x86 та ARM пропустили революцію в процесорах: з’явився перспективний конкурент RISC-V

У 2020 році технологічна індустрія суттєво оживилася, адже великий виробник комп’ютерів та ноутбуків переходить на зовсім нову архітектуру процесорів. Мова йде про відмову Apple від процесорів x86 на користь ARM. Однак за цими новинами непоміченою залишилася поява третьої архітектури процесорів. Це RISC-V, їй близько п’яти років, і вона активно захоплює частку ринку. Адже її перевага – відкритість, що дозволяє виробникам гаджетів не залежати від виробників процесорів та володарів прав на архітектуру, таких як Intel, AMD, ARM, Qualcomm. Експерти прогнозують, що RISC-V дозволить створювати процесори так само вільно, як сьогодні створюються додатки.

Архітектура – серце будь-якого процесора

Будь-який комп’ютерний процесор для своєї роботи використовує певний набір інструкцій, який називається «Архітектура набору інструкцій» (Instruction Set Architecture, ISA). Завдяки цим інструкціям процесор «спілкується» з електронікою, яка його оточує. Інструкції також визначають функціональність процесора.

Сьогодні існує багато архітектур ISA (Power, SPARC, MIPS, x86, ARM, RISC-V), але головними з них стали дві – x86 та ARM. Першу створила Intel, а другу – компанія ARM. Архітектура x86 виявилася з високим співвідношенням потужності на ват спожитої енергії, тому вона стала домінувати у світі персональних комп’ютерів. ARM виявилася з високою енергоефективністю, тому вона стала домінувати у світі мобільної електроніки – кожен смартфон, планшет, плеєр має ARM-процесор.

Обидві архітектури – x86 та ARM – сьогодні є дуже зрілими. Першу презентували в 1978 році, другу – у 1985 році.

RISC-V є дуже молодою – однойменна група розробників була сформована у 2015 році. Хоча першу її версію створили в Університеті Каліфорнії у 2010 році. А над концепцією RISC-V почали розмірковувати в 1980-х.

Переваги RISC-V

В архітектур x86 та ARM є низка суттєвих недоліків юридичного характеру. По-перше, вони закриті, і в ціну кожного реального чипа входить відсоток за оплату ліцензії на використання. RISC-V є повністю відкритою архітектуру з якою можуть працювати студенти та індустріальні користувачі без оплати роялті.

Відкритість RISC-V дозволяє споживачам вільно модифікувати її, додаючи чи прибираючи непотрібне. Запитувати дозволу на це, як у випадку з x86 чи ARM, не потрібно.

Закритість архітектур призвела до того, що кожен виробник процесорів (ARM, Intel, AMD, IBM та інші) витрачають багато грошей на процес верифікації. Він потрібен, щоб довести, що реальний чип працює саме так, як планувалося.

Відкритість дизайну RISC-V дозволила з’явитися автоматизованим засобам верифікації. Також завдяки відкритості архітектури її верифікація відбувається зусиллями всієї спільноти розробників чипів на ній, а не якоюсь окремою компанією. Схожий підхід дозволив відкритому програмному забезпеченню стати ключовим у суперкомп’ютерах, інтернеті речей та багатьох інших завданнях.

Монолітний закритий дизайн архітектури дозволяє її розробнику приховувати наявність суттєвих дірок. Наприклад, останніми роками в процесорах Intel знайшли критичні вразливості Heart Bleed, Spectre. Споживачам довелося багато років чекати поки Intel виправить ці та інші подібні діри у своїх продуктах. З RISC-V розробник процесора може своїми силами закрити проблему.

RISC-V активно захоплює ринок

Розробники RISC-V прогнозують, що ця архітектура може стати стандартом у серверах, інтернеті речей та мобільних гаджетах. Згодом можливий вихід на ринок персональних комп’ютерів.

Міжнародні санкції США та Європи проти китайських компаній можуть пришвидшити поширення RISC-V. Наприклад, Huawei у 2019 році ледь не заблокували доступ до архітектури ARM, яка служить основою для процесорів Huawei Kirin 980. Тоді ж з’явилася інформація, що більше не буде ноутбуків Huawei, оскільки Intel заборонили продавати їй процесори.

Китайський інтернет-гігант Alibaba торік представив власний процесор на базі RISC-V. Його створив підрозділ Pingtouge Semiconductor, і 64-бітний 16-ядерний чип XuanTie 910 вважається найпотужнішим серед конкурентів на цій архітектурі. Він працює на частоті 2,5 ГГц, виготовлений з використанням 12-нанометрового техпроцесу та має продуктивність на 40 % більше найближчого конкурента на RISC-V. Ривок продуктивності став можливий завдяки 50 новим доданим інструкціям та оптимізації наявних. Подібне неможливо із закритими архітектурами.

У RISC-V сьогодні зацікавлені окрім Alibaba також Huawei, ZTE, Xiaomi, Samsung, Western Digital, NVIDIA, Qualcomm, Google. На сторінці партнерів RISC-V близько сотні компаній.

ARM вже побачила у RISC-V загрозу і презентувала програму ARM Flexible Access. З нею виробники ARM-процесорів можуть отримати доступ до інтелектуальної власності компанії, отримують зменшену плату за ліцензії та отримують право не купувати ліцензію в повному обсязі.

Сьогодні, щоб створити модифікований за власними потребами процесор, необхідно звернутися до AMD, Intel, Qualcomm чи інших вендорів і попрохати їх про це. Однак вони можуть не квапитися, навіть якщо їх просить одна з найдорожчих компаній світу. Так, Apple найближчими роками перейде з архітектури Intel x86 на ARM, щоб мати більше гнучкості за функціями та ціною і швидше випускати нові чипи.

RISC-V дозволить змінити бізнес-модель виробництва процесорів. Сьогодні однакові чипи потрібно випускати мільйонними тиражами, щоб вони були дешевими. З RISC-V можна буде виготовляти індивідуальні чипи невеликими партіями.