09.10.2022

Архитектура RISC-V или зачем в России разрабатывают ещё один универсальный процессор

Три дня назад мы опубликовали новость о том, что китайцы выпустили первый в мире ноутбук с RISC-V процессором, а в начале недели — похожую новость о лэптопе JioBook родом из Индии с чипсетом на базе Arm-архитектуры. Последняя построена всё на той же архитектуре RISC, не имеющей ничего общего с архитектурой x86 в процессорах Intel/AMD, которые пока ещё являются мотором абсолютного большинства ноутбуков и ПК во всём мире. Хотим мы того или нет, но гегемония процессоров на базе x86 давно закончилась, хотя ОС Windows и огромное количество программного обеспечения (ПО), созданного (и по инерции создаваемое до сих пор) под винды ещё в прошлом веке, обещает этим процессорам относительное благополучие сегодня, но не завтра.

Зачем ещё один процессор?

Чтобы стало понятнее, вспомним историю. Архитектура CISC (инструкции переменной длины), на которой строились первые процессоры x86, в один прекрасный момент упёрлась в свой предел производительности. Последним процессором архитектуры CISC стал Pentium, выжавший из неё максимум. Начиная с Pentium Pro, процессоры стали получать RISC-ядра (короткие быстро выполняемые инструкции), хотя и сохранили совместимость со старой системой команд благодаря её декодированию на лету в короткие RISC-команды уже внутри процессора. Но такое декодирование вызывает накладные расходы, хотя их и постарались снизить всеми возможными способами. Полный же переход на RISC означал бы для Intel/AMD потерю всего парка ПО и поэтому... пока не понятно (или всё понятно — нужное подчеркнуть:).

Некоторое время такой подход оправдывал себя, но сегодня такая архитектура CISC-RISC тоже упирается в свой предел, а на арену выходят конкурирующие RISC-архитектуры, самой известной из которых, пожалуй, является ARM. Если сегодня и создавать новый универсальный процессор, то на одной из RISC-архитектур. Так поступили, например, при создании российского процессора Байкал. Купили лицензию на ARM-ядра Cortex A57, и на их основе сконструировали процессор. Но такой процессор зависит от этой самой лицензии, которую, при желании, можно и отозвать. Кроме того, лицензия накладывает некоторые ограничения на полёт фантазии разработчиков на пути к повышению производительности. Замечу также, что цена этой лицензии зависит от степени изменений, которую разработчик намерен провести в архитектуре ядра.

Поэтому хорошо бы нам иметь альтернативный процессор на архитектуре, не требующей покупки лицензии и позволяющей самостоятельно вносить необходимые изменения в ядро и дополнять базовую систему команд при необходимости. И такая архитектура есть — это RISC-V.

Кстати, в Китае на базе  RISC-V разрабатывается собственная архитектура RISC-X, которая, как и основа, будет открытой и бесплатной, причем не только для китайцев, но и для компаний из любых других стран. Китайцы мыслят масштабно, поэтому новая архитектура для них — запасной вариант на случай, если США попытается при помощи санкций «отлучить» их и от RISC-V, несмотря на открытость этой технологии.

RISC-V — открытая и свободная система команд и сравнительно новая (с 2010 года) процессорная архитектура на основе концепции RISC для микропроцессоров и микроконтроллеров. Спецификация доступна для свободного и бесплатного использования, включая коммерческие реализации непосредственно в кремнии или конфигурировании ПЛИС. Имеет встроенные возможности для расширения списка команд и подходит для широкого круга применений. Очень хорошо, что эта архитектура проще, чем ARM. Поэтому с ней удобнее работать, легче реализовать в железе. В условиях российской действительности (дефицит времени и высококвалифицированных специалистов с опытом работы) это особенно важно.

Простота архитектуры не влияет негативно на производительность процессора. Архитектура рождалась уже с учётом практических знаний о работе других уже имеющихся архитектур, и спроектирована таким образом, чтобы взять от них всё самое лучшее. В итоге эта архитектура выглядит наиболее перспективной из имеющихся, хотя и не такой изученной, как остальные.

Ядрёный Ростех

Государственная корпорация «Ростех», которой ещё в 2007 году передали значительную часть промышленных активов России, около года назад объявила, что уже к 2025-му году разработает и выпустит собственный универсальный процессор с системой команд и архитектурой RISC-V. Основным партнёром ГК в этой миссии является разработчик отечественных систем хранения данных и серверов Yadro.

Ростех выделила на этот проект 18 миллиардов рублей, плюс ещё 9,8 миллиарда выделяется напрямую из федерального бюджета. Итого 27,8 миллиардов рублей. Неплохо, если это правда. Предположительно, чип будет выпускаться по 12-нм техпроцессу и получит 8 ядер частотой 2 ГГц.

К 2025-му году собирались уже продать 60 тысяч компьютеров на базе этого чипа на сумму 7 миллиардов рублей. Конечно, после 24 февраля эта информация очень неточная, и может существенно изменится по срокам. Тем более, что сегодня на официальных сайтах Ростех и Yadro информации об этом проекте нет :(от слова совсем).

В ноябре 2019 г. нынешний партнёр Ростеха по разработке нового процессора компания Yadro выкупила 51-процентную долю в российской компании Syntacore — питерского разработчика микропроцессорных ядер. Александр Редькин, генеральный директор компании Syntacore, является одним из лидеров экосистемы RISC-V и лицензирует микропроцессорные технологии собственной разработки на базе архитектуры RISC-V клиентам в России и за рубежом. Продукты на базе процессорных технологий Syntacore разрабатываются по проектным нормам от 180 до 7 нм. Так что не исключено, что с предложением к Ростеху о создании нового процессора выступила именно компания Yadro.

Сегодня, в условиях некой неопределённости в путях дальнейшего развития архитектур микропроцессоров в мире, действительно имеет смысл вести параллельную работу по максимально возможному количеству направлений. Сегодня ещё наверняка не ясно, какая архитектура и в каком сегменте выстрелит. Надо двигать всё. Поэтому надо работать и над VLIW-архитектурой «Эльбрус», она может взлететь в серверах и суперкомпьютерах, и над Байкалом — он может стать наиболее простым и быстрым решением для планшетов, ноутбуков, рабочих станций и серверов, и над новым процессором на архитектуре RISC-V, с которой ещё не всё понятно, но она может взлететь вообще везде, в том числе на ноутбуках и смартфонах. Тем более, что компетенции и наработки по этой архитектуре у нас, как выяснилось, тоже есть. 

См. также:
10.10.2022 «Аквариус» тоже займется разработкой процессоров на архитектуре RISC-V
07.10.2022 Первый в мире ноутбук на RISC-V: разбираем особенности китайского лэптопа Roma и перспективы устройств из КНР
02.05.2022 Индия начнет разработку и производство чипов на RISC-V к 2023 году


Возврат к списку новостей