RISC-V (pronunciato “risk-five”) è un’architettura del set di istruzioni (instruction set architecture, ISA) open-source utilizzata per sviluppare processori personalizzati destinati a varie applicazioni finali. Originariamente è stata creata come alternativa alle architetture proprietarie, come quelle offerte da Intel e ARM. Grazie alla sua apertura e ai suoi meriti tecnici, negli ultimi anni è diventato sempre più popolare.
In questa guida IT, riassumeremo i suoi punti salienti, inclusi i dettagli sul suo potenziale utilizzo per la gestione degli endpoint IoT.
Che cos’è RISC-V?
RISC-V sta per Reduced Instruction Set Computing, e la “V” rappresenta la quinta iterazione dell’architettura RISC. È stato originariamente proposto e sviluppato negli anni ’80 presso l’Università della California, Berkeley, e l’Università di Stanford. L’obiettivo era quello di risolvere le complessità e le inefficienze percepite del CISC, o “Complex Instruction Set Computer”.
CISC si affidava troppo pesantemente a set di istruzioni complessi per implementare più operazioni simultaneamente. Gli esperti informatici hanno notato che i compilatori CISC utilizzavano inevitabilmente un piccolo sottoinsieme di questi complessi set di istruzioni. Questo, tra l’altro, ha portato i ricercatori a interrogarsi sulla necessità di un set di istruzioni più ampio, incentrato sulla semplicità, per migliorare l’efficienza operativa.
La differenza tra RISC e CISC
Il RISC è stato progettato per risolvere le carenze del CISC, pur rimanendo open-source. In generale, le CPU CISC hanno pochi registrar e istruzioni estese, la maggior parte delle quali ha accesso alla memoria. Al contrario, le CPU RISC dispongono di più registrar ma solo di un set di istruzioni modesto, con un accesso alla memoria limitato a poche istruzioni di caricamento.
Un fatto divertente: Il professore David Patterson dell’Università della California, Berkeley, e il professore John Hennessy dell’Università di Stanford hanno ricevuto il Premio ACM A.M. Turing soltanto nel 2017 per il loro lavoro sull’architettura RISC.
| CISC | RISC | |
| Istruzioni per ciclo | Più grande e di lunghezza variabile | Più piccolo con lunghezza fissa |
| Complessità dell’istruzione | Complesso e versatile | Semplice e più standard |
| Esecuzione dell’istruzione | Diversi cicli | Ciclo singolo |
| Accesso e utilizzo della memoria | Utilizzo della memoria più elevato | Uso più efficiente della memoria |
Come funziona RISC-V?
A differenza delle architetture proprietarie, RISC-V è open-source, il che significa che chiunque può implementarlo senza dover pagare la licenza (l’open source stesso è la licenza). La natura aperta di RISC-V è probabilmente la sua caratteristica più interessante e il motivo per cui oggi ha guadagnato così tanta popolarità.
Ma RISC-V presenta anche molti vantaggi. L’ISA definisce l’interfaccia tra il software e l’hardware e stabilisce come un processore esegue le istruzioni. Come accennato in precedenza, RISC-V enfatizza la semplicità e l’efficienza nell’esecuzione delle istruzioni, offrendo molteplici casi d’uso, dal mondo accademico a quello aerospaziale e governativo, fino alla gestione degli endpoint IoT.
In qualità di quinta generazione di un’ISA specifica, RISC-V è un’architettura evoluta che cerca di rendere l’uso molto più facile e semplice. Rispetto alle tradizionali ISA incrementali, è stato progettato per essere un’ISA modulare. Ciò significa che l’implementazione di RISC-V comprende un’ISA di base obbligatoria e diverse estensioni ISA, che consentono di personalizzare le CPU in base alle esigenze dell’applicazione.
RISC-V è gestito dall’associazione RISC-V International, un’organizzazione nonprofit che ne supervisiona lo sviluppo e l’evoluzione. Uno degli obiettivi principali è quello di mantenere il design di RISC-V semplice, affidabile e disponibile per tutti, piuttosto che considerare l’ISA per scopi commerciali.
L’importanza di RISC-V
RISC-V è un’ISA molto popolare ed è facile capire il motivo. La sua architettura aperta favorisce la collaborazione tra una vasta gamma di contributori e incoraggia lo sviluppo di processi personalizzati. Questo, a sua volta, promuove un ecosistema altamente modulare. RISC-V garantisce un’infinità di casi d’uso e applicazioni, dalla gestione di attività informatiche complesse all’offerta di maggiore affidabilità e sicurezza per applicazioni avanzate e ad alto contenuto di dati. Questo rende RISC-V incredibilmente scalabile e flessibile.
Inoltre, la mancanza di diritti di licenza ha implicazioni economiche significative. Le aziende di tutte le dimensioni possono implementare RISC-V senza essere gravate da costi di licenza. Questa accessibilità ha contribuito a democratizzare i progetti dei processori, consentendo e incoraggiando gli innovatori a contribuire ai progressi di RISC-V.
Infine, RISC-V è importante per le sue potenziali implicazioni per le tecnologie e le ISA future. RISC-V potrebbe fornire una base per la costruzione di processori accelerati, dato che cresce la domanda di architetture specializzate e specifiche per ogni settore.
RISC-V e endpoint IoT
RISC-V è un elemento dirompente nel mondo dell’architettura dei computer e offre acceleratori rivoluzionari per l’intelligenza artificiale, l’apprendimento automatico e altre tecnologie emergenti. Una potenziale applicazione è la gestione efficiente dei dispositivi IoT.
Uno studio ha suggerito che un’architettura di core di elaborazione basata su RISC-V con estensioni DSP ha migliorato la velocità della gestione degli IoT del 37% per le applicazioni di uso generale. Questo dato è aumentato di 2,3 volte con le estensioni vettoriali.
Come si legge nel documento, “Le implementazioni multi-core presentano un numero significativamente inferiore di conflitti di memoria condivisa con le nuove estensioni ISA, consentendo a un’implementazione a quattro core di superare un’implementazione a singolo core di 3,9 volte, consumando però solo 2,4 volte più potenza. Implementato in una tecnologia avanzata a 28 nm, si osserva un miglioramento dell’efficienza energetica di 5 volte quando si elabora vicino alla soglia a 0,46V, dove il cluster raggiunge 0,2 GOPS consumando solo 1 mW. Questo rende [RISC-V] interessante per un’ampia gamma di applicazioni IoT.”
I vantaggi di RISC-V
RISC-V fornisce istruzioni semplificate per svolgere diversi compiti. Rispetto al CISC, consente ai professionisti IT di eseguire più azioni senza sovraccaricare la memoria. Altri vantaggi includono:
- La sua natura open-sourced che favorisce la collaborazione e l’innovazione in tutto il settore
- Disponibilità di opzioni più piccole e più efficienti dal punto di vista energetico
- RISC-V può essere personalizzato in base alle tue esigenze specifiche
- La presenza di molteplici funzionalità di sicurezza tramite progetti di riferimento open-source, strumenti di analisi della composizione del software e estensioni di sicurezza
Al contrario, il principale svantaggio dei progetti RISC-V è che i requisiti PPA (potenza, prestazioni e area) sono piuttosto impegnativi. Se è destinato ad applicazioni di fascia alta, necessita di strumenti e metodologie di automazione all’avanguardia e leader del settore.
Applicazioni RISC-V
I settori che possono utilizzare RISC-V sono molteplici, anche se l’utilizzo maggiore si ha in questi segmenti di mercato:
- Provider IP che desiderano offrire progetti personalizzati
- Team di system-on-chip (SoC) che utilizzano IP commerciali
- Fornitori di software che costruiscono SoC specializzati basati su processori RISC-V
Questi mercati possono trovare RISC-V utile per:
- Progetti con spazio limitato e alimentati a batteria, come elettrodomestici e dispositivi indossabili
- Calcolo ad elevate prestazioni (HPC) e centri dati
- Applicazioni SoC di grandi dimensioni
Per ulteriori informazioni e per vedere altri casi d’uso, puoi consultare il sito RISC-V Exchange, un forum della comunità che illustra le varie offerte di hardware, software, servizi e apprendimento di RISC-V.
Il futuro di RISC-V
Con RISC-V che offre una gamma di prestazioni più ampia e un ecosistema in rapida espansione, è sicuro supporre che la domanda di mercato per RISC-V continuerà a crescere. Sebbene la maggior parte degli attuali casi d’uso di RISC-V riguardi i dispositivi intelligenti, è ipotizzabile una sua futura adozione nei processori applicativi che includono compilatori, firmware e linguaggi di programmazione ad alto livello.
