Hvis du ville lave en CPU, og du ikke er AMD eller Intel, er der to rigtige valg: ARM og RISC-V. Men hvad er forskellene mellem de to, og hvorfor vælger virksomheder det ene frem for det andet? Disse spørgsmål er fundamentalt sammenflettet med forskellige filosofier om open source-hardware og hvad der er bedst for processor- og computerindustrien.
Indhold
- Hvad er ARM og RISC-V?
- Lukket kilde vs. åben kildekode
- Hvorfor vælge ARM eller RISC-V?
Hvad er ARM og RISC-V?
ARM og RISC-V er instruktionssætarkitekturer eller ISA'er. ISA er grundlaget for en processor og er den mest grundlæggende og grundlæggende komponent i enhver CPU. Begge ISA'er er computerdesign med reduceret instruktionssæt (eller RISC), hvilket betyder, at de grundlæggende instruktioner, som CPU'en har adgang til, i sagens natur er enkle, men ideelt hurtige at beregne. 'R'et i ARM står faktisk for RISC (selvom ARM ikke længere behandles som et akronym), så i denne forstand er de to ISA'er ens.
Anbefalede videoer
Den oprindelige designer af ARM var Acorn Computers, baseret i Storbritannien. I 1990 udsprang Acorn Computers CPU-designteamet til Advanced RISC Machines, senere ARM Ltd. ARMs licensforretningsmodel opstod i 90'erne gennem et partnerskab med Apple, som hjalp med at udvikle ARM6-arkitekturen, der blev lanceret i 1992. Lige siden har ARM udlicenseret ARM-arkitekturen til virksomheder, der kan betale for den.
Relaterede
- JPEG vs. PNG: Hvornår og hvorfor skal man bruge det ene format frem for det andet
RISC-V derimod, er en fuldstændig open source og royaltyfri ISA. Det begyndte udviklingen i 2010 som et projekt af UC Berkeleys Parallel Computing Laboratory, men blev i løbet af 5 år noget meget større. Til sidst gik 36 teknologivirksomheder sammen for at støtte RISC-V og grundlagde RISC-V Foundation. I 2020 omdøbte RISC-V Foundation sig selv til RISC-V International.
ARM og RISC-V er langt fra de eneste ISA'er på markedet, men de er blandt de mest populære bortset fra x86 (som er eksklusivt for Intel og AMD) og Power (som indtil for nylig var eksklusivt for IBM og nu er åbent kilde).
En af de fælles motiver for ARM og RISC-V er deres forskellige tilgang til den lukkede kilde x86 ISA, som indtil for ganske nylig var den mest brugte ISA i verden på tværs af forskellige markeder. x86 ISA er ikke så universel eller hegemonisk, som den engang var, men både Intel og AMD er stadig dominerende kræfter i desktop-, bærbare- og servermarkeder, såvel som at være stærke kræfter på nogle mindre markeder som spilkonsoller og 5G netværksservere.
Selvom både ARM og RISC-V er forenede i deres ønske om at tage markedsandele væk fra x86, konkurrerer de også mod hinanden. ARMs forretningsmodel og designfilosofi var en af de motiverende faktorer bag udviklingen af RISC-V, og det er et vigtigt stridspunkt mellem de to RISC-baserede ISA'er.
Lukket kilde vs. åben kildekode
Kernen i forskellene mellem ARM og RISC-V er spørgsmålet om lukket og open source-hardware. ARM er lukket kilde, mens RISC-V er åben kilde. Du har sikkert hørt om disse udtryk i forhold til software, men hvad betyder det for hardware?
Det handler dybest set om intellektuel ejendom (eller IP) og rettigheder til at bruge den intellektuelle ejendom. For eksempel er det kun Intel og AMD, der kan lave moderne x86-processorer, fordi de ifølge loven har IP-rettighederne til dem. Open source-hardware er næsten det modsatte, da det er centreret om et design, som alle frit kan bruge og ændre, som de finder passende. Det er her, ARM's og RISC-V's filosofi kolliderer, for selvom ARM licenserer sine arkitekturer (i modsætning til Intel og AMD), er virksomheden i sidste ende også en gatekeeper.
Lad os vende tilbage til hver ISAs forretningsmodel. ARM ISA er ejet af firmaet ARM Ltd, som tjener penge ved at licensere arkitekturen ud til virksomheder, der har råd til det. Grundlæggende ARM-kerner er designet og udviklet af ARM Ltd selv, og virksomheder som Apple og Qualcomm kan tilføje til disse kerner, så de passer til deres behov.
Apple M1 og Qualcomm Snapdragon CPU'er er stadig ARM, men de er tilpasset. Det er ligesom forskellen mellem Intel og AMD CPU'er, og på trods af de store forskelle mellem Core og Ryzen eller Xeon og Epyc, er de alle stadig x86 CPU'er.
Virksomheder, der bruger ARM ISA, har dog ikke lov til at ændre selve den grundlæggende kerne. RISC-V International og virksomheder, der bruger RISC-V, ser dette som en væsentlig begrænsning, og kombineret med licensafgifterne gør brugen af ARM uønsket. Så hvilket alternativ giver RISC-V?
For det første kan virksomheder bruge RISC-V ISA gratis: Ingen licensafgifter, ingen royalties, ingen bindinger. Virksomheder har også lov til at gøre, hvad de vil med RISC-V-kerner. Dette sænker absolut adgangsbarrieren for at lave enhver CPU, tilpasset eller ej.
Men som open source-softwaretilhængere har en tendens til at sige, "open source betyder ikke gratis." Virksomheder, der bruger RISC-V er ikke forpligtet til at dele deres innovationer med nogen, selvom de frit kan licensere og sælge deres IP ligesom ARM kan.
Både ARM Ltd og RISC-V International ønsker at fremme computerindustrien, men har forskellige ideer til den bedste måde at gøre det på. I det væsentlige kommer forskellen mellem ARM og RISC-V ned på, hvor meget en central myndighed får til at beslutte og begrænse.
Hvorfor vælge ARM eller RISC-V?
For at besvare dette spørgsmål talte vi RISC-V Internationals administrerende direktør Calista Redmond. Hun forklarede, at hvor engang chipproducenter selv kunne håndtere alle dele af fremstillingen, er de fleste virksomheder i dag nødt til at arbejde sammen med andre virksomheder for at få tingene gjort. ARM licenserer sin ISA til Apple, som f.eks. fabs hos TSMC. Redmond forklarede mig, at dette skifte i branchen var med til at skabe åbningen for RISC-V, men hun hævdede, at der også var en anden afgørende faktor: Det stadigt voksende marked for specialfremstillede processorer.
Mange industrier søger i stigende grad at integrere computerchips i virksomheden, og Redmond hævdede, at kun RISC-V kunne henvende sig til en så forskelligartet skare af kunder. RISC-Vs iboende modularitet og designfrihed gør det til det ideelle valg, hævdede hun. Ydermere, sammenlignet med ARM er der ikke behov for licensforhandlinger og gebyrer, hvilket gør det hurtigere og billigere at bruge RISC-V. Hvis en virksomhed ikke ønsker at bruge det grundlæggende RISC-V-design og heller ikke ønsker at designe et på sin egen, kan den arbejde sammen med andre RISC-V-virksomheder om at licensere IP, hvilket kan være billigere end at gå igennem ARM.
Jeg var også nysgerrig på de virksomheder, der bruger RISC-V. Intel er for eksempel medlem af RISC-V International, men de laver også x86-processorer. Ville Intel ikke se RISC-V som en konkurrent, ikke en partner? Redmond forklarede, at det kommer ned til Intels forskellige forretninger. Intel laver x86 CPU'er, men de ejer også deres egne fabs, en nu unik egenskab ved Intels struktur. Det er mere rentabelt for Intel at fremstille RISC-V-processorer end ikke at gøre det.
Et andet RISC-V-medlem, Nvidia, ser RISC-V CPU'er som værende en meningsfuld tilføjelse til sine GPU'er, selv som virksomheden forfulgte en aftale om at erhverve ARM.
Ted Speers, chef for produktarkitektur og planlægning hos Microchip og medlem af bestyrelsen hos RISC-V International, fortalte os, at hvor dets datterselskab, Microsemi, engang brugte ARM i sit system på chip (S0C) designs, er dets flagskibs SoC'er i dag baseret på RISC-V CPU'er i stedet. Ifølge Speers skyldtes dette lavere udviklings- og licensomkostninger, bedre langsigtede udsigter og fleksibilitet og bedre evne til at opfylde de unikke behov en Microsemi FPGA SoC ville have. Han bemærkede også, at da Microsemi ikke var specielt indlejret i ARM-økosystemet og ikke var særlig afhængig af ARM ISA, var overgangen ikke så vanskelig, som den kunne have været.
På sin side hævder ARM, at det har meget flere penge til at finansiere F&U og udvikle teknologi til sine kunder, hvorimod RISC-V International ikke og blot leverer en ISA. ARM rejste også bekymring for, at brugen af RISC-V kunne resultere i "fragmentering", hvilket dybest set er en mangel af standarder i hele en branche, der skaber en hindring for kompatibilitet i både hardware og software. Da ARM leverer standardiserede kerner, er risikoen for fragmentering afværget. Mens RISC-V ser denne standardisering som en svaghed, hævder ARM, at det er en styrke.
ARM rejser en god pointe. Mange virksomheder er helt tilfredse med den teknologi, den leverer, selvom ingen har lov til at ændre den fuldstændigt. Apple laver kraftfulde ARM-CPU'er ikke kun til Macbooks, men også Mac-desktops, og Amazons Graviton-server-CPU forventes at give en vis konkurrence til Intels Xeon og AMD's Epyc. Det er også nyttigt Android OS kan køre på stort set alle smartphone.
Men skal alle virkelig bruge ARM bare for at sikre, at alt er på den samme ISA? Det er ikke intuitivt, at min telefon skal have de samme CPU-kerner som for eksempel Microsemis FPGA SoC. Begrundelsen ARM gav mig for at bruge sin ISA i stedet for RISC-V'er virker lidt rystende uden for slutbrugercomputere og servere.
I sidste ende vil det blive afgjort på markedet, hvilken ISA der er overlegen. I årevis har ARMs højborg været telefoner, men ISA oplever stigende brug i andre sektorer. Produkter som Samsungs Galaxy Book Go, en ARM-baseret Windows-laptop og Apples M1-drevne Macbooks udfordrer Intel og AMD på markedet for bærbare computere. ARM-server-CPU'er udvikles af Amazon og Ampere, en anden udvidelse til traditionelt x86-territorium.
I mellemtiden ser RISC-V sin største mulighed for ekspansion i industrisektoren, IoT-enheder og A.I. Dette er ikke den slags ARM vs. x86-slagsmål, vi ser i dag, men det er svært at forestille sig, at ARM er okay med RISC-V, der potentielt kan nå disse nye markeder. I 2025 er RISC-V meget overbevist om, at så meget som 14 % af hele CPU-markedet vil bruge RISC-V-processorer.
Vi bliver nødt til at vente og se, hvis fremtidsvision viser sig at være korrekt, men det ser ud til at være klart for nu, at både RISC-V og ARM hardware har en plads på markedet.
Redaktørens anbefalinger
- Hvad er RISC-V?
