В 2020 году технологическая индустрия существенно оживилась, ведь крупный производитель компьютеров и ноутбуков переходит на совершенно новую архитектуру процессоров. Речь идет об отказе Apple от процессоров x86 в пользу ARM. Однако за этими новостями незамеченным осталось появление третьей архитектуры процессоров. Это RISC-V, ей около пяти лет, и она активно захватывает долю рынка. Ведь ее преимущество – открытость, что позволяет производителям гаджетов не зависеть от производителей процессоров и обладателей прав на архитектуру, таких как Intel, AMD, ARM, Qualcomm. Экперты прогнозируют, что RISC-V позволит создавать процессоры так же свободно, как сегодня создаются приложения.
Архитектура – сердце любого процессора
Любой компьютерный процессор для своей работы использует определенный набор инструкций, который называется «Архитектура набора инструкций» (Instruction Set Architecture, ISA). Благодаря этим инструкциям процессор «общается» с окружающей его электроникой. Инструкции также определяют функциональность процессора.
Сегодня существует много архитектур ISA (Power, SPARC, MIPS, x86, ARM, RISC-V), но главными из них стали две – x86 и ARM. Первую создала Intel, а вторую – компания ARM. Архитектура x86 оказалась с высоким соотношением мощности на ватт потребленной энергии, поэтому она стала доминирующей в мире персональных компьютеров. ARM оказалась с высокой энергоэффективностью, поэтому она стала доминировать в мире мобильной электроники – каждый смартфон, планшет, плеер имеет ARM-процессор.
Обе архитектуры – x86 и ARM – сегодня являются очень зрелыми. Первую представили в 1978 году, вторую – в 1985 году.
RISC-V является очень молодой – одноименная группа разработчиков была сформирована в 2015 году. Хотя первую ее версию создали в Университете Калифорнии в 2010 году. А над концепцией RISC-V начали размышлять в 1980-х.
Преимущества RISC-V
У архитектур x86 и ARM есть ряд существенных недостатков юридического характера. Во-первых, они закрыты, и в цену каждого реального чипа включен процент за оплату лицензии на использование. RISC-V является полностью открытой архитектурой, с которой могут работать студенты и индустриальные пользователи без оплаты роялти.
Открытость RISC-V позволяет потребителям свободно модифицировать ее, добавляя или убирая ненужное. Спрашивать разрешения на это, как в случае с x86 или ARM, не нужно.
Закрытость архитектуры привела к тому, что каждый производитель процессоров (ARM, Intel, AMD, IBM и другие) тратят много денег на процесс верификации. Он нужен, чтобы доказать, что реальный чип работает именно так, как планировалось.
Открытость дизайна RISC-V позволила появиться автоматизированным средствам верификации. Также благодаря открытости архитектуры ее верификация происходит усилиями всего сообщества разработчиков чипов на ней, а не какой-то отдельной компанией. Схожий подход позволил открытому программному обеспечению стать ключевым в суперкомпьютерах, интернете вещей и многих других задачах.
Монолитный закрытый дизайн архитектуры позволяет ее разработчику скрывать наличие существенных дыр. Например, в последние годы в процессорах Intel нашли критические уязвимости Heart Bleed, Spectre. Потребителям пришлось много лет ждать, пока Intel исправит эти и другие подобные дыры в своих продуктах. С RISC-V разработчик процессора может своими силами закрыть проблему.
RISC-V активно захватывает рынок
Разработчики RISC-V прогнозируют, что эта архитектура может стать стандартом в серверах, интернете вещей и мобильных гаджетах. Впоследствии возможен выход на рынок персональных компьютеров.
Международные санкции США и Европы против китайских компаний могут ускорить распространение RISC-V. Например, Huawei в 2019 году едва не заблокировали доступ к архитектуре ARM, которая служит основой для процессоров Huawei Kirin 980. Тогда же появилась информация, что больше не будет ноутбуков Huawei, поскольку Intel запретили продавать ей процессоры.
Китайский интернет-гигант Alibaba в прошлом году представил собственный процессор на базе RISC-V. Его создало подразделение Pingtouge Semiconductor, и 64-битный 16-ядерный чип XuanTie 910 считается самым мощным среди конкурентов на этой архитектуре. Он работает на частоте 2,5 ГГц, изготовлен с использованием 12-нанометрового техпроцесса и имеет производительность на 40% больше ближайшего конкурента на RISC-V. Рывок производительности стал возможен благодаря 50 новым приложенным инструкциям и оптимизации существующих. Подобное невозможно с закрытыми архитектурами.
В RISC-V сегодня заинтересованы кроме Alibaba также Huawei, ZTE, Xiaomi, Samsung, Western Digital, NVIDIA, Qualcomm, Google. На странице партнеров RISC-V около сотни компаний.
ARM уже увидела в RISC-V угрозу и представила программу ARM Flexible Access. С ней производители ARM-процессоров могут получить доступ к интеллектуальной собственности компании, получают уменьшенную плату за лицензии и получают право не покупать лицензию в полном объеме.
Сегодня, чтобы создать модифицированный под собственные потребности процессор, необходимо обратиться к AMD, Intel, Qualcomm или других вендорам и попросить их об этом. Однако они могут не торопиться даже если их просит одна из самых дорогих компаний мира. Так, Apple в ближайшие годы перейдет с архитектуры Intel x86 на ARM, чтобы иметь больше гибкости по функциям и цене и быстрее выпускать новые чипы.
RISC-V позволит изменить бизнес-модель производства процессоров. Сегодня одинаковые чипы нужно выпускать миллионными тиражами, чтобы они были дешевыми. С RISC-V можно будет производить индивидуальные чипы небольшими партиями.
