Giải pháp thay thế Intel và ARM: RISC-V là gì?

Mã nguồn mở đang dần trở thành một phần quan trọng của thế giới CNTT vì nó hiện diện trong khoảng 96% phần mềm thương mại. Tương tự như phần cứng, vi xử lý mã nguồn mở RISC-V đang dần được chú ý và hứa hẹn mang đến sự thay đổi lớn trong bối cảnh của ngành công nghiệp điện toán.

Một sự thay thế cho thiết kế của Intel và ARM

Thiết kế bộ xử lý hiện đại đang được chia thành hai thái cực, bên kia là kiến ​​trúc x86 của ARM và Intel. Mặc dù hai công ty này đều có quy mô hoạt động rất lớn nhưng lại lựa chọn đi theo hai mô hình kinh doanh khác nhau.

Intel thiết kế và sản xuất chip của riêng mình, trong khi ARM cấp giấy phép sử dụng thiết kế của mình cho các bên thứ ba khác, chẳng hạn như Qualcommn và Samsung; Các bên thứ ba này sau đó sẽ thêm các cải tiến của riêng họ. Trong khi Samsung có cơ sở hạ tầng để sản xuất bộ vi xử lý sản xuất trong nước, Qualcomm (và các nhà thiết kế “phi sản xuất” khác) giữ trách nhiệm này cho các bên thứ ba khác.

Trong trường hợp của ARM, loại hình kinh doanh này yêu cầu người mua ký một thỏa thuận không tiết lộ thông tin nhằm giữ bí mật tất cả các khía cạnh của thiết kế chip. Điều này không có gì lạ vì mô hình kinh doanh của họ không phân phối bộ vi xử lý mà là tài sản trí tuệ tạo nên chúng.

Trong khi đó, Intel cẩn thận bảo vệ bí mật thiết kế chip thương mại của mình. Vì cả hai hoạt động kinh doanh chip trên đều nhằm mục đích thương mại nên các bên học thuật hoặc hacker khó có thể tác động đến thiết kế của họ.

Sự khác biệt giữa RISC-V là gì?

RISC-V hoàn toàn khác với hai mẫu trên. Đầu tiên, nó không phải là một công ty. Nó chỉ mới được các học giả tại Đại học California ở Berkeley công nhận vào năm 2010 như một giải pháp mã nguồn mở, miễn phí bản quyền thay thế các sản phẩm hiện có.

Sử dụng RISC-V giống như cài đặt Linux thay vì Windows, vì vậy bạn sẽ không cần phải mua hoặc đồng ý với bất kỳ thỏa thuận cấp phép khó chịu nào. RISC-V được tạo ra với mục đích tương tự trong nghiên cứu và thiết kế chất bán dẫn.

Ngoài bản thiết kế, ARM đã cấp phép cho việc sử dụng Kiến trúc Bộ lệnh (ISA) của nó – các lệnh mà bộ vi xử lý có thể hiểu được mà không cần dịch thuật – và vi kiến ​​trúc – cách các lệnh trên được thực thi.

Ngược lại, RISC-V hiếm khi cung cấp ISA, cho phép các nhà nghiên cứu và nhà sản xuất tự xác định cách họ thực sự muốn sử dụng nó. Tính năng này giúp thiết kế này có thể mở rộng để phù hợp với nhiều loại thiết bị cho các mục đích khác nhau, từ hệ thống nhúng 16 bit, công suất thấp đến bộ vi xử lý 128 bit. Được thiết kế dành riêng cho siêu máy tính.

Và từ cái tên, người ta có thể biết rằng RISC-V sử dụng các quy tắc máy tính với Máy tính Tập lệnh Giảm, tương tự như các chip dựa trên ARM, MIPS, SPARC và Power.

Vì vậy, điều này có nghĩa là gì? Trung tâm của bất kỳ bộ vi xử lý máy tính nào là thứ được gọi là tập lệnh. Nói một cách đơn giản, đây là những chương trình nhỏ, được tích hợp sẵn trong phần cứng, cho bộ xử lý biết phải làm gì.

Các chip dựa trên RISC thường có ít lệnh hơn so với các chip sử dụng Máy tính Bộ Lệnh Phức hợp (CISC), tương tự như các sản phẩm của Intel. Ngoài ra, bản thân các lệnh cũng dễ thực hiện hơn so với phần cứng.

Tập lệnh đơn giản hơn có nghĩa là nhà sản xuất chip có thể tiếp tục tối ưu hóa thiết kế của họ. Nhưng đổi lại lợi thế này, các tác vụ tương đối phức tạp sẽ không được vi xử lý thực hiện. Thay vào đó, chúng sẽ được phần mềm chia nhỏ thành nhiều lệnh nhỏ và đơn giản hơn.

Vì vậy, RISC còn được gọi vui là “đẩy những thứ quan trọng vào chương trình dịch” (Rthanh lịch Tôivận động viên thể thao Skéo mạnh Compiler). Nghe có vẻ như là một điểm yếu, nhưng thực sự không phải vậy. Để hiểu điều này, trước tiên bạn phải hiểu bản chất của bộ vi xử lý máy tính.

Bộ vi xử lý trong điện thoại hoặc máy tính của bạn chứa hàng tỷ linh kiện nhỏ gọi là bóng bán dẫn. Đối với chip CISC, số lượng bóng bán dẫn này thể hiện kích thước của tập lệnh.

Nhưng chip RISC có số lệnh ít hơn, đơn giản hơn nên bạn không cần quá nhiều bóng bán dẫn. Điều đó có nghĩa là bạn sẽ có nhiều không gian hơn cho hàng tá điều thú vị khác. Ví dụ: bạn có thể tăng bộ nhớ cache và thanh ghi hoặc thêm các tính năng cho AI và sức mạnh xử lý đồ họa.

Bạn cũng có thể làm cho chip nhỏ hơn bằng cách sử dụng ít bóng bán dẫn hơn. Đây chính là lý do tại sao chip MIPS và ARM RISC thường được sử dụng trong các thiết bị IoT.

Cuộc đua về tốc độ bộ xử lý

Vấn đề bản quyền tất nhiên không phải là lý do duy nhất cho sự tồn tại của RISC-V. David Patterson, người đứng đầu dự án nghiên cứu thiết kế bộ vi xử lý RISC, cho biết RISC-V được thiết kế để giải quyết những hạn chế sắp xảy ra về hiệu suất của CPU do khó khăn trong sản xuất. xuất khẩu.

Bạn càng có thể tích hợp nhiều bóng bán dẫn trên chip thì khả năng của nó càng lớn. Do đó, các nhà sản xuất như TSMC hay Samsung (cả hai đều sản xuất bộ vi xử lý như bên thứ ba) đang tìm cách liên tục thu nhỏ kích thước của bóng bán dẫn.

Mẫu vi xử lý thương mại đầu tiên – Intel 4004 – chỉ có 2.250 bóng bán dẫn có kích thước 10.000 nm (khoảng 0,01 mm). Kích thước này có thể nói là nhỏ, nhưng vẫn là trời cho với con chip A14 Bionic mà 40 năm sau Apple cho ra mắt. Con chip của Apple (hiện tại trên iPad Air mới nhất) có 11,8 tỷ bóng bán dẫn với kích thước chỉ 5nm.

Năm 1965, Gordon E. Moore, người đồng sáng lập Intel, lập luận rằng số lượng bóng bán dẫn có thể được đặt trong một con chip có thể tăng gấp đôi sau mỗi hai năm.

Định luật Moore dự kiến ​​sẽ không còn được áp dụng trong thập kỷ này. Cũng có nhiều nghi ngờ về việc: liệu các nhà sản xuất có tiếp tục gắn bó với xu hướng thu nhỏ dài hạn hay không. Điều này đúng cả trên bình diện học thuật và kinh tế.

Đặc biệt, bóng bán dẫn nhỏ hơn có nghĩa là phức tạp hơn và chi phí sản xuất. TSMC, chẳng hạn, đã chi hơn 17 tỷ USD cho nhà máy của mình để sản xuất chip 5nm. Với rào cản này ngày càng gần hơn, RISV-V hướng tới giải quyết vấn đề hiệu suất bằng cách đi theo một hướng khác thay vì giảm kích thước và tăng số lượng bóng bán dẫn trước đây.

Các công ty hiện đang sử dụng RISC-V

Dự án RISC-V bắt đầu vào năm 2010, một năm sau đó chip đầu tiên sử dụng ISA được sản xuất. Ba năm sau, dự án được công bố rộng rãi; Ngay sau đó, sức hút thương mại đổ dồn về đây. Công nghệ này đang được sử dụng bởi các công ty như Nvidia, Alibaba và Western Digital.

Thật không may, không có gì quá đột phá trong RISC-V. Chính nhóm đã viết trên trang web của mình: “RISC-V ISA dựa trên ý tưởng về một kiến ​​trúc máy tính có từ 40 năm trước“.

Nhưng bước đột phá thực sự ở đây là mô hình kinh doanh, chính xác hơn là vì không có bất kỳ mô hình nào ở đây. Đây là điểm giúp đưa kiến ​​trúc này thử nghiệm, cải tiến và tăng trưởng tiềm năng không giới hạn. Tương tự như những gì Quỹ RISC-V đã viết trên trang web của mình:

“Điểm hấp dẫn ở đây là vì nó là một tiêu chuẩn mở và miễn phí, dễ dàng cho phép người dùng di chuyển phần mềm và tự phát triển phần cứng cho phần mềm.“.

Nhiều chip RISC-V đang hoạt động không ngừng, đóng góp trong các chuỗi máy chủ lớn và trong các thiết bị IoT. Nhưng chúng ta vẫn sẽ cần phải chờ xem liệu tiềm năng của loại kiến ​​trúc này có đủ để làm suy yếu sự độc quyền của ARM hoặc Intel trong các sản phẩm tiêu dùng hay không.

Và nếu một ngày, những ông lớn kể trên không ngừng vươn lên, đó chính là ngày chú ngựa đen mang tên RISC-V vượt mặt và thay đổi mọi thứ.

Trung ND Theo How To Geek

Nguồn https://mayingiarevn.com/blog