ARM vs. RISC-V: Vai viens ir labāks par otru?

Ja vēlaties izveidot centrālo procesoru un neesat AMD vai Intel, ir divas reālas izvēles: ARM un RISC-V. Bet kādas ir atšķirības starp abiem, un kāpēc uzņēmumi izvēlas vienu, nevis otru? Šie jautājumi būtībā ir saistīti ar atšķirīgām filozofijām par atvērtā pirmkoda aparatūru un to, kas ir vislabākais procesoru un skaitļošanas nozarei.

Kas ir ARM un RISC-V?

ARM un RISC-V ir instrukciju kopu arhitektūras jeb ISA. ISA ir procesora pamats un jebkura CPU vissvarīgākā un pamata sastāvdaļa. Abas ISA ir samazinātas instrukciju kopas datoru (vai RISC) dizains, kas nozīmē, ka pamata instrukcijas, kurām CPU ir pieejamas, pēc būtības ir vienkāršas, taču ideāli ātri aprēķināmas. “R” ARM faktiski apzīmē RISC (lai gan ARM vairs netiek uzskatīts par akronīmu), tāpēc šajā ziņā abi ISA ir līdzīgi.

Sākotnējais ARM dizainers bija Acorn Computers, kas atrodas Lielbritānijā. 1990. gadā uzņēmums Acorn Computers no CPU projektēšanas komandas izveidoja Advanced RISC Machines, vēlāk ARM Ltd. ARM licencēšanas biznesa modelis radās 90. gados, sadarbojoties ar Apple, kas palīdzēja izstrādāt ARM6 arhitektūru, kas tika uzsākta 1992. gadā. Kopš tā laika ARM ir licencējis ARM arhitektūru uzņēmumiem, kas var par to maksāt.

Turpretim RISC-V ir pilnībā atvērtā koda un bez autoratlīdzības ISA. Tas sākās 2010. gadā kā UC Berkeley Parallel Computing Laboratory projekts, taču 5 gadu laikā tas kļuva par kaut ko daudz lielāku. Galu galā 36 tehnoloģiju uzņēmumi apvienojās, lai atbalstītu RISC-V un nodibināja RISC-V fondu. 2020. gadā RISC-V fonds sevi pārdēvēja par RISC-V International.

ARM un RISC-V ir tālu no vienīgajiem ISA tirgū, taču tie ir vieni no populārākajiem, izņemot x86. (kas ir ekskluzīvs Intel un AMD) un Power (kas vēl nesen bija ekskluzīvs IBM un tagad ir atvērts). avots).

Viena no izplatītākajām ARM un RISC-V motivācijām ir to atšķirīgā pieeja slēgtā pirmkoda x86 ISA, kas līdz pavisam nesen bija pasaulē visvairāk izmantotā ISA dažādos tirgos. x86 ISA nav tik universāls vai hegemonisks kā kādreiz, taču gan Intel, gan AMD joprojām ir dominējošie spēki galddatoru, klēpjdatoru un serveru tirgi, kā arī ir spēcīgi spēki dažos mazākos tirgos, piemēram, spēļu konsolēs un 5G tīkla serveri.

Lai gan gan ARM, gan RISC-V ir vienoti savā vēlmē atņemt tirgus daļu no x86, viņi arī konkurē savā starpā. ARM biznesa modelis un dizaina filozofija bija viens no motivējošajiem faktoriem RISC-V izstrādē, un tas ir galvenais strīdus punkts starp diviem uz RISC balstītajiem ISA.

Slēgts avots vs. atvērtais avots

ARM un RISC-V atšķirību pamatā ir slēgtā un atvērtā koda aparatūra. ARM ir slēgts avots, savukārt RISC-V ir atvērts avots. Jūs droši vien esat dzirdējuši par šiem terminiem saistībā ar programmatūru, bet ko tas nozīmē aparatūrai?

Būtībā runa ir par intelektuālo īpašumu (vai IP) un tiesībām izmantot šo intelektuālo īpašumu. Piemēram, tikai Intel un AMD var izgatavot modernus x86 procesorus, jo saskaņā ar likumu tiem ir IP tiesības uz tiem. Atvērtā koda aparatūra ir gandrīz pretēja, jo tā ir vērsta uz dizainu, ko ikviens var brīvi izmantot un modificēt pēc saviem ieskatiem. Šeit saduras ARM un RISC-V filozofijas, jo, lai gan ARM licencē savas arhitektūras (atšķirībā no Intel un AMD), uzņēmums galu galā ir arī vārtsargs.

Atgriezīsimies pie katra ISA biznesa modeļa. ARM ISA pieder uzņēmumam ARM Ltd, kas pelna naudu, licencējot arhitektūru uzņēmumiem, kas to var atļauties. Pamata ARM kodolus izstrādā un izstrādā pats ARM Ltd, un tādi uzņēmumi kā Apple un Qualcomm var pievienot šos kodolus, lai tie atbilstu savām vajadzībām.

Apple M1 un Qualcomm Snapdragon CPU joprojām ir ARM, taču tie ir pielāgoti. Tas ir tāpat kā atšķirība starp Intel un AMD CPU, un, neskatoties uz lielajām atšķirībām starp Core un Ryzen vai Xeon un Epyc, tie visi joprojām ir x86 CPU.

Tomēr uzņēmumiem, kas izmanto ARM ISA, nav atļauts modificēt pašu pamata kodolu. RISC-V International un uzņēmumi, kas izmanto RISC-V, to uzskata par būtisku ierobežojumu, un kopā ar licencēšanas maksām ARM lietošana ir nevēlama. Tātad, kādu alternatīvu piedāvā RISC-V?

Iesācējiem uzņēmumi var izmantot RISC-V ISA bez maksas: bez licencēšanas maksas, bez autoratlīdzības, bez ierobežojumiem. Uzņēmumiem ir arī atļauts darīt visu, ko viņi vēlas, izmantojot RISC-V kodolus. Tas noteikti samazina barjeru ienākšanai, veidojot jebkuru CPU, neatkarīgi no tā, vai tas ir pielāgots vai nē.

Bet, kā mēdz teikt atvērtā pirmkoda programmatūras atbalstītāji, “atvērtais avots nenozīmē bezmaksas”. Uzņēmumi, kas izmanto RISC-V, ir nav pienākuma ne ar vienu dalīties savos jauninājumos, lai gan viņi var brīvi licencēt un pārdot savu IP tāpat kā ARM var.

Gan ARM Ltd, gan RISC-V International vēlas attīstīt skaitļošanas nozari, taču viņiem ir dažādas idejas par labāko veidu, kā to izdarīt. Būtībā atšķirība starp ARM un RISC-V ir atkarīga no tā, cik daudz centrālā iestāde var lemt un ierobežot.

Kāpēc izvēlēties ARM vai RISC-V?

Lai atbildētu uz šo jautājumu, mēs runājām ar RISC-V International izpilddirektori Calista Redmond. Viņa paskaidroja, ka kādreiz mikroshēmu ražotāji paši varēja tikt galā ar katru ražošanas daļu, šodien lielākajai daļai uzņēmumu ir jāsadarbojas ar citiem uzņēmumiem, lai paveiktu lietas. ARM licencē savu ISA Apple, kas, piemēram, ražo TSMC. Redmonda man paskaidroja, ka šīs nozares pārmaiņas palīdzēja atvērt RISC-V, taču viņa apgalvoja, ka ir arī vēl viens būtisks faktors: pastāvīgi augošais pielāgoto procesoru tirgus.

Daudzas nozares arvien vairāk vēlas integrēt datoru mikroshēmas biznesā, un Redmonds apgalvoja, ka tikai RISC-V varētu apmierināt tik daudzveidīgu klientu loku. Viņa apgalvoja, ka RISC-V raksturīgā modularitāte un dizaina brīvība padara to par ideālu izvēli. Turklāt, salīdzinot ar ARM, nav nepieciešamas sarunas par licencēšanu un maksas, padarot RISC-V lietošanu ātrāku un lētāku. Ja uzņēmums nevēlas izmantot pamata RISC-V dizainu un arī nevēlas tādu izstrādāt savā tas var sadarboties ar citiem RISC-V uzņēmumiem, lai licencētu IP, kas var būt lētāk nekā caurlaide ARM.

Mani interesēja arī uzņēmumi, kas izmanto RISC-V. Piemēram, Intel ir RISC-V International dalībnieks, taču tas ražo arī x86 procesorus. Vai Intel neuzskatītu RISC-V kā konkurentu, nevis partneri? Redmonds paskaidroja, ka tas attiecas uz dažādiem Intel uzņēmumiem. Intel ražo x86 CPU, taču tiem ir arī savi modeļi, kas tagad ir unikāla Intel struktūras īpašība. Intel ir izdevīgāk izveidot RISC-V procesorus, nekā to nedarīt.

Cits RISC-V dalībnieks, Nvidia, uzskata, ka RISC-V CPU ir nozīmīgs papildinājums tā GPU, pat ja uzņēmums to darīja. darījums par ARM iegādi.

Teds Speers, Microchip produktu arhitektūras un plānošanas vadītājs un RISC-V International valdes loceklis, mums pastāstīja, ka Ja tā meitasuzņēmums Microsemi savulaik izmantoja ARM savā sistēmā mikroshēmā (S0C), šodien tā vadošie SoC ir balstīti uz RISC-V centrālajiem procesoriem. vietā. Pēc Speers teiktā, tas bija saistīts ar zemākām izstrādes un licencēšanas izmaksām, labāku ilgtermiņa perspektīvu un elastību, kā arī labāku spēju apmierināt unikālās vajadzības, kādas būtu Microsemi FPGA SoC. Viņš arī atzīmēja, ka, tā kā Microsemi nebija īpaši iestrādāts ARM ekosistēmā un īpaši nepaļāvās uz ARM ISA, pāreja nebija tik sarežģīta, kā varētu būt.

Savukārt ARM apgalvo, ka tai ir daudz vairāk naudas, lai finansētu pētniecību un izstrādi un izstrādātu tehnoloģijas saviem klientiem, turpretim RISC-V International nesniedz un tikai nodrošina ISA. ARM arī pauda bažas, ka RISC-V izmantošana var izraisīt "sadrumstalotību", kas būtībā ir trūkums standartiem visā nozarē, kas rada šķēršļus gan aparatūras, gan saderībai programmatūra. Tā kā ARM nodrošina standartizētus kodolus, tiek novērsts sadrumstalotības risks. Kamēr RISC-V uzskata šo standartizāciju par vājumu, ARM apgalvo, ka tā ir stiprā puse.

ARM izvirza labu viedokli. Daudzi uzņēmumi ir pilnīgi apmierināti ar tās piedāvāto tehnoloģiju, lai gan nevienam nav atļauts to pilnībā pārveidot. Apple ražo jaudīgus ARM CPU ne tikai Macbook datoriem, bet arī Mac galddatoriem, un paredzams, ka Amazon Graviton servera centrālais procesors nodrošinās zināmu konkurenci Intel Xeon un AMD Epyc. Tas ir arī noderīgi Android OS var darboties praktiski jebkurā viedtālrunis.

Tomēr vai ikvienam patiešām vajadzētu izmantot ARM, lai pārliecinātos, ka viss ir vienā un tajā pašā ISA? Tas nav intuitīvi, ka manam tālrunim vajadzētu būt tādiem pašiem CPU kodoliem kā, piemēram, Microsemi FPGA SoC. ARM sniegtais pamatojums par sava ISA izmantošanu RISC-V vietā šķiet nedaudz nestabils ārpus galalietotāju datoriem un serveriem.

Galu galā tirgū tiks izlemts, kurš ISA ir pārāks. Gadiem ilgi ARM cietoksnis ir bijuši tālruņi, bet ISA arvien vairāk izmanto citās nozarēs. Produkti, piemēram Samsung Galaxy Book Go, Windows klēpjdators, kura pamatā ir ARM, un Apple M1 darbināmie Macbook datori izaicina Intel un AMD klēpjdatoru tirgū. ARM serveru CPU izstrādā Amazon un Ampere, kas ir vēl viena paplašināšanās tradicionāli x86 teritorijā.

Tikmēr RISC-V redz savu lielāko paplašināšanas ceļu rūpniecības sektorā, IoT ierīcēs un A.I. Šis nav tāds ARM vs. x86 kautiņš, ko mēs redzam šodien, taču ir grūti iedomāties, ka ARM būtu labi ar RISC-V, kas potenciāli iegrožo šos jaunos tirgus. Līdz 2025. gadam RISC-V ir ļoti pārliecināts, ka pat 14% no visa CPU tirgus izmantos RISC-V procesorus.

Mums būs jāgaida un jāredz, kura nākotnes vīzija izrādīsies pareiza, taču šobrīd šķiet skaidrs, ka gan RISC-V, gan ARM aparatūrai ir vieta tirgū.

Redaktoru ieteikumi

• Kas ir RISC-V?