Si vous voulez créer un ordinateur open-source, vous pouvez – si vous parlez de logiciel. Le processeur sous le capot, cependant, est propriétaire. RISC-V est une conception de processeur open source qui gagne rapidement du terrain et promet de changer le paysage informatique.
Une alternative aux conceptions Intel et ARM
Actuellement, deux conceptions de processeurs règnent en maître: ceux créés par ARM et le x86 d’Intel. Alors que les deux entreprises opèrent à une échelle énorme, leurs modèles commerciaux sont fondamentalement différents.
Intel conçoit et fabrique ses propres puces, tandis que ARM concède sous licence ses conceptions à des concepteurs tiers, tels que Qualcomm et Samsung, qui ajoutent ensuite leurs propres améliorations. Alors que Samsung dispose de l’infrastructure nécessaire pour fabriquer ses processeurs en interne, Qualcomm (et d’autres concepteurs «sans usine») sous-traite ce travail important à des tiers.
Dans le cas d’ARM, cela oblige également souvent les concédants de licence à signer des accords de non-divulgation conçus pour préserver la confidentialité des aspects de la conception d’une puce. Ce n’est pas surprenant, étant donné que l’ensemble de son modèle commercial n’est pas façonné autour de la fabrication, mais plutôt de la propriété intellectuelle.
Pendant ce temps, Intel a ses propres secrets de conception commerciale sous clé. Étant donné que les deux types de processeurs sont commerciaux, il est difficile (voire totalement impossible) pour les universitaires et les pirates open source d’influencer la conception.
En quoi RISC-V est différent
RISC-V est très différent. Premièrement, ce n’est pas une entreprise. Il a été conçu pour la première fois en 2010 par des universitaires de la Université de Californie à Berkeley en tant qu’alternative open source et sans redevance aux opérateurs historiques existants.
C’est similaire à l’installation de Linux au lieu de Windows afin que vous n’ayez rien à acheter ou à accepter des accords de licence onéreux. RISV-V vise à faire de même pour la recherche et la conception de semi-conducteurs.
ARM octroie également des licences à l’architecture du jeu d’instructions (ISA), qui fait référence aux commandes qui peuvent être comprises nativement par un processeur, et à la microarchitecture, qui montre comment elle peut être mise en œuvre.
RISC-V propose simplement l’ISA, permettant aux chercheurs et aux fabricants de définir comment ils veulent réellement l’utiliser. Cela le rend évolutif pour les périphériques de toutes les bandes, des puces 16 bits de faible puissance pour les systèmes embarqués aux processeurs 128 bits pour les supercalculateurs.
Comme son nom l’indique, RISC-V utilise les principes de l’ordinateur à jeu d’instructions réduit (RISC), les mêmes que les puces basées sur les conceptions ARM, MIPS, SPARC et Power.
Qu’est-ce que ça veut dire? Eh bien, au cœur de tout processeur d’ordinateur, il y a des choses appelées instructions. Dans les termes les plus élémentaires, ce sont de petits programmes représentés dans le matériel qui indiquent au processeur quoi faire.
Les puces à base de RISC ont généralement moins d’instructions que les puces utilisant une conception d’ordinateur à jeu d’instructions complexe (CISC), comme celles proposées par Intel. De plus, les instructions elles-mêmes sont beaucoup plus simples à implémenter dans le matériel.
Des instructions plus simples signifient que les fabricants de puces peuvent être beaucoup plus efficaces avec leurs conceptions de puces. Le compromis est que ces tâches relativement complexes ne sont pas effectuées par le processeur. Au lieu de cela, ils sont décomposés en plusieurs instructions plus petites par logiciel.
En conséquence, RISC a gagné le surnom de Reléguer les éléments importants au compilateur. Bien que cela semble être une mauvaise chose, ce n’est pas le cas. Pour le comprendre, cependant, vous devez d’abord comprendre ce qu’est réellement un processeur d’ordinateur.
Le processeur de votre téléphone ou ordinateur se compose de milliards de petits composants appelés transistors. Dans le cas des puces basées sur CISC, nombre de ces transistors représentent les différentes instructions disponibles.
Étant donné que les puces RISC ont moins d’instructions plus simples, vous n’avez pas besoin de beaucoup de transistors. Cela signifie que vous avez plus d’espace pour faire beaucoup de choses intéressantes. Par exemple, vous pouvez inclure plus de registres de cache et de mémoire, ou des fonctionnalités supplémentaires pour le traitement de l’IA et des graphiques.
Vous pouvez également rendre la puce physiquement plus petite en utilisant moins de transistors globaux. C’est pourquoi les puces basées sur RISC de MIPS et ARM se trouvent fréquemment dans les appareils Internet des objets (IoT).
Le besoin de vitesse
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Bien entendu, l’octroi de licences n’est pas la seule justification de RISC-V. David Patterson, qui a dirigé les premiers projets de recherche sur la conception de processeurs RISC, a déclaré que RISC-V était conçu pour répondre aux limites imminentes des performances du processeur qui peuvent être tirés des améliorations de fabrication.
Plus vous pouvez installer de transistors sur une puce, plus le processeur devient performant. En conséquence, les fabricants de puces comme TSMC et Samsung (qui fabriquent tous deux des processeurs pour le compte de tiers) s’efforcent de réduire encore plus la taille des transistors.
Le premier microprocesseur commercial, l’Intel 4004, ne comptait que 2 250 transistors, chacun mesurant 10 000 nanomètres (environ 0,01 mm). Petit, certes, mais contraste avec le processeur A14 Bionic d’Apple, sorti 40 ans plus tard. Cette puce (qui alimente le nouvel iPad Air) possède 11,8 milliards de transistors, chacun mesurant 5 nanomètres de diamètre.
En 1965, Gordon E. Moore, le cofondateur d’Intel, a émis l’hypothèse que le nombre de transistors pouvant être placés sur une puce doublerait tous les deux ans.
«La complexité des coûts minimaux des composants a augmenté à un rythme d’environ un facteur de deux par an», a écrit Moore dans le numéro du 35e anniversaire du magazine. «Certes, à court terme, on peut s’attendre à ce que ce taux se poursuive, sinon augmente. À plus long terme, le taux d’augmentation est un peu plus incertain, bien qu’il n’y ait aucune raison de croire qu’il ne restera pas à peu près constant pendant au moins 10 ans. »
La loi de Moore devrait cesser de s’appliquer cette décennie. Il y a également un doute considérable sur la capacité des fabricants de puces à poursuivre cette tendance à la miniaturisation à long terme. Cela s’applique à la fois au niveau scientifique de base et au niveau économique.
Les transistors plus petits sont, après tout, beaucoup plus compliqués et coûteux à fabriquer. TSMC, par exemple, a dépensé plus de 17 milliards de dollars pour son usine de création de puces 5 nm. Compte tenu de ce mur de briques, Risk-V vise à résoudre le problème des performances en recherchant des moyens autres que la réduction de la taille et du nombre de transistors.
Les entreprises utilisent déjà RISC-V
Le projet RISC-V a débuté en 2010 et la première puce utilisant l’ISA a été fabriquée en 2011. Trois ans plus tard, le projet est devenu public et l’intérêt commercial a rapidement suivi. La technologie est déjà utilisée par des entreprises comme NVIDIA, Alibaba et Western Digital.
L’ironie est qu’il n’y a rien de fondamentalement révolutionnaire à propos de RISC-V. La Fondation notes sur sa page Web: «Le RISC-V ISA est basé sur des idées d’architecture informatique qui remontent à au moins 40 ans.»
Ce qui est sans doute révolutionnaire, cependant, c’est le modèle commercial – ou son absence. C’est cela qui expose le projet à l’expérimentation, au développement et, potentiellement, à une croissance sans entraves. En tant que Fondation RISC-V note également sur son site Internet:
«L’intérêt est qu’il s’agit d’une norme commune libre et ouverte sur laquelle les logiciels peuvent être portés, et qui permet à quiconque de développer librement son propre matériel pour exécuter le logiciel.»
Au moment d’écrire ces lignes, les puces RISC-V peinent en grande partie dans les coulisses des fermes de serveurs et en tant que microcontrôleurs. Il reste à voir s’il existe un potentiel pour secouer le duopole ARM / Intel ISA dans l’espace grand public.
Cependant, si les titulaires stagnent, il est possible qu’un cheval noir puisse galoper et tout changer.
