RISC-V：開放硬件運(yùn)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(gòu)建真實(shí)事物的物理需求或成本，也不存在用于處理軟件創(chuàng)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(yùn)動所發(fā)生的事情是至關(guān)重要的。
現(xiàn)在已經(jīng)不需要證明了：開源軟件無處不在，并產(chǎn)生了大量的價值。云的存在是其直接產(chǎn)物：如果沒有Xen項(xiàng)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(yīng)該談一談Linux內(nèi)核及其引發(fā)的巨大貢獻(xiàn)？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(shí)上，在20世紀(jì)50年代和60年代，它是默認(rèn)的選擇。學(xué)術(shù)界和企業(yè)通常通過公共領(lǐng)域的軟件進(jìn)行合作。公平地說，學(xué)術(shù)界過去通常是這樣處理科學(xué)數(shù)據(jù)的(共享和合作)，因此在軟件上也這樣做是合乎邏輯的。當(dāng)時，軟件還不是一種商品。然而，在70年代出現(xiàn)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(yè)。
這時自由軟件才真正出現(xiàn)，最初是由小型在線共享社區(qū)組織起來的，然后在1983年通過自由軟件運(yùn)動正式成立了GNU項(xiàng)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(jì)初，當(dāng)微軟以Windows和IE瀏覽器主宰用戶/桌面空間時，開源可能已經(jīng)脫軌了。相反，互聯(lián)網(wǎng)的巨大推動力推動了創(chuàng)新，創(chuàng)造了新的商業(yè)案例、標(biāo)準(zhǔn)、更好的協(xié)作工具和共享庫。甚至巨大的公司也依賴開源，并做出貢獻(xiàn)，這有助于社區(qū)的發(fā)展。所有這些和更多的東西使開源成為許多部署的默認(rèn)選擇。
免費(fèi)/開源硬件比開源軟件更晚出現(xiàn)，開始于90年代末。顯然，免費(fèi)硬件意味著具有相同協(xié)作精神的免費(fèi)/開放硬件設(shè)計。
與軟件類似，它開始時規(guī)模很小，一些公司從事電子產(chǎn)品、小電路板(例如。Arduino和Adafruit)或3D打印。這感覺很像GNU沒有內(nèi)核的時候，不是嗎?
這正是 RISC-V 的切入點(diǎn)：提供一個非常強(qiáng)大且開放的 CPU 指令集架構(gòu)，通過開放的組件(軟件和硬件)驅(qū)動整個堆棧。RISC-V最初來自學(xué)術(shù)界，更確切地說是來自加州大學(xué)伯克利分校，這一點(diǎn)也不奇怪。這是與開源軟件根的另一個相似之處。
讓我們現(xiàn)實(shí)一點(diǎn)：新的開放 ISA 并不是實(shí)現(xiàn)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(lǐng)域的實(shí)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(kuò)展性、公共或私有云基礎(chǔ)設(shè)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(shí)上，IT架構(gòu)的未來已經(jīng)發(fā)生了巨大的轉(zhuǎn)變。x86 是無可爭議的王者的時代已經(jīng)結(jié)束。數(shù)據(jù)處理單元 (DPU) 體現(xiàn)了這一點(diǎn)。由于 x86 CPU 對數(shù)據(jù)量和專用數(shù)據(jù)量的現(xiàn)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(xiàn)在用的網(wǎng)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(jīng)發(fā)生在人工智能或通過GPU進(jìn)行推理，甚至是通過專用加速器進(jìn)行存儲和類似的DPU的另一個工作上。
例如英偉達(dá)。它對 Mellanox 的收購顯然與 DPU 相關(guān)，而 Nvidia 在數(shù)據(jù)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(guān)鍵選擇，因?yàn)槟壳按蠖鄶?shù) DPU 都是基于 Arm SoC 的，例如 BlueField 2 DPU。
請注意，我們并不是在談?wù)搹臄?shù)據(jù)中心完全移除 x86。它主要是從中卸載一些 x86 無法真正發(fā)揮作用的操作，例如并行工作負(fù)載。但從長遠(yuǎn)來看，如果x86完全跟不上，這可能也會被列入去除選項(xiàng)。而數(shù)據(jù)中心只是大局的一部分。
RISC-V 的范圍遠(yuǎn)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(shù)上成熟和提升的其他地方，同時在您的數(shù)據(jù)中心中變得越來越重要。
最后，RISC-V 的時間安排與數(shù)據(jù)中心可見的大轉(zhuǎn)變非常一致。你可能會爭辯說 Arm 更適合實(shí)現(xiàn)這一切，事實(shí)上它已經(jīng)部分做到了。但與 RISC-V 不同，Arm 的 ISA 并不開放。您確實(shí)可以與 Arm 合作構(gòu)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(qū)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(jīng)改變。現(xiàn)在幾乎所有人都站在巨人的肩膀上。當(dāng)你為一個新項(xiàng)目需要一個操作系統(tǒng)內(nèi)核時，你可以直接使用Linux。不需要從頭開始重新創(chuàng)建一個內(nèi)核，你也可以根據(jù)自己的目的修改它（或者編寫你的驅(qū)動程序）。你肯定會依賴一個經(jīng)過廣泛測試的產(chǎn)品，因?yàn)槟阒皇菬o數(shù)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(gòu)所能提供的。不需要從頭開始設(shè)計；你可以在現(xiàn)有工作的基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)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(chuàng)新的障礙（沒有許可證，而是分享設(shè)計）。顯然，不是每個人都能從頭開始設(shè)計整個CPU，這就是重點(diǎn)：你可以只帶來你需要的東西，甚至只是享受社區(qū)提供的新功能，就像你做開源軟件一樣，從內(nèi)核到語言。
過去幾年出現(xiàn)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(guān)重要的，比如安全和性能。你需要對硬件進(jìn)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?yàn)槟憧梢試@它建立一切，如采用專用卡來替換主CPU，運(yùn)行你自己的優(yōu)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(chǔ)設(shè)施中只有開源的硬件和軟件，從主CPU到所有協(xié)處理器，直到軟件。所有這些都意味著你可以使軟件適應(yīng)你的硬件，反之亦然，以更快的速度提供與整個堆棧相關(guān)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(zhí)行能力，而不是許可證或黑盒設(shè)計。
很明顯，在這條革命的道路上有一些挑戰(zhàn)。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(shè)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(biāo)準(zhǔn)，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(rèn)真對待。開放并不意味著無政府狀態(tài)。依靠標(biāo)準(zhǔn)、共識和通過RISC-V國際組織（負(fù)責(zé)整個RISC-V項(xiàng)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(rèn)證和標(biāo)準(zhǔn)，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(yùn)行的東西是相對容易的，并且可以在大部分的x86機(jī)器上運(yùn)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(biāo)。并非所有的機(jī)器都是一樣的，甚至讓Xen在Raspberry Pi 4上運(yùn)行也很困難。
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