همه چیز در خصوص پردازنده RISC_V، پردازنده ای با معماری متن باز

همه چیز در خصوص پردازنده RISC_V، پردازنده ای با معماری متن باز

یک شرکت کوچک در کالیفرنیای آمریکا با نام Micro Magic فعالیت خود را در زمینه طراحی دستگاه های الکترونیکی انجام می دهد. این شرکت موفق شده است که یک پردازنده RISC_V را طراحی کرده که با بررسی های صورت گرفته مشخص شده نسبت به رقبای خود می تواند بهره‌وری انرژی بالاتری نشان دهد. علاوه بر این با توجه به نوع معماری پردازنده RISC_V مشخص شده است که عملکرد خام بی نظیری نیز می تواند به اجرا بگذارد. شرکت میکرو مجیک به تازگی ادعا کرده که با ساخت این پردازنده توانسته است سریع ترین محصول موجود در بازار را برای کاربران ارائه دهد.

طبق اعلام این کمپانی، پردازنده RISC_V به خوبی قادر است با فرکانس ۵۰۰۰ گیگاهرتزی، روی به تولید 13 هزار CoreMark و همچنین با فرکانس ۴.۲۵ گیگاهرتزی، روی به تولید کردن 11000 CoreMark بیاورد. جالب است بدانید که در حالت دوم انرژی مصرف شده توسط این پردازنده تنها ۲۰۰ میلی وات خواهد بود. در ادامه معرفی پردازنده RISC_V بیان شده است که این محصول قادر است در فرکانس ۳ گیگاهرتزی بیش از ۸۰۰۰ CoreMark را تولید نماید. میزان مصرف انرژی در این شرایط توسط پردازنده RISC_V تنها ۶۹ میلی وات اعلام شده است.

پردازنده RISC_V چیست؟

در حالت کلی RISC_V به مجموعه دستورات اپن سورس یا متن بازی گفته می شود که هدف از طراحی و ارائه این فناوری پیروی از اصول ریسک است. برخلاف بخش زیادی از طرح های ISA که در بازار وجود دارند، برای استفاده از RISC_V نیاز به پرداخت هیچ هزینه اضافی وجود ندارد. معماری RISC_V در ابتدا یک پروژه در دانشگاه کالیفرنیا محسوب می شد. تیم تحقیقاتی کرسته آسانوویچ بوده و کاربرانی از سراسر جهان فعالیت خود را بر روی آن انجام دادند. یک سی پی یو یا پردازنده مبتنی بر ریسک می توانند حجم زیادی از دستورالعمل‌های ساده شده را در اختیار داشته باشد.

برای تکمیل این پردازنده تنها یک تکه چرخه ساعت زمان می برد. آنها قادر هستند با عملکرد سریعتر، پیچیدگی را از طریق استفاده از معماری بار فروشگاه با هم مورد مبادله قرار دهند. با توجه به نوع طراحی این پردازنده‌ها می‌توان بیان کرد که دستورالعمل های موجود تنها به رجیسترها آدرس خواهند داد. به همین علت دسترسی به این دستورالعمل ها بسیار سریعتر از حافظه اصلی اتفاق خواهد افتاد.

معماری پردازنده RISC_V با پشتیبانی از یک ساختار لوله کشی بسیار کارآمد به کاربر این اجازه را می دهد که بتواند به صورت موازی چندین دستورالعمل را اجرا نماید. از آنجایی که طراحی و ساخت پردازنده RISC_V بر اساس استاندارد متن باز صورت گرفته است، هر کسی قادر بوده که مجموعه‌ای از دستورالعمل ها را به منظور طراحی محصولات خود مورد استفاده قرار دهد. شرایطی که موجب می شود در فضای سخت افزار منبع باز یک انقلاب بی نظیر صورت پذیرد.

بررسی معماری RISC_V

با بررسی نوع معماری RISC_V می توان متوجه شد که یک تکنولوژی نسبتا جدیدی برای ساخت آن به کار رفته است. شرکت هایی که در زمینه طراحی و ساخت پردازنده های مدرن فعالیت می کنند، با توجه به اینکه به طور فزاینده‌ ای از عملکردهای مختلف بهره مند هستند، گاهی اوقات می توانند از معماری های قدیمی نیز کمک گرفته و روی به تولید محصولاتی مدرن بیاورند. مجیک میکرو به عنوان یک طراح اعلام کرده است که به تازگی توانسته است سریع ترین پردازنده ۶۴ بیتی را طراحی نماید.

این کمپانی در ساخت این پردازنده از معماری متن باز کمک گرفته است. با توجه به بررسی تخصصی تر پردازنده RISC_V، منتقدین صنعت اعلام کرده‌اند که این محصول می‌تواند با راندمان شکنی و عملکردی بی‌نظیر در دسترس کاربران قرار گیرد. میکرو مجیک ادعا می کند که قادر است بارگیری بیش از ۱۱ میلیون ترانزیستور را مشاهده و اصلاح نماید. پژوهشگران این مجموعه تولیدی توانسته اند یک پروژه بسیار جذاب را برای کاربران کلید بزنند. آنها ابتدا قصد داشتند که یک پردازنده بر اساس معماری دستورالعملی ISA طراحی نمایند. در عین کارآمد بودن و سادگی تراش آن، با توجه به اینکه این پردازنده را بر اساس معماری اپن سورس Open Source یا منبع باز طراحی کرده اند، بیان نمودند که نیاز به پرداخت هزینه های اضافی وجود ندارد. ثمره این پژوهش ها ارائه یک پرونده با نام RISC_V بوده که مبتنی بر Opera Source طراحی کرده است.

مزایای پردازنده RISC_V

با توجه به نوع طراحی پردازنده RISC_V می‌توان بیان کرد که این سطح از قابلیت، سادگی و پیش‌ بینی می تواند برای توسعه نرم‌افزار و طراحی پردازند مزایایی بی‌نظیری در پی داشته باشد. حال به سراغ بررسی مزایای پردازنده RISC_V خواهیم رفت.

طول عمر بی نظیر

یکی از مهمترین مزایای پردازنده متن‌ باز RISC_V، طول عمر آن به شمار می رود. با توجه به اینکه ISA معمولا کمتر از ۵۰ دستورالعمل را داشته و ثابت و معین است، RISC_V ISA بدون توجه به نتایج گذشته یک پلتفرم، طراحی پایدار و تکرار دوباره کار با یک تفکیک شفاف و همچنین ایمن، بین حالت های خاص و کاربر عرضه می کند. چنانچه تمام بردهای استاندارد بتوانند به صورت چندگانه مورد اجرا قرار گیرند، عدد کلی همچنان از ۲۰۰ کمتر است.

با توجه به معرفی ورژن های جدید isa از طریق آن ها می توان مجموعه دستورالعمل های استاندارد را تولید کرد. در این بین برای طراحی های آینده ثبات بیشتر، آسان تر می شود. تعداد کم دستورالعمل‌های موجود در این پردازنده نشان می‌دهد که می توان معماری های بسیار ساده تری را نیز تولید کرد. شرایطی که با بازدهی انرژی بهتر و مقرون به صرفه بودن در اجرای پردازشگر به چشم خواهد آمد. موضوعات بیان شده به خوبی نشان می دهند که برای محصولاتی که دارای طول عمر بالا هستند، موثر واقع خواهند شد.

قابلیت انتقال و جابجایی

طراحی RISC_V موجب می‌شود در حجم های زیاد و بالا بتوان طراحی ها را بسیار آسانتر انجام داد. به عنوان مثال یک طرح می تواند یک هسته نرم RISC_V را اجرا کرده و حمل و نقل را انجام دهد. با توجه به اینکه نرم‌ افزار موجود در میان هر دستگاهی که از هسته RISC_V بهره می برد، می تواند به صورت کامل حمل و انتقال یابد، طراحان را قادر خواهد کرد که از بهترین پلتفرم محصول بتوانند طرح خود را جدا کنند. با این حال تطبیق دادن طرح ها و اصلاح آن ها نیز امکان پذیر خواهد بود.

توسعه پذیری

با بهره گیری از برنامه های افزودنی می توان عملکردهای خاص را به isa اصلی اضافه نمود. شرایطی که به کاربر کمک می کند تا در صورت نیاز بتواند برای دستورالعمل های سفارشی خود اقدامات لازم را انجام دهد. نوع طراحی و ساخت پردازنده RISC_V به گونه ای بوده که دارای معماری بار حافظه و فروشگاه است. با بهره گیری از رجیسترها و اولویت داشتن بر پیچیدگی، حافظه این معماری در دسترس کاربران قرار خواهد گرفت.

هزینه های به مراتب کمتر

همانگونه که عنوان کردیم با بررسی نوع ساخت و معماری به کار رفته برای RISC_V می توان بیان کرد که چرخه توسعه با سرعت بسیار بالاتری ممکن می شود. به راحتی طراحان قادر هستند بدون پرداخت هزینه های صدور مجوز برای توسعه دادن این چرخه اقدام نمایند. با در نظر گرفتن تمام موارد موجود می‌توان بیان کرد که هزینه های به کار رفته برای پیشرفت این پردازنده نسبت به سایر مدل ها به مراتب کمتر است.

ویژگی های کلیدی پردازنده RISC_V

علاوه بر مزایایی که عنوان کردیم، پردازنده RISC_V دارای ویژگی‌ های کلیدی دیگری نیز خواهد بود.

مجموعه دستورالعمل های ساده

با توجه به اینکه در دستورالعمل‌ های به کار رفته هیچ گونه فهرست پیچیده‌ای وجود ندارد، می توان متصور شد که سرعت اجرای این پردازنده بسیار بالاتر می‌رود. علاوه بر این نوع طراحی به شکلی است که چند دستورالعمل را به آسانی می‌تواند اجرا نمود.

مدولار بودن RISC_V

فناوری RISC_V یک پایه استاندارد کوچک ISA را داشته و می تواند پسوندهای استاندارد مختلفی را در بر گیرد. شرایطی که به کاربر کمک می کند هنگام ساخت تراشه های RISC_V تنها قطعات مورد نیاز خود را انتخاب نماید.

یک پردازنده منبع باز

پردازنده RISC_V یک استاندارد منبع باز به شمار می‌رود. این استاندارد به این معناست که هر کس می‌خواهد، بدون نگرانی می تواند از این طرح ها استفاده نماید. علاوه بر این با توجه به Opera Source بودن این پردازنده، نگرانی‌ های موجود به منظور پرداخت هزینه های مجوز نیز از بین می رود. استاندارد به کار رفته برای ساخت این پردازنده به شکلی است که به تمام افراد این امکان را می‌دهد که تراشه های خود را تولید کنند. طراحی توسعه پذیر و لایه‌ ای پردازنده RISC_V امکان نوآوری را به راحتی فراهم خواهد کرد. هر طراح و کاربری می تواند برای پیاده سازی مجموعه دستورالعمل ها اقدام نماید. علاوه بر این پسوندهای سفارشی را نیز می تواند برای ساخت پردازنده های سفارشی به کار برد.

ویژگی های منفی پردازنده RISC_V

با وجود مزایای گسترده‌ ای که استفاده از این پردازنده دارد، منتقدین صنعت چند نکته منفی را نیز برای آن بیان کرده‌اند. بدون تردید ماهیت غیر متمرکز این پردازنده امکان بروز رسانی و انتشار وصله ها را دشوار می کند. علاوه بر این با توجه به نوع ساخت و ماهیت تولید این پردازنده، امکان تکه تکه شدن بازار را نیز می‌توان متصور شد. با توجه به اینکه هر کاربری قادر است برای طراحی تراشه ‌های RISC_V اقدام نماید، امنیت، کیفیت و قابلیت همکاری در آن ها زیر سوال می‌رود. شرایطی که می ‌تواند یک چالش پیشروی کاربران قرار دهد.

در این بین می توان نکات منفی دیگری را نیز برای پردازنده RISC_V متصور شد. هیچ تضمینی برای فرزندخواندگی و سرمایه گذاری بر روی فناوری RISC_V وجود ندارد. گاهی اوقات ممکن است سرمایه‌ گذاری بر روی این فناوری کاملا نتیجه معکوس نشان دهد. در حال حاضر با توجه به اینکه پشتیبانی سخت افزاری محدودی در زمینه پردازنده RISC_V مشاهده می شود، کاربران در این زمینه نیز با عملکردی چالش‌ برانگیز مواجه هستند.

کاربرد های فعلی RISC_V

پردازنده RISC_V برای برنامه های فعلی یک محصول ایده‌ آل است. موارد استفاده از این فناوری را که مشاهده می کنیم، متوجه می ‌شویم که امروزه می توانید چند برنامه کاربردی را مبتنی بر این فناوری مورد استفاده قرار دهید.

جالب است بدانید که علی بابا در اکتبر سال ۲۰۲۱ اعلام کرد که برای معماری خود، روی به استفاده از پردازنده های متن باز RISC_V آورده است. می توان بیان کرد که اینها اولین مجموعه ای بزرگ هستند که در این باره تصمیم گرفته‌ اند، روی به استفاده از پردازنده RISC_V بیاورند. به جای پردازنده های بسته و پرهزینه نسل گذشته، علی بابا تصمیم گرفته است که از یک پردازنده متن باز و رایگان با نوآوری مدرن استفاده کنند.

علاوه بر این شرکت نیمه هادی SiFive نیز توانسته است تراشه‌ هایی را مبتنی بر RISC_V پیاده سازی نماید. این شرکت توانسته با هدف بهبود دستگاه های خود از ۱۰۰ شرکت کمک گرفته و تراشه های RISC_V را مورد استفاده قرار دهد. جالب است بدانید که شرکت SiFive تلاش کرده است یک بیت کدنویسی RISC_V را ارائه داده تا کاربران بتوانند در خصوص فناوری اینترنت، اشیا و برنامه نویسی اطلاعات کافی را از طریق آموزش‌های بیان شده به دست آورند. این محصول نویدبخش این است که به زودی بازار دستگاه های مصرف کننده می توانند از معماری RISC_V بهره ببرد.

در کنار مواردی که عنوان کردیم، از معماری RISC_V می توان به منظور تامین انرژی ابر رایانه ها نیز استفاده نمود. در حال حاضر برخی از شرکت ها بارگذاری کارهای مرکزی داده را کاربرد بعدی RISC_V اعلام نموده اند.

جمع بندی

بالا رفتن سرعت پیشرفت تکنولوژی و فناوری های مختلف موجب شده است که امروزه تجهیزاتی مدرن با کارایی استاندارد را مشاهده نمایید. علاوه بر این نحوه تعامل کاربر با این تکنولوژی نیز با استانداردهای متن باز و بر اساس یک پایه محکم بنا شده است. تجهیزاتی که مورد استفاده قرار می دهیم، ممکن است از استانداردهای باز پیروی نمایند. این استانداردها به برنامه ها و دستگاه ها اجازه خواهند داد تا قابلیت‌ های همکاری و عملکرد به مراتب بیشتری داشته باشند. استاندارد متن‌ باز RISC_V نیز می‌ تواند بر نحوه طراحی دستگاه ها تاثیر فراوان بگذارد. هر کاربر این امکان را خواهد داشت که هر آنچه را که مایل است ایجاد نماید. بدون نیاز به مجوز می توان برای توسعه فناوری RISC_V اقدام نمود. آینده سخت افزاری که در تجهیزات خود مورد استفاده قرار می دهید، هم اکنون به صورت کاملا باز و در فضایی ایده آل مورد تصمیم‌گیری قرار خواهد گرفت.