오픈 소스 컴퓨터를 구축하고 싶다면 할 수 있습니다. 소프트웨어에 대해 이야기하는 경우입니다. 그러나 후드 아래에 있는 프로세서는 독점적입니다. RISC-V 빠르게 주목을 받고 있는 오픈 소스 프로세서 설계이며 컴퓨팅 환경을 바꿀 것을 약속합니다.
목차
Intel 및 ARM 설계에 대한 대안
현재 ARM과 Intel의 x86에서 만든 두 가지 프로세서 디자인이 가장 많이 사용됩니다. 두 회사는 엄청난 규모로 운영되지만 비즈니스 모델은 근본적으로 다릅니다.
Intel은 자체 칩을 설계 및 제조하는 반면 ARM은 Qualcomm 및 Samsung과 같은 타사 설계자에게 설계 라이선스를 부여한 다음 자체 개선 사항을 추가합니다. 삼성은 자체적으로 프로세서를 제조할 수 있는 인프라를 보유하고 있지만 Qualcomm(및 기타 “팹리스” 설계자)은 이 중요한 작업을 제3자에게 아웃소싱합니다.
ARM의 경우 이를 위해 라이선스 제공자가 칩 설계 측면을 비공개로 유지하도록 설계된 비공개 계약에 서명해야 하는 경우가 많습니다. 전체 비즈니스 모델이 제조가 아니라 지적 재산을 중심으로 형성된다는 점을 고려하면 이는 놀라운 일이 아닙니다.
한편, 인텔은 자물쇠와 열쇠 아래에 자체 상업 설계 비밀을 가지고 있습니다. 두 프로세서 유형 모두 상업용이므로 학계와 오픈 소스 해커가 설계에 영향을 미치는 것은 어렵습니다(완전히 불가능하지는 않더라도).
RISC-V의 차이점
RISC-V는 완전히 다릅니다. 첫째, 회사가 아닙니다. 2010년에 학계에 의해 처음 고안되었습니다. 버클리 캘리포니아 대학교 기존의 기존 업체에 대한 로열티 없는 오픈 소스 대안입니다.
Windows 대신 Linux를 설치하는 것과 유사하므로 아무것도 구입하거나 번거로운 라이선스 계약에 동의할 필요가 없습니다. RISV-V는 반도체 연구 및 설계에서도 동일한 작업을 수행하는 것을 목표로 합니다.
ARM은 또한 프로세서가 기본적으로 이해할 수 있는 명령을 의미하는 ISA(Instruction Set Architecture)와 구현 방법을 보여주는 마이크로아키텍처 모두에 라이선스를 부여합니다.
RISC-V는 ISA를 제공하여 연구자와 제조업체가 실제로 사용하려는 방식을 정의할 수 있도록 합니다. 따라서 임베디드 시스템용 저전력 16비트 칩에서 슈퍼컴퓨터용 128비트 프로세서에 이르기까지 모든 종류의 장치에 맞게 확장할 수 있습니다.
이름에서 알 수 있듯이 RISC-V는 ARM, MIPS, SPARC 및 Power 설계 기반 칩과 동일한 RISC(Reduced Instruction Set Computer) 원칙을 사용합니다.
이것은 무엇을 의미 하는가? 모든 컴퓨터 프로세서의 핵심에는 명령이라는 것이 있습니다. 가장 기본적인 용어로 프로세서에 수행할 작업을 알려주는 하드웨어로 표현되는 작은 프로그램입니다.
RISC 기반 칩은 일반적으로 Intel에서 제공하는 것과 같은 CISC(복잡한 명령 집합 컴퓨터) 설계를 사용하는 칩보다 명령이 적습니다. 게다가 명령어 자체는 하드웨어에서 구현하기가 훨씬 더 간단합니다.
더 간단한 지침은 칩 제조업체가 칩 설계를 훨씬 더 효율적으로 수행할 수 있음을 의미합니다. 트레이드 오프는 이러한 비교적 복잡한 작업이 프로세서에 의해 수행되지 않는다는 것입니다. 대신 소프트웨어에 의해 여러 개의 작은 명령으로 나뉩니다.
결과적으로 RISC는 Relegate Important Stuff to the Compiler라는 별명을 얻었습니다. 그것이 나쁜 것처럼 들리지만 그렇지 않습니다. 그러나 그것을 이해하려면 먼저 컴퓨터 프로세서가 실제로 무엇인지 이해해야 합니다.
전화기나 컴퓨터의 프로세서는 트랜지스터라고 하는 수십억 개의 작은 구성 요소로 구성됩니다. CISC 기반 칩의 경우 이러한 트랜지스터 중 다수는 사용 가능한 다양한 명령을 나타냅니다.
RISC 칩은 명령어가 적고 간단하기 때문에 많은 트랜지스터가 필요하지 않습니다. 이는 더 많은 흥미로운 일을 할 수 있는 여지가 있음을 의미합니다. 예를 들어 더 많은 캐시 및 메모리 레지스터를 포함하거나 AI 및 그래픽 처리를 위한 추가 기능을 포함할 수 있습니다.
더 적은 수의 전체 트랜지스터를 사용하여 칩을 물리적으로 더 작게 만들 수도 있습니다. 이것이 MIPS 및 ARM의 RISC 기반 칩이 IoT(사물 인터넷) 장치에서 자주 발견되는 이유입니다.
니드포 스피드
물론 라이선스가 RISC-V의 유일한 근거는 아닙니다. RISC 프로세서 설계의 첫 번째 연구 프로젝트를 주도한 David Patterson은 RISC-V가 CPU 성능에 대한 임박한 제한을 해결하도록 설계됨 제조 개선을 통해 얻을 수 있습니다.
칩에 넣을 수 있는 트랜지스터가 많을수록 궁극적으로 프로세서의 성능이 향상됩니다. 그 결과 TSMC와 삼성과 같은 칩 제조업체(둘 다 제3자를 대신하여 프로세서를 제조함)는 트랜지스터 크기를 더욱 줄이기 위해 열심히 노력하고 있습니다.
최초의 상업용 마이크로프로세서인 Intel 4004에는 각각 10,000나노미터(약 0.01mm)를 측정하는 2,250개의 트랜지스터가 있었습니다. 작지만 확실히 40년 후에 출시된 Apple의 A14 Bionic 프로세서와 대조됩니다. 새로운 iPad Air를 구동하는 이 칩에는 118억 개의 트랜지스터가 있으며 각 트랜지스터는 5나노미터 크기입니다.
1965년 Intel의 공동 창립자인 Gordon E. Moore는 칩에 넣을 수 있는 트랜지스터의 수가 2년마다 두 배로 늘어날 것이라고 이론화했습니다.
무어는 전자 잡지 35주년 호에서 “최소 부품 비용에 대한 복잡성이 연간 약 2배의 비율로 증가하고 있다”고 썼다. “물론 단기적으로 이 비율은 증가하지 않더라도 계속될 것으로 예상할 수 있습니다. 장기적으로 보면 증가율이 조금 더 불확실하지만 적어도 10년 동안 거의 일정하지 않을 것이라고 믿을 이유는 없습니다.”
무어의 법칙은 금년에 더 이상 적용되지 않을 것으로 예상됩니다. 칩 제조업체가 이러한 소형화 추세를 장기적으로 계속할 수 있을지에 대해서도 상당한 의심이 있습니다. 이것은 기초 과학 수준과 경제 수준 모두에 적용됩니다.
더 작은 트랜지스터는 결국 훨씬 더 복잡하고 제조 비용이 많이 듭니다. 예를 들어 TSMC는 5nm 칩을 만들기 위해 공장에 170억 달러 이상을 지출했습니다. 이러한 벽돌 벽을 감안할 때 Risk-V는 트랜지스터의 크기와 수를 줄이는 것 외에 다른 방법을 모색하여 성능 문제를 해결하는 것을 목표로 합니다.
기업은 이미 RISC-V를 사용하고 있습니다.
RISC-V 프로젝트는 2010년에 시작되어 2011년에 ISA를 사용한 첫 번째 칩이 제조되었습니다. 3년 후 프로젝트가 공개되었고 곧 상업적 관심이 따랐습니다. 이 기술은 이미 NVIDIA, Alibaba 및 Western Digital과 같은 회사에서 사용하고 있습니다.
아이러니하게도 RISC-V에는 본질적으로 획기적인 것이 없습니다. 기초 웹페이지에 있는 메모: “RISC-V ISA는 최소 40년 전으로 거슬러 올라가는 컴퓨터 아키텍처 아이디어를 기반으로 합니다.”
그러나 틀림없이 획기적인 것은 비즈니스 모델 또는 비즈니스 모델이 없다는 것입니다. 이것이 프로젝트를 실험, 개발 및 잠재적으로 무제한 성장에 노출시키는 것입니다. RISC-V 재단으로서 또한 웹 사이트의 메모:
“관심은 소프트웨어를 이식할 수 있고 누구나 소프트웨어를 실행하기 위해 자신의 하드웨어를 자유롭게 개발할 수 있는 공통의 무료 공개 표준이기 때문입니다.”
이 글을 쓰는 시점에서 RISC-V 칩은 주로 서버 팜과 마이크로컨트롤러의 배후에서 수고합니다. 소비자 영역에서 ARM/Intel ISA 듀오폴리를 뒤흔들 가능성이 있는지는 두고 봐야 합니다.
그러나 기존 기업이 정체되면 다크 호스가 빠르게 뛰어들어 모든 것을 바꿀 가능성이 있습니다.