Una alternativa abierta a Intel y ARM: ¿que es RISC-V?

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RISC-V Internacional

Si desea construir una computadora de código abierto, puede hacerlo, si está hablando de software. El procesador bajo el capó, sin embargo, es propietario. RISC-V es un diseño de procesador de código abierto que está ganando terreno rápidamente y promete cambiar el panorama informático.

Una alternativa a los diseños de Intel y ARM

Actualmente, reinan dos diseños de procesadores: los creados por ARM y el x86 de Intel. Aunque las dos empresas operan a gran escala, sus modelos comerciales son fundamentalmente diferentes.

Intel diseña y fabrica sus propios chips, mientras que ARM otorga licencias de sus diseños a diseñadores externos, como Qualcomm y Samsung, quienes luego agregan sus propias mejoras. Si bien Samsung tiene la infraestructura para fabricar sus procesadores internamente, Qualcomm (y otros diseñadores «sin fábrica») subcontratan este importante trabajo a terceros.

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En el caso de ARM, esto también suele requerir que los licenciantes firmen acuerdos de no divulgación diseñados para mantener la confidencialidad de los aspectos del diseño de un chip. Esto no es de extrañar, dado que todo su modelo de negocio no se centra en la fabricación, sino en la propiedad intelectual.

Mientras tanto, Intel tiene sus propios secretos de diseño comercial bajo llave. Dado que ambos tipos de procesadores son comerciales, es difícil (si no del todo imposible) para los académicos y los piratas informáticos de código abierto influir en el diseño.

En qué se diferencia RISC-V

RISC-V es muy diferente. Primero, no es un negocio. Fue diseñado por primera vez en 2010 por académicos de la Universidad de California en Berkeley como una alternativa de código abierto y libre de regalías a los operadores existentes.

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Es similar a instalar Linux en lugar de Windows, por lo que no tiene que comprar nada ni aceptar costosos acuerdos de licencia. RISV-V tiene como objetivo hacer lo mismo para la investigación y el diseño de semiconductores.

ARM también licencia tanto la Arquitectura de conjunto de instrucciones (ISA), que se refiere a los comandos que pueden ser entendidos de forma nativa por un procesador, como la microarquitectura, que muestra cómo se puede implementar.

RISC-V simplemente ofrece ISA, lo que permite a los investigadores y fabricantes definir cómo realmente quieren usarlo. Esto lo hace escalable para dispositivos de todo tipo, desde chips de 16 bits de bajo consumo para sistemas integrados hasta procesadores de 128 bits para supercomputadoras.

Como sugiere el nombre, RISC-V utiliza los principios de la computadora de conjunto de instrucciones reducido (RISC), al igual que los chips basados ​​en los diseños ARM, MIPS, SPARC y Power.

¿Qué significa? Bueno, en el corazón de cualquier procesador de computadora hay cosas llamadas instrucciones. En los términos más básicos, estos son pequeños programas representados en hardware que le dicen al procesador qué hacer.

Los chips basados ​​en RISC generalmente tienen menos instrucciones que los chips que utilizan un diseño de computadora de conjunto de instrucciones complejas (CISC), como los que ofrece Intel. Además, las instrucciones en sí mismas son mucho más fáciles de implementar en hardware.

Las instrucciones más simples significan que los fabricantes de chips pueden ser mucho más eficientes con sus diseños de chips. La compensación es que estas tareas relativamente complejas no las realiza el procesador. En cambio, se dividen en varias instrucciones más pequeñas por software.

Como resultado, RISC se ganó el apodo de Relegar las cosas importantes al compilador. Si bien eso suena como algo malo, no lo es. Sin embargo, para comprenderlo, primero debe comprender qué es realmente un procesador de computadora.

El procesador de su teléfono o computadora está formado por miles de millones de pequeños componentes llamados transistores. En el caso de chips basados ​​en CISC, muchos de estos transistores representan las diferentes instrucciones disponibles.

Dado que los chips RISC tienen menos instrucciones y más simples, no necesita muchos transistores. Significa que tienes más espacio para hacer muchas cosas interesantes. Por ejemplo, puede incluir más registros de memoria caché y memoria, o funcionalidad adicional para procesamiento de gráficos e inteligencia artificial.

También puede hacer que el chip sea físicamente más pequeño usando menos transistores en general. Esta es la razón por la que los chips basados ​​en RISC de MIPS y ARM se encuentran con frecuencia en dispositivos de Internet de las cosas (IoT).

La necesidad de velocidad

Un ingeniero con un chip de computadora.Imágenes de dragón / Shutterstock

Por supuesto, la concesión de licencias no es la única razón de ser de RISC-V. David Patterson, quien dirigió los primeros proyectos de investigación sobre el diseño de procesadores RISC, dijo que RISC-V era diseñado para cumplir con los límites de rendimiento de la CPU que se avecinan que se puede aprender de las mejoras de fabricación.

Cuantos más transistores pueda instalar en un chip, mejor será el procesador. Como resultado, los fabricantes de chips como TSMC y Samsung (que fabrican procesadores en nombre de terceros) están trabajando para reducir aún más el tamaño de los transistores.

El primer microprocesador comercial, el Intel 4004, tenía solo 2.250 transistores, cada uno de los cuales medía 10.000 nanómetros (aproximadamente 0,01 mm). Pequeño, sí, pero en contraste con el procesador Bionic A14 de Apple, lanzado 40 años después. Este chip (que alimenta el nuevo iPad Air) tiene 11.800 millones de transistores, cada uno de los cuales mide 5 nanómetros de diámetro.

En 1965, Gordon E. Moore, cofundador de Intel, planteó la hipótesis de que la cantidad de transistores que podrían colocarse en un chip se duplicaría cada dos años.

«La complejidad de los costos mínimos de los componentes ha aumentado a un ritmo de aproximadamente dos veces al año», escribió Moore en la edición del 35 aniversario de la revista Electronics. “Ciertamente, en el corto plazo, podemos esperar que esta tasa se mantenga, si no que aumente. A largo plazo, la tasa de aumento es un poco más incierta, aunque no hay razón para creer que no se mantendrá casi constante durante al menos 10 años.

La Ley de Moore debería dejar de aplicarse en esta década. También existen considerables dudas sobre si los fabricantes de chips pueden continuar esta tendencia de miniaturización a largo plazo. Esto se aplica tanto al nivel científico básico como al nivel económico.

Los transistores más pequeños son, después de todo, mucho más complicados y costosos de fabricar. TSMC, por ejemplo, gastó más de $ 17 mil millones en su fábrica para crear chips de 5 nm. Dada esta pared de ladrillos, Risk-V tiene como objetivo resolver el problema de rendimiento buscando formas distintas de reducir el tamaño y la cantidad de transistores.

Las empresas ya están utilizando RISC-V

El proyecto RISC-V comenzó en 2010 y el primer chip que usaba ISA se fabricó en 2011. Tres años más tarde, el proyecto se hizo público y rápidamente siguió el interés comercial. La tecnología ya está siendo utilizada por empresas como NVIDIA, Alibaba y Western Digital.

La ironía es que no hay nada revolucionario en sí mismo en RISC-V. La Fundación notas en su página web: «El RISC-V ISA se basa en ideas de arquitectura informática que se remontan al menos a 40 años».

Sin embargo, lo que podría decirse que es revolucionario es el modelo de negocio, o la falta de un modelo. Esto es lo que expone el proyecto a la experimentación, el desarrollo y, potencialmente, el crecimiento sin obstáculos. Como la Fundación RISC-V también tenga en cuenta en su sitio web:

“La ventaja es que se trata de un estándar común libre y abierto en el que se puede migrar el software y que permite a todos desarrollar libremente su propio hardware para ejecutar el software.

En el momento de escribir este artículo, los chips RISC-V funcionan en gran medida entre bastidores en granjas de servidores y como microcontroladores. Queda por ver si existe la posibilidad de cambiar el duopolio ARM / Intel ISA en el espacio principal.

Sin embargo, si los titulares se estancaran, es posible que un caballo negro pudiera galopar y cambiarlo todo.

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