BRAZO vs. RISC-V: ¿Es uno mejor que el otro?

Si deseas crear una CPU y no eres AMD o Intel, existen dos opciones reales: ARM y RISC-V. Pero, ¿cuáles son las diferencias entre ambos y por qué las empresas eligen uno sobre el otro? Estas preguntas están fundamentalmente entrelazadas con diferentes filosofías sobre el hardware de código abierto y qué es lo mejor para la industria de procesadores y computación.

¿Qué son ARM y RISC-V?

ARM y RISC-V son arquitecturas de conjuntos de instrucciones o ISA. ISA es la base de un procesador y es el componente más fundamental y básico de cualquier CPU. Ambos ISA son diseños de computadora con conjunto de instrucciones reducido (o RISC), lo que significa que las instrucciones básicas a las que tiene acceso la CPU son inherentemente simples pero idealmente rápidas de calcular. La "R" en ARM en realidad significa RISC (aunque ARM ya no se trata como un acrónimo), por lo que en este sentido las dos ISA son similares.

El diseñador original de ARM fue Acorn Computers, con sede en Gran Bretaña. En 1990, Acorn Computers escindió el equipo de diseño de CPU en Advanced RISC Machines, más tarde ARM Ltd. El modelo de negocio de licencias de ARM se originó en los años 90 a través de una asociación con Apple, que ayudó a desarrollar la arquitectura ARM6 que se lanzó en 1992. Desde entonces, ARM ha estado otorgando licencias de la arquitectura ARM a empresas que pueden pagarla.

RISC-V, por el contrario, es una ISA totalmente de código abierto y libre de regalías. Comenzó a desarrollarse en 2010 como un proyecto del Laboratorio de Computación Paralela de UC Berkeley, pero en el transcurso de 5 años se convirtió en algo mucho más grande. Finalmente, 36 empresas de tecnología se unieron para apoyar RISC-V y fundaron la Fundación RISC-V. En 2020, la Fundación RISC-V pasó a llamarse RISC-V International.

ARM y RISC-V están lejos de ser los únicos ISA en el mercado, pero se encuentran entre los más populares aparte de x86. (que es exclusivo de Intel y AMD) y Power (que hasta hace poco era exclusivo de IBM y ahora está abierto fuente).

Una de las motivaciones comunes para ARM y RISC-V es su enfoque diferente al ISA x86 de código cerrado, que era, hasta hace muy poco, el ISA más utilizado en el mundo en varios mercados. El ISA x86 no es tan universal ni hegemónico como antes, pero tanto Intel como AMD siguen siendo fuerzas dominantes en el mercado. mercados de computadoras de escritorio, portátiles y servidores, además de ser fuerzas poderosas en algunos mercados más pequeños como consolas de juegos y 5G servidores de red.

Aunque tanto ARM como RISC-V están unidos en su deseo de quitarle cuota de mercado a x86, también compiten entre sí. El modelo de negocio y la filosofía de diseño de ARM fue uno de los factores motivadores detrás del desarrollo de RISC-V, y es un importante punto de discordia entre las dos ISA basadas en RISC.

Código cerrado vs. fuente abierta

En el centro de las diferencias entre ARM y RISC-V está la cuestión del hardware de código abierto y cerrado. ARM es de código cerrado mientras que RISC-V es de código abierto. Probablemente hayas oído hablar de estos términos en relación con el software, pero ¿qué significa esto para el hardware?

Se trata básicamente de propiedad intelectual (o propiedad intelectual) y derechos de uso de esa propiedad intelectual. Por ejemplo, sólo Intel y AMD pueden fabricar procesadores x86 modernos porque, por ley, tienen los derechos de propiedad intelectual sobre ellos. El hardware de código abierto es casi lo contrario, ya que se centra en un diseño que todos pueden usar y modificar como mejor les parezca. Aquí es donde chocan las filosofías de ARM y RISC-V, porque aunque ARM otorga licencias para sus arquitecturas (a diferencia de Intel y AMD), la empresa, en última instancia, también es un guardián.

Volvamos al modelo de negocio de cada ISA. ARM ISA es propiedad de la empresa ARM Ltd, que gana dinero otorgando licencias de la arquitectura a empresas que pueden permitírselo. Los núcleos ARM básicos son diseñados y desarrollados por la propia ARM Ltd, y empresas como Apple y Qualcomm pueden agregar esos núcleos para satisfacer sus necesidades.

Las CPU Apple M1 y Qualcomm Snapdragon siguen siendo ARM, pero están personalizadas. Es como la diferencia entre las CPU Intel y AMD y, a pesar de las grandes diferencias entre Core y Ryzen o Xeon y Epyc, todas siguen siendo CPU x86.

Sin embargo, las empresas que utilizan ARM ISA no pueden modificar el núcleo básico. RISC-V International y las empresas que utilizan RISC-V ven esto como una limitación importante y, combinado con las tarifas de licencia, hace que el uso de ARM sea indeseable. Entonces, ¿qué alternativa ofrece RISC-V?

Para empezar, las empresas pueden utilizar RISC-V ISA de forma gratuita: sin derechos de licencia, sin regalías ni condiciones. Las empresas también pueden hacer lo que quieran con los núcleos RISC-V. Esto definitivamente reduce la barrera de entrada para crear cualquier CPU, personalizada o no.

Pero, como suelen decir los defensores del software de código abierto, “código abierto no significa gratuito”. Las empresas que utilizan RISC-V son no están obligados a compartir sus innovaciones con nadie, aunque son libres de licenciar y vender su IP al igual que ARM poder.

Tanto ARM Ltd como RISC-V International quieren hacer avanzar la industria informática, pero tienen ideas diferentes sobre la mejor manera de hacerlo. Esencialmente, la diferencia entre ARM y RISC-V se reduce a cuánto puede decidir y limitar una autoridad central.

¿Por qué elegir ARM o RISC-V?

Para responder a esta pregunta, hablamos con la directora ejecutiva de RISC-V International, Calista Redmond. Explicó que mientras que antes los fabricantes de chips podían encargarse ellos mismos de cada parte de la fabricación, hoy la mayoría de las empresas tienen que trabajar con otras empresas para hacer las cosas. ARM otorga licencia de su ISA a Apple, que fabrica en TSMC, por ejemplo. Redmond me explicó que este cambio en la industria ayudó a crear la apertura para RISC-V, pero argumentó que también había otro factor crucial: el mercado en constante expansión de procesadores personalizados.

Muchas industrias buscan cada vez más integrar chips de computadora en el negocio, y Redmond afirmó que sólo RISC-V podría atender a una multitud tan diversa de clientes. La modularidad inherente y la libertad de diseño de RISC-V lo convierten en la opción ideal, argumentó. Además, en comparación con ARM, no hay necesidad de negociaciones ni tarifas de licencia, lo que hace que el uso de RISC-V sea más rápido y económico. Si una empresa no quiere utilizar el diseño básico de RISC-V y tampoco quiere diseñar uno en su propio, puede trabajar con otras empresas RISC-V para licenciar IP, lo que puede ser más barato que pasar por BRAZO.

También tenía curiosidad acerca de las empresas que utilizan RISC-V. Intel, por ejemplo, es miembro de RISC-V International, pero también fabrica procesadores x86. ¿Intel no vería a RISC-V como un competidor, no como un socio? Redmond explicó que todo se reduce a los distintos negocios de Intel. Intel fabrica CPU x86, pero también posee sus propias fábricas, una característica ahora única de la estructura de Intel. Es más rentable para Intel fabricar procesadores RISC-V que no hacerlo.

Otro miembro de RISC-V, Nvidia, considera que las CPU RISC-V son una adición significativa a sus GPU, incluso cuando la empresa perseguía un acuerdo para adquirir ARM.

Ted Speers, jefe de arquitectura y planificación de productos de Microchip y miembro de la junta directiva de RISC-V International, nos dijo que Mientras que su filial, Microsemi, alguna vez utilizó ARM en sus diseños de sistema en chip (S0C), hoy sus SoC insignia se basan en CPU RISC-V. en cambio. Según Speers, esto se debió a menores costos de desarrollo y licencias, mejores perspectivas y flexibilidad a largo plazo, y una mejor capacidad para satisfacer las necesidades únicas que tendría un SoC Microsemi FPGA. También señaló que dado que Microsemi no estaba especialmente integrado en el ecosistema ARM y no dependía particularmente de ARM ISA, la transición no fue tan difícil como podría haber sido.

Por su parte, ARM afirma que tiene mucho más dinero para financiar I+D y desarrollar tecnología para sus clientes, mientras que RISC-V International no lo tiene y simplemente proporciona una ISA. ARM también expresó su preocupación de que el uso de RISC-V podría provocar una "fragmentación", que es básicamente una falta. de estándares en toda una industria que crea un obstáculo para la compatibilidad tanto en hardware como en software. Dado que ARM proporciona núcleos estandarizados, se evita el riesgo de fragmentación. Mientras que RISC-V ve esta estandarización como una debilidad, ARM sostiene que es una fortaleza.

ARM plantea un buen punto. Muchas empresas están perfectamente satisfechas con la tecnología que proporciona, aunque a nadie se le permite modificarla por completo. Apple está fabricando potentes CPU ARM no solo para Macbooks sino también para computadoras de escritorio Mac, y se espera que la CPU del servidor Graviton de Amazon proporcione cierta competencia a Xeon de Intel y Epyc de AMD. También es útil que Androide El sistema operativo puede ejecutarse básicamente en cualquier teléfono inteligente.

Sin embargo, ¿deberían todos usar ARM solo para asegurarse de que todo esté en la misma ISA? No es intuitivo que mi teléfono tenga los mismos núcleos de CPU que el SoC FPGA de Microsemi, por ejemplo. El razonamiento que me dio ARM para usar su ISA en lugar de RISC-V parece un poco inestable fuera de las computadoras y servidores de los usuarios finales.

Al final, se decidirá en el mercado cuál ISA es superior. Durante años, el bastión de ARM han sido los teléfonos, pero la ISA está viendo un uso cada vez mayor en otros sectores. Productos como Galaxy Book Go de Samsung, una computadora portátil con Windows basada en ARM y Macbooks con tecnología M1 de Apple están desafiando a Intel y AMD en el mercado de portátiles. Amazon y Ampere están desarrollando CPU de servidor ARM, otra expansión al territorio tradicionalmente x86.

Mientras tanto, RISC-V ve su mayor vía de expansión en el sector industrial, los dispositivos IoT y la IA. Este no es el tipo de ARM vs. La pelea x86 que estamos viendo hoy, pero es difícil imaginar que ARM esté de acuerdo con que RISC-V pueda arrinconar estos mercados emergentes. Para 2025, RISC-V tiene mucha confianza en que hasta el 14% de todo el mercado de CPU utilizará procesadores RISC-V.

Tendremos que esperar y ver qué visión del futuro resulta ser correcta, pero por ahora parece claro que tanto el hardware RISC-V como ARM tienen un lugar en el mercado.

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