Чипы являются краеугольным камнем всей электронной информационной индустрии. В настоящее время объем мирового рынка полупроводников достигает 320 миллиардов долларов США, а 54% мировых чипов экспортируется в Китай, но рыночная доля отечественных чипов составляет всего 10%. Китайская индустрия микросхем потребляет более 200 миллиардов долларов иностранной валюты каждый год, превосходя нефть и сырьевые товары, и на ее долю приходится значительная доля импортируемых товаров.

Будучи «сердцем» чипа, процессор можно охарактеризовать как «сердце ядра», и отечественная промышленная мощь в этом отношении была относительно слабой. Реализация внутренней автономии процессора очень важна для развития Китая, но основная архитектура набора команд процессора (например, x86 и ARM) всегда была монополизирована иностранными компаниями, и отечественные компании должны платить высокие патентные сборы и подчиняться другим. Будучи специальным чипом, процессор требует, чтобы архитектура набора инструкций была универсальной и способной совместно использовать экосистему, поэтому нецелесообразно изобретать закрытый набор инструкций внутри страны, и он должен пойти по пути интеграции с мировой архитектурой. В этом контексте открытая архитектура RISC-V открыла огромные стратегические возможности для развития индустрии процессорных чипов в Китае, и ожидается, что она полностью реализует внутреннюю автономию и интеграцию архитектуры процессоров.

В настоящее время Китай переживает критический период энергичного развития индустрии разработки микросхем, и важная задача осуществления великого омоложения китайской нации требует неустанных усилий и напряженного труда большинства научных исследователей и инженеров, а также необходимости многих ищущих правду и прагматичных технических систем, таких как автор, чтобы взять на себя важную задачу возрождения отечественных чипов. Дефицит талантов в отечественной CPU сфере является основным фактором, ограничивающим развитие отрасли в течение длительного времени, автор книги «Teach You to Design CPU» как старший эксперт по проектированию CPU, долгое время работающий на передовой, изложил свой опыт в книге, с подробной информацией и яркими словами. С процессорным ядром серии Hummingbird E200, разработанным компанией автора в качестве примера, он очень подходит для преподавания и обучения любителей, и имеет весьма положительное значение для популяризации технологии проектирования процессоров.

Развивающаяся архитектура RISC-V вызвала бум по всему миру и привлекла широкое внимание в Китае, но из-за того, что нет хороших книг по популяризации Китая, многие люди до сих пор «только слышат это, но не видят». Будучи одним из первых технических специалистов в Китае, связавшихся с архитектурой RISC-V и успешно разработавших процессор RISC-V, автор в свободное время открыл исходный код собственного процессорного ядра и написал книгу, в которой подробно интерпретировал детали реализации, отражающие высокий профессиональный уровень автора и сильные чувства к содействию развитию отечественной индустрии процессоров.

ISA, пожалуйста, возьмитесь за горшок - почему отечественные процессоры оказались недостаточно успешными

Как мы все знаем, чипы являются основными направлениями развития информационной индустрии Китая, а процессоры представляют собой основную технологию в чипах. В этом плане существует явный разрыв между Китаем и развитыми странами. Хотя после многих лет усилий технологический разрыв был значительно сокращен, но в гражданской коммерческой сфере отечественных процессоров все еще не слишком много. В чем причина того, что отечественные коммерческие процессоры оказались недостаточно удачными? Далее давайте подробнее рассмотрим отечественные компании по производству процессоров собственной разработки и текущую ситуацию, а также выбираемые ими учебные заведения. Анализируя прошлую и нынешнюю ситуацию один за другим, я верю, что читатели смогут получить ответы.

 Система MIPS - Loongson и Junzheng

Развивающаяся архитектура RISC-V вызвала бум по всему миру и привлекла широкое внимание в Китае, но из-за того, что нет хороших книг по популяризации Китая, многие люди до сих пор «только слышат это, но не видят». Будучи одним из первых технических специалистов в Китае, связавшихся с архитектурой RISC-V и успешно разработавших процессор RISC-V, автор в свободное время открыл исходный код собственного процессорного ядра и написал книгу, в которой подробно интерпретировал детали реализации, отражающие высокий профессиональный уровень автора и сильные чувства к содействию развитию отечественной индустрии процессоров.

 1. Лунгсон

Процессор Loongson разработан исследовательской группой Loongson Института вычислительной техники Китайской академии наук и разработан Beijing Shenzhou Loongson Integrated Circuit Design Co., Ltd., который авторизован Институтом вычислительной техники Китайской академии наук. Ниже приведено краткое введение в процессорные чипы Loongson.

 2. Цзюньчжэн

В отделе MIPS в Китае есть еще одна компания – Beijing Junzheng. Junzheng и Loongson принадлежат к лагерю MIPS, и в отличие от Loongson, которая специализируется на процессорах для настольных ПК, Beijing Junzheng является одной из первых местных компаний по разработке микросхем в Китае, которая сосредоточилась на области носимых устройств и Интернета вещей. Поскольку программное обеспечение встраиваемого чипа обычно настраивается в соответствии с требованиями. Это приводит к тому, что на рынке умных носимых устройств значительная часть носимых продуктов и прикладного программного обеспечения является специализированной, экологическая цепочка программного обеспечения относительно короткая, а потребности приложений диверсифицированы, поэтому набор общих решений не может быть использован для удовлетворения всех требований, поэтому ни один производитель не может достичь монополии в этой области. Таким образом, на рынке умных носимых устройств нелегко быть монополизированным архитектурой x86 и ARM, как на рынках ПК и мобильных телефонов.

Умные носимые чипы и чипы Интернета вещей не имеют высоких требований к производительности, большинство сценариев применения уделяют больше внимания таким факторам, как низкое энергопотребление, дешевизна и размер, продукты Junzheng полностью соответствуют требованиям к производительности, процессоры x86 не могут быть применены в этой области, компании-разработчики микросхем лагеря ARM облагаются относительно высокими лицензионными сборами, а в случае небольшого производства чипов они не конкурентоспособны по цене. Компания Ingenic имеет более чем 10-летний опыт разработки микросхем и накопленных технологий, и ее главной особенностью является высокое соотношение производительности к мощности. Первая партия умных часов, зарегистрированных в Китае, включая первое поколение умных часов Guoke, первое поколение Tuman и второе поколение умных часов Tuman, все они приняли решение Ingenic.

 Серия X86 - Хроники Бэйчжун, Чжаосинь и Хайгуан

 1. Хроники Северного Паблика

Основанная в ноябре 2002 года, компания Beijing Beizhong Zhizhi Microsystem Technology Co., Ltd. является важным системообразующим предприятием в национальной индустрии проектирования интегральных схем. В 2005 году AMD достигла соглашения с китайским правительством, и Министерство науки и технологий назначило Центр микроэлектроники Пекинского университета для получения технологической лицензии на процессор AMD Geode-2, процессор AMD, несомненно, имеет архитектуру x86, поэтому Китай получил технологию x86. Тем не менее, процессор Geode относится к встраиваемым процессорам AMD, поэтому технология x86, лицензированная AMD для Пекинского университета, относится к встраиваемой архитектуре.

 2. Чжаосинь

Еще одна отечественная компания, использующая архитектуру x86, Zhaoxin, может быть известна большему количеству людей. Как мы все знаем, базовая архитектура x86 является основной технологией Intel и AMD, и правительство США также будет строго контролировать лицензирование своей технологии. Однако, помимо Intel и AMD, VIA, еще одна тайваньская компания, также лицензировала архитектуру x86. Говорят, что, как показано на рисунке 1-8, процессор ZX-C, независимо разработанный компанией Zhaoxin, был серийно произведен в апреле 2015 года, с 28-нм техпроцессом, 4-ядерным процессором, частотой до 2,0 ГГц и поддержкой национального криптографического алгоритма шифрования. В 2017 году Zhaoxin объявила, что ее последнее поколение 4-ядерных и 8-ядерных процессоров общего назначения серии ZX-D было успешно снято с производства, и сообщила, что в 2018 году будет запущен 16-нм процессор ZX-E с 8 ядрами.

 3. Морской свет

Помимо Shanghai Zhaoxin, есть еще и ультрасовременная компания, которая родилась не так давно - Tianjin Haiguang. В 2016 году AMD объявила, что достигла соглашения с китайской инвестиционной компанией Tianjin Haiguang о лицензировании технологии x86 для Haiguang за лицензионный сбор, и обе стороны также создадут совместное предприятие для лицензирования производства серверных процессоров. Говорят, что для того, чтобы открыть китайский рынок высокопроизводительных серверов, x86, которую AMD лицензировала китайской компании, на этот раз, вероятно, будет самой передовой технологией x86. Что касается выступления Хайгуана, его также стоит подождать и посмотреть.

 Энергетическое ведомство - Чжуншэн Хунсинь

Архитектура Power от Big Blue всегда была олицетворением высокой производительности. В 2013 году IBM объединила усилия с NVIDIA и другими компаниями для создания OpenPower Open Alliance, и другие компании также могут получить лицензии на архитектуру Power. С тех пор она также способствовала созданию Экологического альянса China POWER Technology Industry и подписала лицензионные соглашения с рядом китайских компаний, одной из которых является Zhongsheng Hongxin. Основанная в 2013 году, компания Zhongsheng Hongxin считает, что Hongxin может использовать несколько лет для достижения переваривания и поглощения технологий и инноваций.

 Отдел Альфа - Шэньвэй

 Процессор Shenwei или процессор Shenwei, именуемый «процессор программного обеспечения».

На Международной конференции по суперкомпьютерам 2016 года дебютировала и завоевала первенство суперкомпьютерная система "Sunway Taihu Light" на базе процессора Shenwei 26010 (как показано на рисунке 1-9) с пиковой производительностью 1,25×10,8 млрд операций с плавающей запятой в секунду. Он стал первым в мире суперкомпьютером, который проработал более 10,9 миллиарда раз.

 Серия ARM - Feiteng, Huawei HiSilicon, Spreadtrum и Huaxintong

Для того, чтобы лучше понять содержание данного раздела, необходимо сначала познакомить с моделью авторизации ARM. В двух словах, основную модель лицензирования ARM можно разделить на два типа.

 1. Парите в воздухе

Feiteng — это предприятие, созданное исследовательской группой высокопроизводительных процессоров Китайского национального университета оборонных технологий, которая накопила сильную техническую мощь в области процессоров в течение многих лет. В 2016 году компания Tianjin Feiteng анонсировала новейший продукт FT2000, который был впервые представлен на конференции HotChips в 2015 году под кодовым названием «Mars» и позиционируется в сегменте высокопроизводительных серверов, отраслевых бизнес-хостингов и т. д. FT2000 использует набор инструкций ARMv8, но использует ядро собственной разработки, которое отличается от Cortex-A53\A57\A72 ARMv8 на рынке (ядро, купленное непосредственно у ARM).

FT2000 также примечателен своей производительностью, в том числе колоссальными 64 ядрами процессора FTC661 с целочисленным показателем 672 и числом с плавающей запятой 585 в опубликованном тесте Spec 2006, что сравнимо с Xeon E5-2699v3. Это также первый случай, когда отечественные серверные чипы сравнялись с Intel по производительности, а общая совокупная пропускная способность чипов управления памятью составляет 204,8 ГБ/с, превосходя нынешние E5V3 и E7V3, и приближаясь к IBM POWER8 (230 ГБ/с). Оценка бенчмарка сопоставима с Intel Xeon E5-2699v3, что означает, что Feiteng 2000 полностью достаточен для многих коммерческих приложений, при условии, что экосистема программного обеспечения может идти в ногу со временем, он может полностью заменить некоторые продукты Intel на коммерческом рынке.

 2. Huawei HiSilicon

Huawei HiSilicon в настоящее время является одним из самых мощных разработчиков чипов в Китае. Чипы Huawei Kirin находятся на том же уровне, что и ведущие компании по производству чипов, такие как Qualcomm и Samsung, с точки зрения производительности. В то же время Huawei в настоящее время является одним из четырех основных поставщиков серверов в Китае, а на долю отечественных серверных компаний, таких как Huawei, Lenovo и Inspur, приходится более 65% рынка серверов Китая. Несколько лет назад компания Huawei приобрела лицензию на архитектуру набора инструкций ARM и начала разрабатывать собственные процессорные ядра, ориентируясь на рынок серверов.

На выставке достижений в области науки и технологий «Двенадцатый пятилетний план» компания Huawei представила свой первый сервер на платформе ARM «Taishan», оснащенный 64-разрядным процессором собственной разработки ARM «Hi1612», использующим 16-нм техпроцесс TSMC, с 16 ядрами, совместимыми с набором инструкций ARMv8-A. Учитывая сильные возможности Huawei в области исследований и разработок и рыночные операции, мы считаем, что компания будет работать хорошо.

 3. Спредтрум

Помимо Huawei, Spreadtrum является еще одним отечественным лидером в области чипов для мобильных телефонов. В 2016 году Spreadttrum отгрузила 6700000 наборов чипов, а в июне 2017 года объявила, что успешно разработала собственный процессор архитектуры ARM, а Spreadtrum заявила, что достигла 6-ядерного дизайна на той же большой площади 4-ядерного чипа SC9850 (Cortex-A7), а энергопотребление и производительность могут быть настроены в соответствии с их собственными потребностями, отметив, что Spreadtrum стал производителем смартфонов в дополнение к Apple и Samsung (независимые чипы Samsung и Apple в основном предназначались для их собственного использования), вслед за Qualcomm. Второй производитель чипов для мобильных телефонов с собственной технологией ARM CPU key.

 4. Хуасиньтун

В 2016 году Qualcomm создала совместное предприятие с китайским правительством в Гуйчжоу, Huaxintong Semiconductor, компанию по производству микросхем в Китае, для проектирования и разработки серверных чипов специально для китайского рынка. Компания Huaxintong получила разрешение на использование архитектуры ARM v8-A и заявила, что Китай стал вторым по величине рынком центров обработки данных в мире, что поможет Huaxintong Semiconductor запустить передовую технологию серверных чипсетов на быстро растущем китайском рынке серверов, а также поможет китайским предприятиям предоставить серверную технологию на базе ARM на местном рынке, тем самым способствуя широкомасштабному развертыванию эффективных серверных решений.

 Разрушитель вины ISA

Из вышеуказанных глав мы узнали о списке героев отечественного дизайна процессоров. Однако, как уже говорилось ранее, отечественных процессоров в гражданской коммерческой сфере пока не так уж и много. Можно сказать, что основная причина, по которой отечественные процессоры до сих пор не были достаточно успешными в гражданской коммерческой сфере, кроется в ISA, и ISA должна нести этот котел.

Обсуждается важность архитектуры набора инструкций (ISA) для процессоров, поэтому для процессора абсолютный уровень аппаратных технологий не является самым важным.

В настоящее время основная архитектура набора инструкций бизнеса сложилась в различных областях.

Поэтому автор всегда считал, что только коммерческие компании, которые делают ставку на лагеря x86 и ARM, могут по-настоящему достичь полной коммерциализации. Я считаю, что это тоже причина, по которой большинство героев отечественного проектирования процессоров в последние годы — это системы x86 или ARM.

Тем не менее, внутренняя независимость имеет большое значение для национальной экономики Китая и средств к существованию народа, и стремление к внутренней независимости, безопасности и управляемости является тем направлением, которого Китай должен придерживаться в стратегическом плане. С этой точки зрения выбор архитектуры x86 или ARM имеет свои ограничения, о которых пойдет речь ниже.

 Архитектура 1.x86

· Поскольку Intel и AMD являются производителями чипов, а не компаниями, занимающимися интеллектуальной собственностью (IP), архитектура x86 является для них спасательным кругом, и если другие лицензированные компании используют архитектуру x86 для производства чипов, представляющих реальную угрозу для Intel и AMD, Intel и AMD могут взять на себя патенты и прекратить лицензирование.

· Затраты на лицензирование архитектуры x86 чрезвычайно высоки, что далеко за пределами досягаемости обычных компаний или организаций.

 2. Архитектура ARM

· Ситуация с архитектурой ARM будет гораздо более оптимистичной, ведь хотя архитектура ARM также является архитектурой, которая принадлежит ARM и защищена патентами, бизнес-модель ARM основана на базовом принципе открытости и win-win. ARM является лидером экосистемы ARM и создателем основных правил, а также получает экономические выгоды за счет лицензирования инфраструктуры, лицензирования ядра интеллектуальной собственности и т. д. Большое количество компаний, занимающихся разработкой программного и аппаратного обеспечения в экосистеме, следуют стандартам и спецификациям, сформулированным ARM, чтобы удовлетворить потребности многих клиентов и получить экономические выгоды.

· Отечественная индустрия процессоров, основанная на экосистеме ARM, имеет хорошую основу, и многие компании, такие как Huawei HiSilicon, Spreadtrum, Lianxin и Feiteng, накопили многолетний опыт исследований и разработок чипов ARM, а технология проектирования чипов в Китае в области мобильных терминалов была синхронизирована с международным мейнстримным уровнем, а зарубежные гиганты, такие как Qualcomm, Samsung и Google, также являются членами лагеря экосистемы ARM. Таким образом, с глобальной точки зрения, компании по производству микросхем в стране и за рубежом могут честно конкурировать в открытой и взаимовыгодной экосистеме. Исходя из вышеуказанных причин, достижения компаний, использующих архитектуру ARM в списке отечественных героев процессоров, еще более многообещающие.

· Тем не менее, архитектура ARM все-таки принадлежит ARM, и с одной стороны, ей нужно платить крайне высокие лицензионные сборы за ARM (десятки миллионов долларов за раз), а с другой стороны, ARM теперь является японской компанией после того, как была приобретена SoftBank. Поэтому, с точки зрения абсолютной автономии и управляемости, неизбежно быть подчиненным другим.

Читая это, читатели могут спросить, не существует ли разновидности ISA со следующими характеристиками?

(1) Он имеет открытый исходный код и является общим, и не принадлежит коммерческой компании, поэтому не будет никаких скрытых опасений по поводу контроля со стороны других и независимого контроля, и нет необходимости платить высокие лицензионные сборы коммерческим компаниям.

(2) Она основана на базовом принципе открытости и win-win, и имеет единую некоммерческую организацию в качестве лидера и разработчика основных правил, и любая компания или частное лицо может использовать ее структуру бесплатно навсегда.

Я полагаю, что многие, как и автор, с нетерпением ждут появления такого ISA в течение долгого времени, и даже в отрасли раздаются голоса, которые надеются, что государство возглавит определение национального стандарта ISA, чтобы объединить фракции ISA отечественных процессоров. Тем не менее, национальный стандарт ISA, который ограничен технологиями страны, обречен быть несовместимым и вряд ли будет успешным в сегодняшней тенденции глобализации. Так что все думали, что такой ISA невозможен, и автору, как ветерану конструирования процессоров, пришлось использовать стихотворение, чтобы выразить свои чувства в то время: «Смерть Юань знает, что все пусто, но грусть на Кюсю уже не та». Ван Ши установил День Центральных равнин на севере, и семейное жертвоприношение не забыло сказать На Вэну».

Однако в 2016 году неожиданно появился новый студент по имени RISC-V со своей собственной аурой. Он полностью отвечает двум вышеперечисленным условиям, принадлежит свободной и открытой архитектуре всего человечества, без оков каких-либо патентов, к которому присоединились многие крупные компании с мировым именем, и будет честно конкурировать в условиях открытой и беспроигрышной экологии. Автор смутно чувствует, что если этот ISA действительно сможет развиваться, то кажется, что это может стать реальной возможностью для роста отечественных процессоров. Как мы уже упоминали ранее, было предложено разработать архитектуру национального стандартного набора инструкций, и когда родился RISC-V, наша соседняя Индия быстро приняла RISC-V в качестве набора инструкций своего национального стандарта, рекомендовала своим отечественным университетам и исследовательским институтам принять архитектуру RISC-V, а также разработала планы и инвестировала специальные средства для разработки нескольких различных серий процессоров RISC-V.

Есть способ «горы и реки истощены, и выхода нет, и ивы и цветы яркие и другая деревня», что про новую архитектуру RISC-V.

Жизнь и так сложна, зачем ее развенчивать - беспомощность практиков ЦП

Для обычных практиков в каждой отрасли желательно, чтобы отрасль процветала и процветала, с большим количеством коммерческих компаний, участвующих в ней и создающих большое количество рабочих мест. Если отрасль, в которой вы работаете, либо находится в сумерках, либо превращается в бассейн со стоячей водой, естественно, что большое количество рабочих потребностей не может родиться, и обычные практики могут только «искать и искать, покинутые, несчастные и несчастные» или «пренебрежительно относиться к двери, а босс женится на бизнесвумен».

Ярким примером является конструкция процессора. Несмотря на то, что проектирование процессоров является открытой дисциплиной, требуемая технология является зрелой, и многие инженеры и практики освоили и имеют возможность разрабатывать процессоры. Но:

· В связи с тем, что в архитектуре процессоров долгое время доминировали коммерческие гиганты в лице Intel (архитектура x86) и ARM (архитектура ARM), а эффект эксклюзивности олигополии, порожденный ее программной экосистемой, стал непреодолимым барьером для обычных компаний и частных лиц.

· Из-за исключительного влияния олигархов многие процессорные архитектуры вымирают, а отечественные коммерческие процессоры не могут быть достаточно успешными, в результате чего проектирование процессоров становится очень небольшим числом коммерческих компаний.

Подводя итог, можно сказать, что автор, будучи старшим инженером-конструктором процессоров, который когда-то работал в компании мирового уровня, однажды столкнулся с дилеммой, заключающейся в отсутствии возможности выбрать работу при смене работы, и посетовал, что многие коллеги были вынуждены сменить карьеру. Можно сказать, что "высокое и низкое, громкое и громкое - это редкость", практикующие разработчики процессоров, совершенно беспомощны. Читая это, коллеги, которые были вынуждены сменить профессию, возможно, расплакались: «Жизнь и так сложна, зачем ее развенчивать».

Хорошая новость заключается в том, что ситуация с отечественной индустрией процессоров наконец-то изменилась в последние годы из-за огромной рыночной и промышленной поддержки Китая, появления компаний, занимающихся проектированием процессоров, таких как Zhaoxin, Feiteng, Huawei, Spreadtrum, Haiguang и Huaxintun, упомянутых в предыдущем разделе, а также с рождением архитектуры RISC-V, представленной в статье «Научите вас проектировать процессоры», будет генерироваться больший рыночный спрос.

На востоке встает солнце, а на западе идут дожди, а на дороге солнечно, но солнечно - появляется RISC-V

Архитектура RISC-V была изобретена в 2010 году профессором Крсте Асановичем, Эндрю Уотерманом и Юнсупом Ли из Университета Беркли при поддержке Дэвида Паттерсона, ведущей фигуры в области компьютерной архитектуры. Вместо того, чтобы использовать зрелые архитектуры x86 или ARM, разработчики из Университета Беркли изобрели новый набор архитектур набора инструкций, потому что эти архитектуры стали чрезвычайно сложными и громоздкими с годами, и они были подвержены большим проблемам с патентами и лицензированием архитектуры. А модификация RTL-кода процессора ARM не поддерживается, а исходный код процессора x86 вообще недоступен. Другие архитектуры с открытым исходным кодом (например, SPARC, OpenRISC) имеют проблемы в большей или меньшей степени (более подробно обсуждается в главе 2). Мне кажется, что компьютерная архитектура и архитектура набора команд разрабатывались десятилетиями и были очень зрелыми, но исследовательские институты, такие как Университет Беркли, «исключены» (они не могут выбрать подходящую архитектуру набора инструкций для их использования). Профессора и исследователи из Университета Беркли решили изобрести новую, простую, открытую для денег архитектуру набора инструкций, и так родилась архитектура RISC-V.

Для получения дополнительной информации о рождении RISC-V заинтересованные читатели могут ознакомиться со статьей «Berkeley Hopes to Bring RISC-V Open Source Architecture to the Mainstream».

RISC-V (произносится как «риск-пять») — это новая архитектура набора инструкций. «V» имеет два значения, одно из которых заключается в том, что это архитектура набора инструкций пятого поколения, разработанная Беркли из RISC I; Во-вторых, он представляет собой вариацию и векторы.

После нескольких лет разработки Университет Беркли разработал полный набор программных инструментов для архитектуры RISC-V и несколько примеров процессоров с открытым исходным кодом, которые привлекают все больше и больше внимания. В 2016 году был официально создан и начал работу Фонд RISC-V. RISC-V Foundation — это некоммерческая организация, которая поддерживает стандартные руководства по набору инструкций RISC-V и документацию по архитектуре, а также способствует развитию архитектур RISC-V.

 Задачи архитектуры RISC-V заключаются в следующем.

RISC-V Foundation отвечает за поддержку стандартной документации по архитектуре RISC-V и набора программных инструментов компилятора, необходимых для процессоров, которые могут быть бесплатно загружены любой организацией или частным лицом в любое время (регистрация не требуется) на веб-сайте RISC-V Foundation.

Запуск RISC-V и создание Фонда были хорошо восприняты научными кругами и промышленностью. Linley Group, известная аналитическая фирма технологической отрасли, назвала RISC-V «Лучшей технологией 2016 года», как показано на рисунке 1-12.

Рождение открытой и бесплатной архитектуры RISC-V — это не только хорошая новость для университетов и исследовательских институтов; Он предоставляет альтернативу для стартапов, которым не хватает предварительного финансирования, или для чрезвычайно чувствительных к стоимости продуктов, или для областей, которые мало зависят от существующей экосистемы программного обеспечения, и используется крупными технологическими компаниями в отрасли, включая гигантов Кремниевой долины, таких как Google, HP, Oracle и Western Digital, которые являются членами-основателями RISC-V Foundation, как показано на рисунке 1-13. Многие компании-производители чипов уже начали использовать RISC-V (например, Samsung, NVIDIA и т. д.) или планируют использовать RISC-V для разработки собственных процессоров для своих продуктов.

Фонд RISC-V ежегодно организует два открытых семинара для содействия обмену информацией и развитию лагеря RISC-V, и любая организация или частное лицо могут скачать PPT и документы, представленные на каждом семинаре, с веб-сайта фонда RISC-V. Шестой семинар RISC-V был проведен в Шанхайском университете Цзяотун в Китае в мае 2017 года, как показано на рисунке 1-14, и привлек большое количество китайских компаний и энтузиастов.

 Простота – это красота – философия дизайна архитектуры RISC

Архитектура RISC-V — это архитектура набора инструкций, поэтому давайте разберемся в философии проектирования, прежде чем углубляться в детали. Так называемая «философия» дизайна – это стратегия, которую она продвигает, например, философия дизайна японских автомобилей – экономичная и экономичная, а философия дизайна американских автомобилей – доминирующая. В чем заключается философия проектирования архитектуры RISC-V? Это «путь к простоте».

Одна из самых восхитительных философий дизайна автора заключается в том, что простота — это красота, а простота — надежность. Бесчисленные примеры из реальной жизни доказали истину, что «простота означает надежность», и наоборот, чем сложнее машина, тем больше она подвержена ошибкам. Ярким примером этого является знаменитый пистолет-пулемет АК47, который является наиболее широко используемым индивидуальным оружием в мире благодаря своей простой и надежной философии конструкции, что делает его чрезвычайно экономичным и надежным.

В мире боевых искусств новички, как правило, попадают в трясину погони за причудливыми и сложными навыками и суеверны в отношении вышитых ног. Тем не менее, лучшие мастера боевых искусств в конечном итоге используют простые, понятные движения. В реальной работе по проектированию ИС автор видел простую конструкцию для достижения ее безопасности и надежности, а также видел сложную конструкцию, которая долгое время не могла стабильно сходиться. Чистый дизайн часто надежен и неоднократно доказывал свою эффективность в большинстве проектных практик. Природа проектирования микросхем очень особенная, и конечным результатом является чип, а цикл проектирования и производства чипа очень длинный, который не может быть легко обновлен и исправлен, как программный код, и каждая доработка чипа занимает несколько месяцев. Не только это, но и производство чипов обходится дорого, от сотен тысяч долларов до миллионов долларов. Эти характеристики делают затраты на метод проб и ошибок при проектировании ИС чрезвычайно высокими, поэтому важно иметь возможность эффективно сократить количество ошибок. Современные конструкции чипов становятся все более крупными и сложными, что не требует от проектировщиков слепого уклонения от использования сложных технологий, а должно использовать хорошую сталь на переднем крае, использовать самые сложные конструкции в самых критических сценариях и стараться выбирать лаконичные решения по реализации в большинстве случаев.

Когда автор впервые прочитал документ по архитектуре RISC-V, он не мог не удивиться. Поскольку архитектура RISC-V постоянно и явно подчеркивает в своей документации, что ее философия проектирования — это «путь к простоте», она стремится сделать аппаратную реализацию достаточно простой через определение архитектуры. Его простота – это философия красоты, которую можно увидеть в нескольких аспектах, и мы обсудим их в следующих разделах.

 Безвредный и легкий - длина архитектуры

Читатели, знакомые с архитектурной документацией ARM, должны знать о ее объеме. После десятилетий разработки, текущие документы по архитектуре архитектуры x86 и ARM занимают тысячи страниц, а печать может быть размером в половину стола, что на самом деле «эквивалентно книге».

Предположительно, в начале зарождения архитектуры x86 и ARM ее длина не будет такой большой, как сейчас. Одна из основных причин, почему документ по архитектуре состоит из тысяч страниц и существует множество версий, заключается в том, что процесс разработки архитектуры также сопровождается непрерывным развитием и зрелостью современной технологии архитектуры процессоров, и в качестве коммерческой архитектуры, чтобы поддерживать обратную совместимость архитектуры, она должна сохранять множество устаревших определений, или очень неудобно определять новые части архитектуры, чтобы быть совместимыми с существующими техническими частями. Со временем он превратился в старушечью повязку для ног – крайне длинную, так сказать, и можно сказать, что вернуться обратно было сложно.

Так может ли современная, зрелая архитектура начать все сначала и переосмыслить чистую архитектуру? Можно сказать, что это практически невозможно. Intel также однажды запустила новую печь, когда запустила архитектуру Itanium, отказавшись от прямой совместимости, и, наконец, Intel Itanium потерпел фиаско, одна из важных причин заключается в том, что он не имеет обратной совместимости и, следовательно, не может быть принят пользователями. Только представьте, если мы покупаем компьютер или мобильный телефон с новым процессором, а все предыдущее программное обеспечение не работает, это должно быть неприемлемо.

Архитектура RISC-V, которая сейчас запускается, имеет преимущество в том, что она появилась позже. Поскольку компьютерная архитектура была относительно зрелой технологией после многих лет развития, а проблемы, выявленные в процессе непрерывной зрелости на протяжении многих лет, были тщательно изучены, новую архитектуру RISC-V можно обойти, и можно сказать, что она свободна от болезней и не обременена историческим бременем обратной совместимости.

Текущие документы по архитектуре RISC-V разделены на документы по набору инструкций и документы по привилегированной архитектуре. Документ с набором инструкций занимает чуть более 100 страниц, в то время как документ с привилегированной архитектурой занимает всего около 100 страниц. Инженеры, знакомые с архитектурой, могут прочитать ее всего за день или два, и хотя документ по архитектуре RISC-V все еще обогащается, RISC-V чрезвычайно короток по сравнению с документом по архитектуре x86 и документом по архитектуре ARM.