Une alternative ouverte à Intel et ARM : qu'est-ce que RISC-V ?

Si vous voulez construire un ordinateur open-source, vous pouvez, si vous parlez de logiciel. Le processeur sous le capot est cependant propriétaire. RISC-V est une conception de processeur open source qui gagne rapidement du terrain et promet de changer le paysage informatique.

Une alternative aux conceptions Intel et ARM

Actuellement, deux modèles de processeurs règnent en maître : ceux créés par ARM et le x86 d'Intel. Alors que les deux entreprises opèrent à une échelle énorme, leurs modèles commerciaux sont fondamentalement différents.

Intel conçoit et fabrique ses propres puces, tandis qu'ARM concède sous licence ses conceptions à des concepteurs tiers, comme Qualcomm et Samsung, qui ajoutent ensuite leurs propres améliorations. Alors que Samsung dispose de l'infrastructure nécessaire pour fabriquer ses processeurs en interne, Qualcomm (et d'autres concepteurs « sans usine ») sous-traite ce travail important à des tiers.

Dans le cas d'ARM, cela oblige également souvent les concédants à signer des accords de non-divulgation conçus pour préserver la confidentialité des aspects de la conception d'une puce. Ce n'est pas surprenant, étant donné que l'ensemble de son modèle commercial n'est pas façonné autour de la fabrication, mais plutôt de la propriété intellectuelle.

Pendant ce temps, Intel a ses propres secrets de conception commerciale sous clé. Étant donné que les deux types de processeurs sont commerciaux, il est difficile (voire totalement impossible) pour les universitaires et les pirates open source d'influencer la conception.

En quoi RISC-V est différent

RISC-V est très différent. Premièrement, ce n'est pas une entreprise. Il a été conçu pour la première fois en 2010 par des universitaires de l'Université de Californie à Berkeley comme une alternative open source et libre de droits aux titulaires existants.

C'est similaire à l'installation de Linux au lieu de Windows, vous n'avez donc pas à acheter quoi que ce soit ou à accepter des accords de licence onéreux. Le RISV-V vise à faire de même pour la recherche et la conception de semi-conducteurs.

ARM octroie également des licences à la fois pour l'architecture du jeu d'instructions (ISA), qui fait référence aux commandes compréhensibles de manière native par un processeur, et pour la microarchitecture, qui montre comment elle peut être implémentée.

RISC-V propose simplement l'ISA, permettant aux chercheurs et aux fabricants de définir comment ils veulent réellement l'utiliser. Cela le rend évolutif pour les appareils de toutes sortes, des puces 16 bits à faible puissance pour les systèmes embarqués aux processeurs 128 bits pour les superordinateurs.

Comme son nom l'indique, RISC-V utilise les principes de l'ordinateur à jeu d'instructions réduit (RISC), les mêmes que les puces basées sur les conceptions ARM, MIPS, SPARC et Power.

Qu'est-ce que ça veut dire? Eh bien, au cœur de tout processeur informatique, il y a des choses appelées instructions. Dans les termes les plus élémentaires, il s'agit de petits programmes représentés dans le matériel qui indiquent au processeur ce qu'il doit faire.

Les puces basées sur RISC ont généralement moins d'instructions que les puces utilisant une conception d'ordinateur à jeu d'instructions complexe (CISC), comme celles proposées par Intel. De plus, les instructions elles-mêmes sont beaucoup plus simples à mettre en œuvre dans le matériel.

Des instructions plus simples signifient que les fabricants de puces peuvent être beaucoup plus efficaces avec leurs conceptions de puces. Le compromis est que ces tâches relativement complexes ne sont pas exécutées par le processeur. Au lieu de cela, ils sont décomposés en plusieurs instructions plus petites par logiciel.

En conséquence, RISC a gagné le surnom de Relegate the Important Stuff to the Compiler. Bien que cela semble être une mauvaise chose, ce n'est pas le cas. Pour le comprendre, cependant, vous devez d'abord comprendre ce qu'est réellement un processeur d'ordinateur.

Le processeur de votre téléphone ou de votre ordinateur est constitué de milliards de minuscules composants appelés transistors. Dans le cas des puces basées sur CISC, nombre de ces transistors représentent les différentes instructions disponibles.

Étant donné que les puces RISC ont moins d'instructions plus simples, vous n'avez pas besoin de beaucoup de transistors. Cela signifie que vous avez plus de place pour faire beaucoup de choses intéressantes. Par exemple, vous pouvez inclure plus de registres de cache et de mémoire, ou des fonctionnalités supplémentaires pour l'IA et le traitement graphique.

Vous pouvez également rendre la puce physiquement plus petite en utilisant moins de transistors globaux. C'est pourquoi les puces basées sur RISC de MIPS et ARM sont fréquemment trouvées dans les appareils Internet des objets (IoT).

Le besoin de vitesse

Bien sûr, la licence n'est pas la seule raison d'être de RISC-V. David Patterson, qui a dirigé les premiers projets de recherche sur la conception de processeurs RISC, a déclaré que RISC-V a été conçu pour répondre aux limites imminentes des performances du processeur qui peuvent être obtenues grâce aux améliorations de fabrication.

Plus vous pouvez installer de transistors sur une puce, plus un processeur devient performant. En conséquence, les fabricants de puces comme TSMC et Samsung (qui fabriquent tous deux des processeurs pour le compte de tiers) travaillent dur pour réduire encore plus la taille des transistors.

Le premier microprocesseur commercial, l'Intel 4004, n'avait que 2 250 transistors, mesurant chacun 10 000 nanomètres (environ 0,01 mm). Petit, certes, mais contraste avec le processeur A14 Bionic d'Apple, sorti 40 ans plus tard. Cette puce (qui alimente le nouvel iPad Air) possède 11,8 milliards de transistors, chacun mesurant 5 nanomètres de diamètre.

En 1965, Gordon E. Moore, le cofondateur d'Intel, a émis l'hypothèse que le nombre de transistors pouvant être placés sur une puce doublerait tous les deux ans.

"La complexité des coûts minimum des composants a augmenté à un rythme d'environ un facteur de deux par an", a écrit Moore dans le numéro du 35e anniversaire du magazine Electronics . "Certes, à court terme, on peut s'attendre à ce que ce taux continue, voire augmente. À plus long terme, le taux d'augmentation est un peu plus incertain, bien qu'il n'y ait aucune raison de croire qu'il ne restera pas presque constant pendant au moins 10 ans.

La loi de Moore devrait cesser de s'appliquer au cours de cette décennie. Il existe également un doute considérable quant à la capacité des fabricants de puces à poursuivre cette tendance à la miniaturisation à long terme. Cela s'applique tant au niveau scientifique de base qu'au niveau économique.

Les transistors plus petits sont, après tout, beaucoup plus compliqués et coûteux à fabriquer. TSMC, par exemple, a dépensé plus de 17 milliards de dollars dans son usine pour créer des puces de 5 nm. Compte tenu de ce mur de briques, Risk-V vise à résoudre le problème des performances en examinant des moyens autres que la réduction de la taille et du nombre de transistors.

Les entreprises utilisent déjà RISC-V

Le projet RISC-V a débuté en 2010 et la première puce utilisant l'ISA a été fabriquée en 2011. Trois ans plus tard, le projet est devenu public et l'intérêt commercial a rapidement suivi. La technologie est déjà utilisée par des entreprises comme NVIDIA, Alibaba et Western Digital.

L'ironie est qu'il n'y a rien d'intrinsèquement révolutionnaire dans RISC-V. La Fondation note sur sa page Web : "Le RISC-V ISA est basé sur des idées d'architecture informatique qui remontent à au moins 40 ans."

Ce qui, sans doute, est révolutionnaire, cependant, c'est le modèle commercial - ou son absence. C'est ce qui expose le projet à l'expérimentation, au développement et, potentiellement, à une croissance sans entraves. Comme le note également la Fondation RISC-V sur son site internet :

"L'intérêt réside dans le fait qu'il s'agit d'une norme commune libre et ouverte sur laquelle les logiciels peuvent être portés et qui permet à quiconque de développer librement son propre matériel pour exécuter le logiciel."

Au moment d'écrire ces lignes, les puces RISC-V travaillent en grande partie dans les coulisses des fermes de serveurs et en tant que microcontrôleurs. Il reste à voir s'il existe un potentiel pour secouer le duopole ARM/Intel ISA dans l'espace grand public.

Cependant, si les titulaires stagnaient, il est tout à fait possible qu'un cheval noir puisse galoper et tout changer.