สถาปัตยกรรมชิป RISC-V สถาปัตยกรรมแห่งอนาคต กับ 10 เรื่องที่คุณควรรู้เกี่ยวกับ RISC-V

RISC-V คืออะไร

RISC-V หรือ ริสก์ไฟว์ เป็นสถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง (Instruction Set Architecture เรียกย่อ ๆ ว่า ISA) ที่เป็นตัวกำหนดวิธีการที่ซอฟต์แวร์จะป้อนคำสั่งไปยังหน่วยประมวลผลกลาง (CPU) หรือก็คือเป็นตัวเชื่อมระหว่างซอฟต์แวร์กับฮาร์ดแวร์นั่นเอง

คำว่า RISC ย่อมาจาก Reduced Instruction Set Computer ซึ่งเป็นประเภทหนึ่งของ ISA แปลคร่าว ๆ ก็คือคอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งอย่างย่อซึ่งคงไว้เฉพาะชุดคำสั่งอย่างง่ายประกอบกันหลายตัวในการรันระบบประมวลผลซึ่งใช้พลังงานน้อยกว่า ISA ในแบบ Complex Instruction Set Computer (CISC) ที่ x86 ของ Intel ใช้

จุดขายที่ทำให้ RISC-V ต่างจาก ISA อื่นที่คนทั่วไปรู้จักกันดีอย่าง x86 และ ARM ของ Arm Ltd. ที่ใช้ใน iPhone และสมาร์ตโฟน (รวมถึงอุปกรณ์ไอทีต่าง ๆ) ทั่วโลก ก็คือการให้อิสระนักพัฒนาในการนำ RISC-V ไปใช้ ปรับแต่ง และขายโดยไม่มีค่าใช้จ่าย

เริ่มต้นจาก

เมื่อปี 2010 กลุ่มนักวิจัยจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ (UC Berkeley) นำโดย ศาสตราจารย์ เคอร์สต์ อาซาโนวิก (Prof. Krste Asanović) และนักศึกษาปริญญาโท 2 คน ยุนซุบ ลี (Yunsup Lee) และ แอนดรูว์ วอเทอร์แมน (Andrew Waterman) ให้กำเนิด RISC-V ขึ้นด้วยความตั้งใจที่สร้างสิ่งที่ทรงพลังและมีข้อจำกัดน้อยที่สุด ก่อนจะปล่อยตัวสู่สาธารณะในปี 2015

การรวมกลุ่มในการดูแลและพัฒนาเทคโนโลยีตามกรอบของ RISC-V เริ่มจากการเป็นมูลนิธิ ก่อนที่จะกลายสภาพมาเป็นสมาคมจดทะเบียน RISC-V International ในปี 2020 ณ ประเทศสวิตเซอร์แลนด์

มีบริษัทเทคโนโลยียักษ์ใหญ่อย่าง IBM, Google และ Qualcomm เป็นสมาชิกก่อตั้ง ปัจจุบันมีสมาชิก 3,950 องค์กร ใน 70 ประเทศ

RISC-V International เน้นหลักเสรีภาพในการแบ่งปันเทคโนโลยีให้กับนักพัฒนาทั่วโลกโดยไม่มีข้อจำกัด และไม่ฝักใฝ่ทางการเมือง

สถาปัตยกรรมชิปแห่งอนาคต

ยักษ์ใหญ่วงการเทคโนโลยีอย่างเริ่มหันมาจับ RISC-V มาเป็นเครื่องมือในการพัฒนาชิปของตัวเองมากขึ้นเรื่อย ๆ

ภาพจาก Twitter Agam Shah [@agamsh]

Google มีแผนจะทำให้ระบบปฏิบัติการ Android ทำงานบน RISC-V ได้ เช่นเดียวกับ Qualcomm ที่มีโครงการพัฒนาระบบนิเวศซอฟต์แวร์ RISC-V (RISE) ร่วมกับ Google, Intel, NXP และ Nvidia ตามด้วยแผนในการเร่งนำ RISC-V มาใช้ในการพัฒนาชิปในอนาคต

Qualcomm ชี้ว่า RISC-V ต่างจาก ISA อื่นตรงที่มีความยืดหยุ่นกว่า นำไปพัฒนาต่อเฉพาะทางได้ง่ายและรวดเร็ว ให้อิสระกับนักพัฒนามากกว่า และด้วยความที่เป็น ISA โอเพนซอร์ส โค้ดเปลือยโล่ง ทำให้การทำความเข้าใจไม่ยากนัก สามารถป้องกันปัญหาที่อาจเกิดขึ้นได้ตั้งแต่เนิ่น ๆ

ภาพจาก : www.qualcomm.com

ไซแอด แอสการ์ (Ziad Asghar) รองประธานอาวุโสฝ่ายการจัดการผลิตภัณฑ์และหัวหน้าฝ่าย AI ของ Qualcomm ชี้ว่าความเป็นไปได้ของ RISC-V ในการพัฒนาชิปเฉพาะด้านนั้นหลากหลายมาก

มีผลิตภัณฑ์ตัวไหนใช้ RISC-V แล้ว

ปัจจุบันมีการนำ RISC-V ไปใช้ในการออกแบบและพัฒนาชิปในหลายวงการ ตั้งแต่วงการ AI ไปจนถึงการเก็บข้อมูล แต่ยังไม่ได้เห็นในผลิตภัณฑ์สำหรับผู้ใช้ทั่วไป

GreenWave Technologies ดึงศักยภาพ RISC-V ไปพัฒนา GAP8 ระบบประมวลผลของเทคโนโลยี AI ที่ใช้พลังงานน้อย สำหรับใช้ในการประมวลภาพและเสียงบนอุปกรณ์ที่ใช้แบตเตอรี่

เช่นเดียวกับ NVIDIA ที่นำเทคโนโลยีนี้ไปผนวกเข้ากับ NVIDIA Deep Learning Accelerator (NVDLA) เครื่องมือในการเร่งกระบวนการเรียนรู้แบบ Deep Learning (DL) ของ AI

สองยักษ์ใหญ่ด้านการเก็บข้อมูลอย่าง Seagate Technology และ Western Digital แสดงความสนใจในการนำ RISC-V ไปใช้พัฒนาระบบประมวลผลเพื่อยกระดับขีดความสามารถในการเก็บรักษาข้อมูลให้ใกล้กับเครือข่ายมากที่สุด (หรือที่เรียกว่า Edge Computer)

ภาพจาก : https://en.wikipedia.org/wiki/RISC-V

10 สิ่งที่คุณควรรู้เกี่ยวกับ RISC-V

ISA . สองประเภท

CISC – คอมพิวเตอร์ชุดคำสั่งที่ซับซ้อน

CISC ไม่เพียงประกอบด้วยคำสั่งทั่วไปของโปรเซสเซอร์เท่านั้น แต่ยังมีคำสั่งที่ผิดปกติจำนวนมาก (หลักการที่ 28, 80% ของคำสั่งที่ใช้ในการทำงานของโปรแกรม, เพียง 20% ของคำสั่งทั้งหมด

มีคำแนะนำมากมาย ตัวแทนทั่วไปคือสถาปัตยกรรม x86 ของ Intel x86-64 เป็นส่วนขยาย 64 บิตของสถาปัตยกรรม x86 ออกแบบโดย AMD และยังเป็นที่รู้จักในชื่อ AMD64

RISC – ลดชุดคำสั่งคอมพิวเตอร์

สถาปัตยกรรมชุดคำสั่งที่ลดลงมีเฉพาะคำสั่งที่โปรเซสเซอร์ใช้กันทั่วไปเท่านั้น สำหรับการดำเนินการที่ใช้กันทั่วไปน้อยกว่า สามารถบรรลุผลเช่นเดียวกันได้โดยการรันคำสั่งที่ใช้กันทั่วไปหลายคำสั่ง ชุดคำสั่งที่ลดลงแสดงถึง MIPS, RISC-V, Power, Alpha เป็นต้น

เหตุใดชุดคำสั่งสถาปัตยกรรมจึงมีความสำคัญ

ISA ตัดสินใจสมัครอย่างใด เป็นเรื่องปกติที่ 2 ISA ที่มีชื่อเสียงที่สุดในโลกคือ X86 และ ARM เขตข้อมูลการสมัครของพวกเขาแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง

แล็ปท็อป เดสก์ท็อป และเซิร์ฟเวอร์ 99%+ ใช้ X86 หรือ AMD64 ISA IP เป็นของ Intel และ AMD

โทรศัพท์มือถือและแท็บเล็ตกว่า 99+ เครื่องใช้ ARM ISA IPs แบ่งออกเป็นซีรีส์ A, R Series และ M

แม้ว่า RISC-V จะเหมาะมากสำหรับการใช้งานในด้านแอปพลิเคชันเฉพาะบางอย่าง เช่น การจัดเก็บข้อมูล การประมวลผลแบบเอดจ์ และแอปพลิเคชัน AI

ฟิลด์แอปพลิเคชันต่างๆ ทำให้ RISC-V สามารถแข่งขันกับ ARM และ X86 ได้

ภาพจาก : https://en.wikipedia.org/wiki/RISC-V#Design

RISC-V แตกต่างกันอย่างไร

เมื่อเปรียบเทียบกับ ARM และ X86 แล้ว RISC-V มีข้อดีดังต่อไปนี้:

ฟรี: RISC-V เป็นโอเพ่นซอร์ส ไม่จำเป็นต้องจ่ายค่า IP

ง่าย: RISC-V มีขนาดเล็กกว่า ISA เชิงพาณิชย์อื่นๆ

Modular: RISC-V มี ISA ฐานมาตรฐานขนาดเล็ก พร้อมส่วนขยายมาตรฐานหลายรายการ

มีเสถียรภาพ: ส่วนขยายฐานและส่วนขยายมาตรฐานแรกถูกระงับแล้ว ไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับการอัปเดตที่สำคัญ

ขยาย: สามารถเพิ่มฟังก์ชันเฉพาะตามส่วนขยายได้ มีส่วนขยายอีกมากมายที่อยู่ระหว่างการพัฒนา เช่น Vector

ภาพจาก : https://twitter.com/SiFive/status/1722041262809751733/photo/1

ฐาน ISA และส่วนขยายของ RISC-V

ดังที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้ ชุดคำสั่ง RISC-V มีลักษณะโมดูลาร์ ชุดคำสั่งถูกจัดระเบียบในลักษณะโมดูล แต่ละโมดูลจะแสดงด้วยตัวอักษรภาษาอังกฤษ

ชุดคำสั่งประกอบด้วยส่วนมาตรฐานและส่วนต่อขยาย ส่วนมาตรฐานจะต้องดำเนินการ

ตัวอย่างเช่น:

หากคุณต้องการใช้โปรเซสเซอร์ RISC-V แบบสถาปัตยกรรม 32 บิต ชุดคำสั่ง RV32I จะต้องถูกใช้งานบนฮาร์ดแวร์ (โหมดเครื่องจะต้องใช้งานในโหมดพิเศษด้วย)

ISA เลขจำนวนเต็มพื้นฐานและ ISA สิทธิ์ของเครื่องมีฟังก์ชันที่จำเป็นสำหรับ CPU ที่ใช้งานทั่วไปขั้นพื้นฐาน นักพัฒนายังสามารถปรับปรุงการทำงานของโปรเซสเซอร์ได้ด้วยการเพิ่มส่วนขยายใน ISA มีส่วนขยายมาตรฐานมากมายอยู่แล้ว เช่น MAFDGQ ที่ได้รับอนุมัติ

RISC-V มีข้อเสียอย่างไร?

แม้ว่า RISC-V จะมีข้อดีหลายประการ ในฐานะผู้เล่นใหม่ แต่ก็มีข้อเสียบางประการที่ผู้ใช้จะต้องพิจารณาเมื่อใช้งาน

ความเข้ากันได้ของ RISC-V ISAs . ต่างๆ. เนื่องจาก RISC-V เป็นโอเพ่นซอร์ส จะมี IP ที่อิงตาม RISC-V มากขึ้นเรื่อยๆ มูลนิธิ RISC-V จึงจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่ามีมาตรฐานเดียวเท่านั้น

ระบบนิเวศยังไม่โตพอ. ต้องใช้ ISA จำนวนมากในการออกแบบชิปจริง ในขณะที่ RISC-V จะต้องสร้างใหม่หรืออย่างน้อยก็นำระบบนิเวศการออกแบบชิปทั้งหมดที่ ISA ที่โดดเด่นมีมาเป็นเวลานานมากแล้ว

ยังต้องใช้เวลาในการดำเนินการ แม้ว่าจะมี SoC RISC-V จำนวนมากที่ทำงานได้ดีภายใต้แอปพลิเคชันบางตัว แต่ก็ยังเป็นหนทางอีกยาวไกลในการตรวจสอบและเพิ่มประสิทธิภาพการนำไปใช้งานในแอปพลิเคชันในชีวิตจริง

ภาพจาก : https://twitter.com/risc_v/status/1721900319096103149/photo/1

Linux บน RISC-V สเตจล่าสุดคืออะไร?

ย้อนกลับไปในปี 2018 SiFive หนึ่งในสมาชิกที่มีความกระตือรือร้นมากที่สุดของมูลนิธิ RISV-V ได้เปิดตัวบอร์ดชื่อ HiFive ที่สามารถใช้งาน Linux ได้

แม้ว่าราคาจะสูงถึง 999 ดอลลาร์ แต่ก็ยังเป็นกระดานที่น่าตื่นเต้นสำหรับชุมชน

ในปี 2020 ด้วยการพัฒนา Linux บน RISC-V เราได้เห็นการใช้งานเวอร์ชัน Linux NOMMU บน Kendrtyte K210 ซึ่งเป็น RISC-V SoC ที่ราคาต่ำกว่า 10 ดอลลาร์

แม้ว่าจะมี RAM เพียง 8MB และไม่มี MMU แต่ก็ยังเป็นกำลังใจที่ยิ่งใหญ่สำหรับชุมชน

ในฐานะสมาชิกของชุมชนโอเพ่นซอร์ส Seeed มีชุดผลิตภัณฑ์ตาม Kendryte K210 ที่ขายในร้านค้าออนไลน์ เช่น แมกซ์บิตที่ ไมซ์ดูอิโน คิตที่ Grove AI HAT สำหรับ Raspberry Pi.

มีการนำ RISC-V SoC มาใช้งานจำนวนเท่าใด

จากข้อมูลของ RISC-V GitHubมีการใช้งานเชิงพาณิชย์อย่างน้อย 13 รายการสำหรับ RISC-V และมีการเปิดตัว SoC 9 รายการ ซึ่งรวมถึงโซลูชันจากบริษัทต่างๆ เช่น Gigadevice, GreenWave และ SiFive

สำหรับบริษัทที่กล่าวถึงข้างต้น Seeed ยังได้จัดเตรียมบอร์ดพัฒนาอีกด้วย เช่น Wio Lite RISC-Vโดยผสมผสาน GD32 จาก Gigadevice

สมาคมระหว่างประเทศ RISC-V ได้รับการจัดตั้งขึ้นในสวิตเซอร์แลนด์

แม้ว่าโครงการ RISC-V จะถูกสร้างขึ้นในสหรัฐอเมริกาในขั้นต้น แม้ว่าจะไม่มีข้อจำกัดในการส่งออกเกี่ยวกับ RISC-V ในสหรัฐอเมริกาและได้ปฏิบัติตามกฎหมายของสหรัฐอเมริกาทั้งหมดแล้ว แต่สมาคมก็ยังตัดสินใจย้ายออกจากสหรัฐอเมริกาตามลำดับ เพื่อบรรเทาความไม่แน่นอนต่อไป

ดังนั้นในเดือนมีนาคม 2020 สมาคมระหว่างประเทศ RISC-V จึงได้รับการจัดตั้งขึ้นอย่างเป็นทางการในสวิตเซอร์แลนด์ และมีสมาชิกแล้วกว่า 500+ คน

เป็นวันเกิด RISC-V 10 ปี

ไม่น่าเชื่อว่าโครงการ RISC-V five มีอายุสิบปี จากการประกาศอย่างเป็นทางการของมูลนิธิ RISC-V เมื่อไม่นานมานี้ เรารู้ว่าโครงการนี้เริ่มต้นขึ้นในปี 2010

“หลังจากตรวจสอบไฟล์อีเมลเก่าๆ อย่างถี่ถ้วนแล้ว เราได้ตัดสินใจว่าวันที่ 18 พฤษภาคม 2010 เป็นวันที่ในที่สุดเราก็ตัดสินใจพัฒนา ISA แบบคลีนของเราเอง ดังนั้นเราจึงใช้สิ่งนี้เป็นวันเกิดอย่างเป็นทางการของ RISC-V ถึงแม้ว่าชื่อจริงจะมาช้าไปหน่อย”

เป็นเรื่องที่น่าตื่นเต้นมากที่ได้เห็นเพียง 10 ปี RISC-V ประสบความสำเร็จในหลายๆ ด้านและยังคงเติบโตอย่างรวดเร็ว RISC-V กำลังนำการปฏิวัติมาสู่โลก มาวิวัฒนาการในการปฏิวัติกันเถอะ และตั้งตารอสิ่งอื่นๆ ที่ RISC-V จะนำมาให้เรา

ที่มา

https://www.beartai.com

https://zephyrnet.com