрыми темпами растет число компаний, которые обращают внимание на процессорную архитектуру с открытым исходным кодом под названием RISC-V.
Открытая архитектура RISC-V была разработана исследователями из Калифорнийского университета в Беркли и впервые показана широкой публике в 2010 года. Как и Arm, x86 и остальные процессорные архитектуры, RISC-V представляет собой ISA — архитектуру с набором команд, которые позволяют программистам и написанному ими программному обеспечению напрямую управлять компьютерным оборудованием.
Оцените легкость архитектуры: так, в базовом наборе RISC-V всего 11 арифметических инструкций, а для создания более-менее современной SoC их потребуется 39. Для сравнения, некогда простая архитектура Arm в текущей версии ARMv8 разрослась до 1000 инструкций, а x86 тут лучше вообще не упоминать.
Благодаря гибкости открытого исходного кода RISC-V становится все более популярной архитектурой для создания чипов в таких компаниях, как Seagate и Western Digital Corp., занимающихся созданием больших кластеров для хранения данных. Интересуется такими чипами и китайский гигант электронной коммерции Alibaba, и даже правительственные организации, такие как DARPA (Управление перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США).
Одна из первых плат с 28-нм RISC-V процессором Raven1, показанная в июне 2012 года.
Но почему возник такой большой интерес к RISC-V? Во-первых, изначально небольшой набор инструкций позволяет идеально заточить софт под «железо», тем самым повысив энергоэффективность и производительность чипов. Во-вторых, архитектура модульная — можно легко создать SoC из разных процессорных ядер с разными наборами инструкций. В-третьих, открытость позволяет сэкономить на разработке ОС, компиляторов и драйверов, так как в репозитариях уже хватает качественного и доступного всем бесплатно кода.
Также отмечается полная обратная совместимость: старый софт будет без проблем работать на новом «железе», так как базовый набор команд стандартизован. Ну и куда в современном мире без безопасности: открытость архитектуры резко усложняет создание «закладок».
Поэтому не удивительно, что эта архитектура активно развивается. Так, Nvidia уже использует RISC-V в своих графических процессорах Ampere (RTX 3000) — даже с учетом того, что компания планирует приобрести Arm Holdings, владельца архитектуры Arm. Intel также может помочь ускорить внедрение RISC-V за счет расширения своего бизнеса по производству кремниевых чипов, нацеленного в том числе и на создание CPU и SoC на этой открытой архитектуре.
Еще одним признанием RISC-V можно назвать перемены в компании Wave Computing, которая владеет архитектурой MIPS — на ней работает немало бытовых приборов и даже консолей, таких как PSP или PlayStation 2. Однако теперь компания отказывается от своей архитектуры и озвучила новые планы по разработке чипов на базе RISC-V.
Ну и под конец нельзя забывать Азиатско-Тихоокеанский регион, который традиционно силен в создании процессоров и систем на кристалле. Число компании в нем, разрабатывающих свои решения на RISC-V, постоянно растет, поскольку такие страны, как Индия и Пакистан, уже приняли RISC-V в качестве своей национальной архитектуры для разработки собственных чипов.
Одноплатный ПК HiFive Unleashed с 4-ядерным 1.5-ГГц RISC-V процессором U540 и 8 ГБ DDR4.
Китай также выделился как крупный приверженец RISC-V, несмотря на то, что большинство китайских технологических компаний по-прежнему в значительной степени полагаются на архитектуры Arm и x86. Так, в 2019 году холдинг Alibaba сообщил, что его дочерняя компания Pingtou Ge разработала процессор XuanTie 910 на основе архитектуры RISC-V. Он имеет 16 ядер, базируется на 12-нм техпроцессе и ощутимо быстрее конкурентов по производительности на герц, что делает его хорошим выбором для использования в продвинутой «умной» технике.
Также высказываются предположения о том, что предстоящее приобретение Nvidia компании Arm за 40 миллиардов долларов может осложнить дальнейшее использование одноименной архитектуры китайскими компаниями из-за экспортных санкций США. Эта неопределенность также может заставить крупные китайские компании искать «запасной аэродром», и RISC-V отлично подходит на эту роль. Но Arm, похоже, в любом случае стремится удержать своих китайских клиентов: их новая архитектура ARMv9 на данный момент свободна от санкций Соединенных Штатов, что позволяет ее использовать, например, компании Huawei.
В любом случае, архитектура Arm сейчас твердо стоит на ногах: она имеет поддержку в лице Apple, занимает 95% рынка смартфонов и каждый третий чип в мире базируется именно на ней. Конечно, компания Arm знает о появлении сильного конкурента в лице RISC-V, и даже пыталась воспрепятствовать его развитию маркетинговым путем: в 2018 году она открыла сайт (который сейчас уже не работает), где подчеркивала преимущества ARM-архитектуры по стоимости чипов, уже созданной экосистеме, большей безопасности и фрагментации. Впрочем, раз сайт закрылся — значит, маркетинговое давление успеха не возымело.
Тем не менее, компания ARM указывает на некоторые возможные проблемы с RISC-V, когда дело доходит до проверки и поддержки архитектуры с открытым исходным кодом при широком коммерческом внедрении в массовые чипы. «Риск заключается в том, что экономия средств, связанная с лицензированием, часто сводится к минимуму за счет времени и денег, которые тратятся на проверку, физическое проектирование и разработку программного обеспечения для устройств с минимальной дифференциацией или без нее», — говорит Мохамед Авад, вице-президент бизнес-отдела компании Arm по разработке устройств интернета вещей.
RISC-V International, похоже, осознает эти проблемы. В настоящее время в организации работают десятки технических рабочих групп, которые следят за тем, чтобы архитектура соответствовала различным стандартам, обеспечивала надежную защиту и имела максимальную гибкость для применения в большинстве задач.
Несмотря на разные подходы, и RISC-V International, и Arm, похоже, согласны с тем, что будущее разработки чипов будет тесно связано с разнообразным набором архитектур. По мнению Авада, открытый исходный код будет играть немалую роль в разработке микросхем будущего наряду с традиционными моделями лицензирования и инструментами автоматизации проектирования.
Точно так же Марк Химельштейн, технический директор RISC-V International, видит «множество мест для сосуществования нескольких процессорных архитектур в мире», даже когда он указывает на модель RISC-V с открытым исходным кодом и отсутствием лицензий как на конкурентные преимущества этой архитектуры.
«Мы все чаще видим, что люди хотят самостоятельно контролировать свою судьбу», — говорит Химельштейн. «Это то, чему их научил Linux, и это то, чего они хотят и от оборудования».
