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

Si desea construir una computadora de código abierto, puede hacerlo, si está hablando de software. El procesador debajo del 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

En la actualidad, reinan dos diseños de procesador: los creados por ARM y el x86 de Intel. Si bien ambas 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, que luego agregan sus propias mejoras. Si bien Samsung tiene la infraestructura para fabricar sus procesadores internamente, Qualcomm (y otros diseñadores "fabless") subcontrata este importante trabajo a terceros.

En el caso de ARM, esto también requiere a menudo que los licenciantes firmen acuerdos de confidencialidad diseñados para mantener en privado aspectos del diseño de un chip. Eso no es sorprendente, considerando que todo su modelo comercial no se basa 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) que los académicos y los piratas informáticos de código abierto influyan en el diseño.

Cómo RISC-V es diferente

RISC-V es tremendamente diferente. En primer lugar, no es una empresa. Fue concebido 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 titulares existentes.

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

ARM también otorga licencias tanto para la arquitectura del conjunto de instrucciones (ISA), que se refiere a los comandos que un procesador puede entender de forma nativa, como para la microarquitectura, que muestra cómo se puede implementar.

RISC-V simplemente ofrece el ISA, lo que permite a los investigadores y fabricantes definir cómo quieren usarlo realmente. 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 computadora con conjunto de instrucciones reducido (RISC), al igual que los chips basados ​​en diseños ARM, MIPS, SPARC y Power.

¿Qué significa esto? 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 suelen tener menos instrucciones que los chips que utilizan un diseño de computadora con conjunto de instrucciones complejo (CISC), como los que ofrece Intel. Además, las propias instrucciones son mucho más sencillas de implementar en el hardware.

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

Como resultado, RISC se ha ganado 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 consta de miles de millones de pequeños componentes llamados transistores. En el caso de los chips basados ​​en CISC, muchos de estos transistores representan las diversas instrucciones disponibles.

Dado que los chips RISC tienen menos instrucciones y más simples, no necesita muchos transistores. Esto significa que tienes más espacio para hacer muchas cosas interesantes. Por ejemplo, podría incluir más registros de caché y memoria, o funcionalidad adicional para el 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

Por supuesto, la concesión de licencias no es la única justificación de RISC-V. David Patterson, quien dirigió los primeros proyectos de investigación en el diseño de procesadores RISC, dijo que RISC-V fue diseñado para abordar los límites inminentes en el rendimiento de la CPU que se pueden obtener con las mejoras en la fabricación.

Cuantos más transistores pueda caber en un chip, más capaz se vuelve finalmente un procesador. Como resultado, los fabricantes de chips como TSMC y Samsung (que fabrican procesadores en nombre de terceros) están trabajando duro para reducir aún más el tamaño de los transistores.

El primer microprocesador comercial, el Intel 4004, tenía solo 2250 transistores, cada uno de los cuales medía 10 000 nanómetros (alrededor de 0,01 mm). Pequeño, ciertamente, pero contrasta eso con el procesador A14 Bionic de Apple, lanzado 40 años después. Ese chip (que alimenta el nuevo iPad Air) tiene 11.800 millones de transistores, cada uno de los cuales mide 5 nanómetros.

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

“La complejidad de los costos mínimos de los componentes ha aumentado a un ritmo de aproximadamente un factor de dos por año”, escribió Moore en la edición del 35 aniversario de la revista Electronics . “Ciertamente, a corto plazo, se puede esperar que esta tasa continúe, si no aumenta. A más 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”.

Se espera que la Ley de Moore deje de aplicarse en esta década. También existen dudas considerables sobre si los fabricantes de chips pueden continuar con esta tendencia hacia la miniaturización a largo plazo. Esto se aplica tanto en el nivel científico básico como en el económico.

Después de todo, los transistores más pequeños son mucho más complicados y caros 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 abordar el problema del rendimiento buscando formas además 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 usa ISA se fabricó en 2011. Tres años más tarde, el proyecto se hizo público y pronto 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 intrínsecamente innovador en RISC-V. La Fundación señala en su página web: "El RISC-V ISA se basa en ideas de arquitectura informática que datan de al menos 40 años".

Sin embargo, lo que podría decirse que es innovador es el modelo de negocio, o la falta de uno. Es esto lo que expone el proyecto a la experimentación, el desarrollo y, potencialmente, el crecimiento sin restricciones. Como también señala la Fundación RISC-V en su web:

“El interés se debe a que es un estándar abierto y gratuito común al que se puede portar el software y que permite a cualquier persona desarrollar libremente su propio hardware para ejecutar el software”.

Al momento de escribir este artículo, los chips RISC-V trabajan en gran medida entre bastidores en granjas de servidores y como microcontroladores. Queda por ver si existe algún potencial para sacudir el duopolio ARM/Intel ISA en el espacio del consumidor.

Sin embargo, si los titulares se estancan, está dentro del ámbito de la posibilidad de que un caballo oscuro pueda entrar al galope y cambiarlo todo.