Lựa chọn mở thay thế Intel và ARM: RISC-V là gì?

Mã nguồn mở đang dần trở thành một phần quan trọng của thế giới IT khi mà nó góp mặt trong khoảng 96% phần mềm thương mại. Tương tự với phần cứng, vi xử lý mã nguồn mở RISC-V đang dần được quan tâm và hứa hẹn sẽ mang tới thay đổi lớn về bối cảnh của ngành điện toán.

Một lựa chọn mở giúp thay thế Intel và ARM: RISC-V là gì?

Một giải pháp thay thế cho thiết kế của Intel và ARM

Thiết kế vi xử lý hiện đại đang được chia làm hai thái cực, một bên là ARM và phía còn lại là kiến trúc x86 của Intel. Dù rằng hai công ty này đều có quy mô hoạt động khổng lồ, nhưng lại chọn theo hai mô hình kinh doanh khác nhau.

Intel thì thiết kế và tự sản xuất chip của mình, còn ARM thì cấp quyền sử dụng thiết kế của mình cho các bên thứ ba khác, như Qualcommn và Samsung; các bên thứ ba này sau đó sẽ tự thêm những cải tiến của riêng mình. Trong khi Samsung có cơ sở hạ tầng để sản xuất vi xử lý nhà làm thì Qualcomm (và các nhà thiết kế "không sản xuất khác") lại trọng trách này cho các bên thứ ba khác.

Với trường hợp của ARM, hình thức kinh doanh này đòi hỏi bên mua phải kí kết thỏa thuận không tiết lộ nhằm giữ bí mật các khía cạnh về thiết kế của con chip. Đây không phải là điều gì kì lạ bởi mô hình kinh doanh của họ không phân phối vi xử lý mà là tài sản trí tuệ làm nên chúng.

Trong khi đó, Intel lại bảo vệ kĩ lưỡng những bí mật về thiết kế chip thương mại của mình. Vì cả hai hình thức kinh doanh chip trên đều vì mục đích thương mại nên các bên học thuật hay hacker khó có thể tác động tới thiết kế của chúng.

RISC-V khác biệt ra sao?

RISC-V hoàn toàn khác biệt so với hai mô hình trên. Thứ nhất, nó không phải là một công ty. Nó mới chỉ được nhìn nhận gần đây bởi giới học thuật tại trường Đại học California chi nhánh Berkeley vào năm 2010 với vai trò là một giải pháp mã nguồn mở, miễn phí bản quyền giúp thay thế cho những sản phẩm đang có khi ấy.

Sử dụng RISC-V giống với việc cài Linux thay cho Windows, bởi vậy bạn sẽ không cần phải mua, hay đồng ý với bất kì thỏa thuận cấp phép khó ưa nào. RISC-V được tạo ra nhằm mục đích tương tự đối với nghiên cứu và thiết kế bán dẫn.

Bên cạnh bản thiết kế, ARM còn cấp phép sử dụng kiến trúc tập lệnh (Instruction Set Architecture - ISA) – những mệnh lệnh mà vi xử lý có thể hiểu mà không cần phiên dịch – và vi kiến trúc (microarchitecture) – cách mà những câu lệnh trên được thực thi.

Ngược lại, RISC-V thì hiếm khi cung cấp ISA, nó cho phép bên nghiên cứu và nhà sản xuất tự định nghĩa cách mà họ thực sự muốn sử dụng nó. Đặc điểm này giúp thiết kế này có thể mở rộng để phù hợp trên nhiều thiết bị phục vụ các mục đích khác nhau, từ con chip 16 bit, tiêu thụ ít năng lượng cho các hệ thống nhúng, tới các vi xử lý 128 bit thiết kế riêng cho siêu máy tính.

Và ngay từ cái tên ta có thể biết được rằng RISC-V sử dụng những quy tắc của máy tính với tệp lệnh đơn giản hóa (Reduced Instruction Set Computer), giống với những con chip dựa trên thiết kế ARM, MIPS, SPARC và Power.

Vậy thì điều này có nghĩa gì? Ở trung tâm của bất kì vi xử lý máy tính nào cũng đều có thứ được gọi là tập lệnh. Nói một cách đơn giản thì đây là những chương trình nhỏ, có sẵn trong phần cứng, giúp chỉ cho vi xử lý cần phải làm gì.

Các con chip dựa trên RISC thường có số lệnh ít hơn các loại chip sử dụng thiết kế máy tính với tập lệnh phức tạp (Complex Instruction Set Computer - CISC), giống với sản phẩm của Intel. Ngoài ra, bản thân các lệnh cũng dễ dàng thực thi hơn đối với phần cứng.

Tập lệnh đơn giản hơn có nghĩa là bên sản xuất chip có thể tiếp tục tối ưu hóa thiết kế của mình. Song để đánh đổi cho ưu điểm này, những tác vụ tương đối phức tạp sẽ không được thực hiện bởi vi xử lý. Thay vào đó, chúng sẽ được chia nhỏ thành nhiều lệnh nhỏ hơn và đơn giản hơn bằng phần mềm.

Do đó, RISC còn được người ta gọi vui là "đẩy mấy cái quan trọng cho chương trình dịch" (Relegate the Important Stuff to the Compiler). Nghe thì có vẻ như đây là một điểm yếu, nhưng thực ra thì không hề. Để hiểu được điều này, trước tiên, bạn phải hiểu được bản chất của một vi xử lý máy tính.

Cái vi xử lý có trong điện thoại hay máy tính của bạn chứa hàng tỷ những thành phần siêu nhỏ tên là transistor. Đối với những con chip CISC, số transistor này đại diện cho kích thước của tập lệnh.

Song chip RISC có số lệnh ít hơn, đơn giản hơn, do đó, bạn không cần quá nhiều transistor. Tức là bạn sẽ có thêm không gian để cho hàng tá thứ thú vị khác. Ví dụ, bạn có thể tăng thêm bộ nhớ cache và register, hay bổ xung thêm tính năng cho AI và sức mạnh xử lý đồ họa.

Bạn cũng có thể làm cho con chip nhỏ hơn bằng việc sử dụng ít transistor đi. Đây chính là lí do tại sao các con chip RISC của MIPS và ARM thường được sử dụng trong các thiết bị IoT.

Cuộc đua về tốc độ vi xử lý

Một lựa chọn mở giúp thay thế Intel và ARM: RISC-V là gì?

Tất nhiên là vấn đề bản quyền không phải là lý do duy nhất cho sự tồn tại của RISC-V. David Patterson, người đứng đầu dự án nghiên cứu về thiết kế của vi sử lý RISC, cho biết rằng RISC-V được thiết kế nhằm giải quyết những giới hạn sắp xảy ra về hiệu năng CPU tạo ra bởi những khó khăn trong việc sản xuất.

Số transistor bạn có thể tích hợp trên một con chip càng nhiều thì khả năng của nó càng lớn. Do đó, các nhà sản xuất như TSMC hay Samsung (cả hai đều sản xuất vi xử lý với vai trò là các bên thứ ba) đang tìm cách để không ngừng thu nhỏ kích thước của các transistor.

Mẫu vi xử lý thương mại đầu tiên – Intel 4004 – chỉ có 2.250 transistor có kích thước 10.000 nm (khoảng 0.01 mm). Kích thước này có thể nói là nhỏ, nhưng vẫn là một trời một vực với con chip A14 Bionic mà Apple ra mắt 40 năm sau đó. Con chip của Apple (hiện đang có mặt trên chiếc iPad Air mới nhất) sở hữu tới 11,8 tỷ transistor với kích thước chỉ 5nm.

Vào năm 1965, Gordon E. Moore, đồng sáng lập của Intel, lập luận rằng số transistor có thể đặt trong một con chip có thể gấp đôi sau mỗi hai năm.

Định luật Moore được dự đoán là sẽ không còn áp dụng được cho thập niên này. Ngoài ra cũng có nhiều nghi ngờ về việc: liệu các nhà sản xuất có tiếp tục bám theo xu hướng thu nhỏ kích thước trong dài hạn hay không. Điều này đều đúng ở cả mức độ học thuật lẫn mức độ kinh tế.

Mà cụ thể là khi transistor nhỏ hơn sẽ đồng nghĩa với tính phức tạp và chi phí sản xuất tăng cao. TSMC là một ví dụ, công ty này đã chi hơn 17 tỷ USD vào nhà máy của mình để sản xuất chip 5nm của mình. Với cái rào cản ngày càng gần này, RISV-V nhắm tới việc giải quyết với đề về hiệu năng thông qua hướng đi khác thay cho lối mòn thu nhỏ kích thước và tăng số lượng transistor trước đây.

Những công ty hiện đang sử dụng RISC-V

Dự án RISC-V bắt đầu vào năm 2010, một năm sau, con chip đầu tiên sử dụng ISA đã được sản xuất. Ba năm sau, dự án chuyển sang trạng thái hoạt động công khai; ngay sau đó, sức hút thương mại đã đổ dồn về đây. Công nghệ này đang được sử dụng bởi những công ty như Nvidia, Alibaba, Western Digital.

Điều đáng tiếc là không có gì quá đột phá ở RISC-V. Chính nhóm nghiên cứu đã viết trên trang web của mình rằng: "ISA của RISC-V dựa trên ý tưởng về kiến trúc máy tính đã có từ 40 năm trước".

Song điểm đột phát thực sự ở đây chính là mô hình kinh doanh, mà nói đúng hơn là nhờ việc không có bất kì mô hình nào ở đây cả. Đây chính là điểm giúp mang kiến trúc này tới những thử nghiệm, những cải thiện và tiềm năng tăng trưởng không giới hạn. Giống với những gì RISC-V Foundation đã viết trên trang web của mình:

          "Điểm thu hút ở đây chính là vì nó là một tiêu chuẩn mở và miễn phí, dễ dàng cho phép người dùng dịch chuyển phần mềm và tự phát triển phần cứng phục vụ phần mềm".

Nhiều con chip RISC-V đang phải hoạt động không ngừng nghỉ, góp sức trong các chuỗi máy chủ lớn, và trong các thiết bị IoT. Song ta sẽ vẫn cần phải chờ thêm để xem liệu những tiềm năng của loại kiến trúc này có đủ khả năng để làm lung lay thế độc quyền của ARM hay Intel trong sản phẩm tiêu dùng hay không.

Và nếu một ngày, những ông lớn kể trên ngừng vươn lên, thì đó chính là ngày con ngựa ô mang tên RISC-V vượt mặt và làm thay đổi mọi thứ.

Trung ND theo How To Geek

 

Đánh giá gần đây
Đọc nhiều nhất Phản hồi nhiều nhất

1 [The Verge] Đánh giá iPhone 12 Pro: Chiếc smartphone “đi trước thời đại”… quá xa!

2 Tin bão số 9 mới nhất: Gió giật cấp 17, miền Trung sắp mưa rất to trên diện rộng

3 Vụ lở đất ở Quảng Nam: Tìm thấy 16 thi thể, còn 37 người mất tích, dồn lực tìm kiếm cứu nạn

4 Xóa ngay 21 ứng dụng Android cả triệu lượt cài đặt này trước khi chúng ăn cắp thông tin của bạn

5 “Thánh từ thiện” hay là một sự “bắt nạt” giới showbiz?

Tin Liên quan
Các tin khác
a
Xem thêm
Góc nhìn VNREVIEW