Alternatif Terbuka untuk Intel dan ARM: Apa itu RISC-V?

Jika Anda ingin membuat komputer sumber terbuka, Anda bisa—jika Anda berbicara tentang perangkat lunak. Prosesor di bawah kap, bagaimanapun, adalah milik. RISC-V adalah desain prosesor open-source yang dengan cepat mendapatkan daya tarik dan menjanjikan untuk mengubah lanskap komputasi.

Alternatif untuk Desain Intel dan ARM

Saat ini, dua desain prosesor berkuasa: yang dibuat oleh ARM dan x86 Intel. Sementara kedua perusahaan beroperasi pada skala yang luar biasa, model bisnis mereka pada dasarnya berbeda.

Intel mendesain dan memproduksi chipnya sendiri, sementara ARM melisensikan desainnya kepada desainer pihak ketiga, seperti Qualcomm dan Samsung, yang kemudian menambahkan perangkat tambahan mereka sendiri. Sementara Samsung memiliki infrastruktur untuk membuat prosesornya sendiri, Qualcomm (dan desainer "fabless" lainnya) mengalihdayakan pekerjaan penting ini ke pihak ketiga.

Dalam kasus ARM, ini juga sering mengharuskan pemberi lisensi untuk menandatangani perjanjian kerahasiaan yang dirancang untuk menjaga aspek desain chip tetap pribadi. Itu tidak mengherankan, mengingat seluruh model bisnisnya tidak berbentuk di sekitar manufaktur, melainkan, kekayaan intelektual.

Sementara itu, Intel memiliki rahasia desain komersialnya sendiri di bawah kunci dan gembok. Karena kedua jenis prosesor ini bersifat komersial, sulit (jika tidak sepenuhnya mustahil) bagi akademisi dan peretas open-source untuk memengaruhi desain.

Bagaimana RISC-V Berbeda

RISC-V sangat berbeda. Pertama, ini bukan perusahaan. Ini pertama kali disusun pada tahun 2010 oleh para akademisi di University of California di Berkeley sebagai sumber terbuka, alternatif bebas royalti untuk pemain lama yang ada.

Ini mirip dengan menginstal Linux, bukan Windows sehingga Anda tidak perlu membeli apa pun atau menyetujui perjanjian lisensi yang memberatkan. RISV-V bertujuan untuk melakukan hal yang sama untuk penelitian dan desain semikonduktor.

ARM juga melisensikan arsitektur set instruksi (ISA), yang mengacu pada perintah yang secara asli dapat dipahami oleh prosesor, dan arsitektur mikro, yang menunjukkan bagaimana hal itu dapat diimplementasikan.

RISC-V hanya menawarkan ISA, yang memungkinkan peneliti dan produsen untuk menentukan bagaimana mereka sebenarnya ingin menggunakannya. Hal ini membuatnya dapat diskalakan untuk semua perangkat, mulai dari chip 16-bit berdaya rendah untuk sistem tertanam, hingga prosesor 128-bit untuk superkomputer.

Seperti namanya, RISC-V menggunakan prinsip Reduced Instruction Set Computer (RISC), sama seperti chip yang didasarkan pada desain ARM, MIPS, SPARC, dan Power.

Apa artinya ini? Nah, di jantung setiap prosesor komputer, ada hal-hal yang disebut instruksi. Dalam istilah paling dasar, ini adalah program kecil yang diwakili dalam perangkat keras yang memberi tahu prosesor apa yang harus dilakukan.

Chip berbasis RISC biasanya memiliki instruksi lebih sedikit daripada chip yang menggunakan desain komputer set instruksi kompleks (CISC), seperti yang ditawarkan oleh Intel. Selain itu, instruksi itu sendiri jauh lebih sederhana untuk diterapkan di perangkat keras.

Instruksi yang lebih sederhana berarti produsen chip bisa jauh lebih efisien dengan desain chip mereka. Trade-off adalah tugas-tugas yang relatif kompleks ini tidak dilakukan oleh prosesor. Sebaliknya, mereka dipecah menjadi beberapa instruksi yang lebih kecil oleh perangkat lunak.

Akibatnya, RISC mendapat julukan Relegate the Important Stuff to the Compiler. Meskipun kedengarannya seperti hal yang buruk, sebenarnya tidak. Namun, untuk memahaminya, Anda harus terlebih dahulu memahami apa sebenarnya prosesor komputer itu.

Prosesor di ponsel atau komputer Anda terdiri dari miliaran komponen kecil yang disebut transistor. Dalam kasus chip berbasis CISC, banyak dari transistor ini mewakili berbagai instruksi yang tersedia.

Karena chip RISC memiliki instruksi yang lebih sedikit dan lebih sederhana, Anda tidak memerlukan banyak transistor. Ini berarti Anda memiliki lebih banyak ruang untuk melakukan banyak hal menarik. Misalnya, Anda dapat menyertakan lebih banyak cache dan register memori, atau fungsionalitas tambahan untuk AI dan pemrosesan grafis.

Anda juga dapat membuat chip secara fisik lebih kecil dengan menggunakan transistor keseluruhan yang lebih sedikit. Inilah sebabnya mengapa chip berbasis RISC dari MIPS dan ARM sering ditemukan di perangkat Internet of Things (IoT).

Kebutuhan akan Kecepatan

Tentu saja, lisensi bukan satu-satunya alasan untuk RISC-V. David Patterson, yang memimpin proyek penelitian pertama dalam desain prosesor RISC, mengatakan RISC-V dirancang untuk mengatasi batas yang akan datang pada kinerja CPU yang dapat diperoleh dari peningkatan manufaktur.

Semakin banyak transistor yang dapat Anda masukkan ke dalam sebuah chip, semakin mampu sebuah prosesor pada akhirnya. Akibatnya, produsen chip seperti TSMC dan Samsung (yang keduanya memproduksi prosesor atas nama pihak ketiga) bekerja keras untuk semakin mengecilkan ukuran transistor.

Mikroprosesor komersial pertama, Intel 4004, hanya memiliki 2.250 transistor, masing-masing berukuran 10.000 nanometer (sekitar 0,01 mm). Kecil, tentu saja, tetapi kontras dengan prosesor A14 Bionic Apple, yang dirilis 40 tahun kemudian. Chip itu (yang menggerakkan iPad Air baru) memiliki 11,8 miliar transistor, masing-masing berukuran 5 nanometer.

Pada tahun 1965, Gordon E. Moore, salah satu pendiri Intel, berteori bahwa jumlah transistor yang dapat ditempatkan pada sebuah chip akan berlipat ganda setiap dua tahun.

“Kompleksitas untuk biaya komponen minimum telah meningkat pada tingkat kira-kira dua faktor per tahun,” tulis Moore dalam edisi ulang tahun ke-35 majalah Electronics . “Tentu dalam jangka pendek, angka ini bisa diperkirakan akan terus berlanjut, jika tidak meningkat. Dalam jangka panjang, tingkat kenaikan sedikit lebih tidak pasti, meskipun tidak ada alasan untuk percaya bahwa itu tidak akan tetap konstan selama setidaknya 10 tahun.”

Hukum Moore diperkirakan akan berhenti berlaku dekade ini. Ada juga keraguan besar apakah produsen chip dapat melanjutkan tren miniaturisasi ini dalam jangka panjang. Ini berlaku baik di tingkat ilmiah dasar maupun ekonomi.

Transistor yang lebih kecil, bagaimanapun, jauh lebih rumit dan mahal untuk diproduksi. TSMC, misalnya, menghabiskan lebih dari $17 miliar untuk pabriknya untuk membuat chip 5 nm. Dengan adanya dinding bata ini, Risk-V bertujuan untuk mengatasi masalah kinerja dengan mencari cara selain mengecilkan ukuran dan jumlah transistor.

Perusahaan Sudah Menggunakan RISC-V

Proyek RISC-V dimulai pada 2010, dan chip pertama yang menggunakan ISA diproduksi pada 2011. Tiga tahun kemudian, proyek tersebut go public, dan minat komersial segera menyusul. Teknologi ini sudah digunakan oleh perusahaan seperti NVIDIA, Alibaba, dan Western Digital.

Ironisnya, tidak ada yang secara inheren inovatif tentang RISC-V. Yayasan mencatat di halaman webnya: “RISC-V ISA didasarkan pada gagasan arsitektur komputer yang telah ada setidaknya 40 tahun yang lalu.”

Namun, yang bisa dibilang terobosan adalah model bisnisnya—atau kekurangannya. Inilah yang memaparkan proyek pada eksperimen, pengembangan, dan, berpotensi, pertumbuhan yang tak terkekang. Seperti yang juga dicatat oleh Yayasan RISC-V di situs webnya:

“Ketertarikannya adalah karena ini adalah standar umum yang bebas dan terbuka di mana perangkat lunak dapat di-porting, dan yang memungkinkan siapa pun untuk secara bebas mengembangkan perangkat keras mereka sendiri untuk menjalankan perangkat lunak.”

Pada tulisan ini, chip RISC-V sebagian besar bekerja keras di belakang layar di peternakan server dan sebagai mikrokontroler. Masih harus dilihat apakah ada potensi untuk menggoyahkan duopoli ARM/Intel ISA di ruang konsumen.

Namun, jika petahana mandek, ada kemungkinan kuda hitam bisa berlari dan mengubah segalanya.