risc-v 的开放标准正在改写芯片设计的经济学。
在计算机发明后的七十年左右的时间里,人类设计了许多编程语言。python、java、c++、r,这些英语单词和数学符号的混合体命令着晶体管执行我们的命令。
笔记本电脑中央处理器中的硅开关本身并不能理解“for”一词或符号“=”。为了让芯片执行您的 python 代码,软件必须将这些单词和符号翻译成芯片可以使用的指令。
工程师指定特定的二进制序列来提示硬件执行某些操作。例如,代码“100000”可以命令芯片将两个数字相加,而代码“100100”可以要求它复制一段数据。这些二进制序列构成了芯片的基本词汇表,即计算机的指令集。
多年来,芯片行业一直依赖各种专有指令集。当今市场主要有两种主要类型:英特尔和 amd 使用的 x86 以及arm公司生产的 arm。芯片公司必须获得这些指令集的许可——单个设计可能要花费数百万美元。由于 x86 和 arm 芯片使用不同的语言,软件开发人员必须为同一应用程序制作一个版本以适应每个指令集。
不过最近,全球许多硬件和软件公司已经开始围绕一种称为 risc-v 的公开可用指令集进行融合。这是一个可能从根本上改变芯片行业的转变。risc-v 的支持者说,这种指令集使小公司和新兴企业家从昂贵的许可费中解放出来,使他们更容易获得计算机芯片设计。
“已经有数十亿个基于 risc-v 的内核,从耳塞一直到云服务器,应有尽有,”支持该技术的非营利组织 risc-v international 的首席技术官 mark himelstein说。
2022 年 2 月,英特尔本身承诺投入 10 亿美元用于开发 risc-v 生态系统以及其他优先事项。虽然 himelstein 预测 risc-v 芯片在个人电脑中普及还需要几年时间,但第一款配备 risc-v 芯片的笔记本电脑xcalibyte和deepcomputing的 roma 已于2022 年 6 月开始接受预订。
什么是 risc-v?
可以将 risc-v视为计算机芯片的一组设计规范,例如蓝牙。它被称为“开放标准”。这意味着任何人——你、我、英特尔——都可以参与这些标准的制定。此外,任何人都可以根据risc-v的指令集设计出计算机芯片。然后,这些芯片将能够执行为 risc-v 设计的任何软件。(请注意,基于“开放标准”的技术不同于“开放源代码”技术。开放标准通常指定技术规范,而“开放源代码”通常是指其源代码可免费供参考和使用的软件。)
2010 年,加州大学伯克利分校的一组计算机科学家开发了 risc-v 的基础,作为芯片设计的教学工具。专有的中央处理器 (cpu) 过于复杂和不透明,学生无法从中学习。risc-v 的创建者公开了指令集,并很快发现自己遇到了有关它的问题。到 2015 年,包括谷歌和 ibm 在内的一批学术机构和公司成立了 risc-v international,以标准化指令集。
himelstein 将总部位于中国的耳塞公司中科蓝讯作为 risc-v 的成功案例。耳塞不需要太多的计算能力,该公司发现它可以设计使用 risc-v 指令的简单芯片。“如果他们没有使用 risc-v,他们要么不得不购买比他们想要的功能多得多的商业芯片,要么他们将不得不设计自己的芯片或指令集,”himelstein 说。“他们两个都不想要。”
mejdrich 说,risc-v 有助于“降低”芯片设计的进入门槛。risc-v 支持者提供有关如何构建基于 risc-v 的 cpu 的公共研讨会。设计自己的 risc-v 芯片的人现在可以提交这些设计,通过谷歌、半导体制造商 skywater 和芯片设计平台 efabless 之间的合作免费制造。
risc-v 的下一步是什么
balaji baktha是湾区初创公司ventana micro systems的首席执行官,他为数据中心设计基于 risc-v 的芯片。他说,他们所做的设计改进——仅仅因为开放标准提供的灵活性——使这些芯片能够以更少的能量更快地执行计算。根据国际能源署的数据,到 2021 年,数据中心约占全球总用电量的 1%,而且这一数字在过去几年中一直在上升。baktha 表示,risc-v 芯片可以帮助显着降低占用空间。
英特尔和 arm 的芯片仍然很受欢迎,目前尚不清楚 risc-v 设计是否会取代它们。公司需要将现有软件转换为与 risc-v 兼容(roma支持大多数版本的 linux,该操作系统于 1990 年代发布,帮助推动了开源革命)。mejdrich 说,risc-v 用户需要注意“生态系统分裂”的发展——例如,如果有人开发了一个流行的 risc-v 版本,但与为原始版本设计的软件不兼容。
risc-v international 还必须应对与非营利组织的开放理念不一致的地缘政治紧张局势。他们最初位于美国,但遭到立法者的批评,认为 risc-v 可能导致美国失去在半导体行业的优势,并使中国公司更具竞争力。为了避免这些紧张局势,该非营利组织于 2020 年迁至瑞士。
展望未来,himelstein 表示该运动将从 linux 中汲取灵感。希望 risc-v 能让更多人将他们对新技术的想法付诸实践。“最终,你会看到更多的创新产品,”他说。
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