RISC-V：開放硬件運動的下一場革命
2021-10-18 13:08:37 EETOP出于顯而易見的原因，軟件世界比硬件世界要超前一些：不存在構建真實事物的物理需求或成本，也不存在用于處理軟件創新的大量硬件投資。這也是為什么軟件可能是硬件未來的先知，以及為什么記住自由和開放源碼運動所發生的事情是至關重要的。
現在已經不需要證明了：開源軟件無處不在，并產生了大量的價值。云的存在是其直接產物：如果沒有Xen項目，AWS就不可能像我們所知的那樣存在，這對從大公司到小公司的許多不同的參與者來說都是如此。我們甚至應該談一談Linux內核及其引發的巨大貢獻？或者IBM以340億美元收購紅帽？
但是，讓我們回到一個還不明顯的時代。自由和開放源碼軟件并不新鮮。事實上，在20世紀50年代和60年代，它是默認的選擇。學術界和企業通常通過公共領域的軟件進行合作。公平地說，學術界過去通常是這樣處理科學數據的(共享和合作)，因此在軟件上也這樣做是合乎邏輯的。當時，軟件還不是一種商品。然而，在70年代出現了更多的限制，在80年代早期變得更糟。由于這種商品化，它成為了一個真正的、利潤豐厚的行業。
這時自由軟件才真正出現，最初是由小型在線共享社區組織起來的，然后在1983年通過自由軟件運動正式成立了GNU項目。這場革命開始了。然而，要取得成功，你需要的不僅僅是編譯器或用戶空間工具。1991年，Linux帶來了更多的東西。
這只是一個開始。在21世紀初，當微軟以Windows和IE瀏覽器主宰用戶/桌面空間時，開源可能已經脫軌了。相反，互聯網的巨大推動力推動了創新，創造了新的商業案例、標準、更好的協作工具和共享庫。甚至巨大的公司也依賴開源，并做出貢獻，這有助于社區的發展。所有這些和更多的東西使開源成為許多部署的默認選擇。
免費/開源硬件比開源軟件更晚出現，開始于90年代末。顯然，免費硬件意味著具有相同協作精神的免費/開放硬件設計。
與軟件類似，它開始時規模很小，一些公司從事電子產品、小電路板(例如。Arduino和Adafruit)或3D打印。這感覺很像GNU沒有內核的時候，不是嗎?
這正是 RISC-V 的切入點：提供一個非常強大且開放的 CPU 指令集架構，通過開放的組件(軟件和硬件)驅動整個堆棧。RISC-V最初來自學術界，更確切地說是來自加州大學伯克利分校，這一點也不奇怪。這是與開源軟件根的另一個相似之處。
讓我們現實一點：新的開放 ISA 并不是實現開放硬件革命所需的唯一條件。它是一個推動者和一個解決方案，但解決什么問題？成功或失敗取決于該領域的實際需求，就像開源軟件解決各種問題的方式一樣，例如 IT 自動化、超可擴展性、公共或私有云基礎設施等等。
那么 RISC-V 開源 ISA 在今天有意義嗎？會不會是下一場革命？為什么 RISC-V 不只是一個新的 ISA？
事實上，IT架構的未來已經發生了巨大的轉變。x86 是無可爭議的王者的時代已經結束。數據處理單元 (DPU) 體現了這一點。由于 x86 CPU 對數據量和專用數據量的現有限制，我們需要更多具有并行能力的 CPU。一個很好的例子就是你現在用的網卡，把越來越多的功能從你的主處理器上移除出去。同樣的事情已經發生在人工智能或通過GPU進行推理，甚至是通過專用加速器進行存儲和類似的DPU的另一個工作上。
例如英偉達。它對 Mellanox 的收購顯然與 DPU 相關，而 Nvidia 在數據中心的增長是其增長最快的部分。這也解釋了為什么 Arm 是 Nvidia 未來收購的關鍵選擇，因為目前大多數 DPU 都是基于 Arm SoC 的，例如 BlueField 2 DPU。
請注意，我們并不是在談論從數據中心完全移除 x86。它主要是從中卸載一些 x86 無法真正發揮作用的操作，例如并行工作負載。但從長遠來看，如果x86完全跟不上，這可能也會被列入去除選項。而數據中心只是大局的一部分。
RISC-V 的范圍遠不止于此：邊緣計算、嵌入式市場等等。這些是 RISC-V 可以在技術上成熟和提升的其他地方，同時在您的數據中心中變得越來越重要。
最后，RISC-V 的時間安排與數據中心可見的大轉變非常一致。你可能會爭辯說 Arm 更適合實現這一切，事實上它已經部分做到了。但與 RISC-V 不同，Arm 的 ISA 并不開放。您確實可以與 Arm 合作構建自己的解決方案，就像 AWS 使用 Graviton 2 所做的那樣。那么最大的區別是什么？
你總是可以建立自己的專有軟件，并比你的競爭對手更好，但世界已經改變。現在幾乎所有人都站在巨人的肩膀上。當你為一個新項目需要一個操作系統內核時，你可以直接使用Linux。不需要從頭開始重新創建一個內核，你也可以根據自己的目的修改它（或者編寫你的驅動程序）。你肯定會依賴一個經過廣泛測試的產品，因為你只是無數個做同樣事情的用戶中的一個。
這將正是依靠一個開源的CPU架構所能提供的。不需要從頭開始設計；你可以在現有工作的基礎上進行創新，并專注于對你真正重要的事情，也就是你所增加的價值。
說到底，這意味著降低了創新的障礙（沒有許可證，而是分享設計）。顯然，不是每個人都能從頭開始設計整個CPU，這就是重點：你可以只帶來你需要的東西，甚至只是享受社區提供的新功能，就像你做開源軟件一樣，從內核到語言。
過去幾年出現的另一個趨勢：人們在硬件和軟件之間的接口上工作的可能性更大。這對多種原因來說是至關重要的，比如安全和性能。你需要對硬件進行一些控制，以便能夠在這個接口上有效地工作。在x86世界中，這并非不可能，主要是因為你可以圍繞它建立一切，如采用專用卡來替換主CPU，運行你自己的優化軟件（如前所述，DPU，Nitro等）。
但對我來說，下一步是更大的，那就是在你的整個基礎設施中只有開源的硬件和軟件，從主CPU到所有協處理器，直到軟件。所有這些都意味著你可以使軟件適應你的硬件，反之亦然，以更快的速度提供與整個堆棧相關的解決方案，并具有更好的能源效率和更好的安全性。潛力只受限于你的想象力和你的執行能力，而不是許可證或黑盒設計。
很明顯，在這條革命的道路上有一些挑戰。至于自由軟件，它不會從每個人立即在開放中做事開始。你可以用你自己的RISC-V設計來做任何你喜歡的事情，甚至可以擁有自己的IP。真正開放的硬件將成為標準，就像它在軟件中所做的那樣，但道路并不總是平坦的。
另外，碎片化可能是一個問題，必須認真對待。開放并不意味著無政府狀態。依靠標準、共識和通過RISC-V國際組織（負責整個RISC-V項目的基金會）建立的東西來合作是正確的方式。不管我們對x86有什么看法，它的成功來自于擁有相同代碼可以開箱即用的平臺。Arm正在努力建立一些認證和標準，但真的很難避免碎片化。例如，作為一個虛擬化平臺，得到一些可以運行的東西是相對容易的，并且可以在大部分的x86機器上運行。但在Arm上呢？這不僅僅是 "移植 "到Arm上，這完全取決于你的目標。并非所有的機器都是一樣的，甚至讓Xen在Raspberry Pi 4上運行也很困難。
