رحلة RISC-V من تجربة أكاديمية إلى سيليكون مؤسسي — ماذا يعني المعمار مفتوح المصدر لصناعة الرقائق | IRCNF - Intelligent Reliable Custom Next-gen Frameworks

في عام 2010، شرع فريق في جامعة كاليفورنيا بيركلي في تصميم معمار تعليمات يمكنهم استخدامه في الأبحاث الأكاديمية دون التعقيدات التراخيصية لـ ARM أو x86. وكانت النتيجة RISC-V — يُنطق "ريسك فايف" — معمار نظيف وبسيط تم إصداره في النطاق العام. بعد ستة عشر عاماً، تضم منظمة RISC-V International أكثر من 4000 عضو، وتم التصديق على المعمار لكل شيء من متحكمات مضمنة إلى الحوسبة عالية الأداء، وأصبح نقطة محورية في جيوبوليتيك الاستقلال شبه الموصل.

ما هو RISC-V بالضبط

معمار التعليمات يُعرّف الواجهة بين العتاد والبرمجيات: مجموعة التعليمات التي يفهمها المعالج، تخطيط المسجلات، نموذج الذاكرة. x86 من Intel و ARM من ARM Holdings هما المعماران المهيمنان للخوادم وأجهزة الكمبيوتر الشخصية وللأجهزة المحمولة والمضمنة على التوالي. كلاهما مملوك. استخدام ARM يتطلب ترخيصاً من ARM Holdings؛ ذلك الترخيص يكلف مالاً ويأتي مع قيود على الاستخدام. RISC-V ليس له مالك. أي شخص يمكنه تنفيذه، وتعديله، وشحن منتجات بناءً عليه دون دفع إتاوات أو طلب إذن.

RISC-V ليس رقاقة. إنه مواصفة — وثيقة تصف التعليمات التي يجب أن يدعمها المعالج. مجموعة التعليمات الصحيحة الأساسية (RV32I أو RV64I لـ 32 بت و 64 بت على التوالي) صغيرة بشكل متعمد. الإضافات تضيف النقطة العائمة (F, D)، العمليات الذرية (A)، التعليمات المضغوطة (C)، معالجة المتجهات (V)، والمزيد. معالج ينفذ RV64GC — التكوين الأكثر شيوعاً للمعالجات التطبيقية — يدعم المجموعة الأساسية بالإضافة إلى الإضافات العامة والتعليمات المضغوطة.

أين يعمل RISC-V بالفعل

صورة النشر أوسع مما يدركه معظم الناس. Espressif ESP32-C3، وهي رقاقة WiFi و Bluetooth تُستخدم في عدد لا يحصى من أجهزة إنترنت الأشياء والإلكترونيات الاستهلاكية، تعمل بمعالج RISC-V أحادي النواة. تكلف الرقاقة حوالي دولار واحد بالجملة وتُشحن بمئات الملايين من الوحدات سنوياً. Western Digital تستخدم نوى RISC-V مخصصة في وحدات تحكم أقراص SSD والأقراص الصلبة — وهو نشر يزيد عن مليار نواة. متحكمات GPU من NVIDIA انتقلت من نوى Falcon المملوكة إلى RISC-V بدءاً من بطاقات جيل Turing في 2018.

Google أضافت RISC-V كواجهة ABI مدعومة في Android 13 في أواخر 2023، وهي الخطوة الأولى نحو تشغيل Android على معالجات RISC-V التطبيقية. نواة Linux تدعم RISC-V في الخط الرئيسي منذ 2017. GCC و LLVM/Clang و Rust جميعها لديها أهداف RISC-V ناضجة. نظام الأدوات، الذي كان أضعف نقطة قبل خمس سنوات، نضج بشكل كبير.

بالنسبة للسيليكون الأكثر قدرة، SiFive — شركة ناشئة أمريكية تنتج نوى RISC-V تجارية — أنتجت عائلتي P870 و X280 التي تستهدف الحوسبة الطرفية وفي النهاية أعباء عمل الخوادم الأساسية. قسم T-Head التابع لـ Alibaba فتح مصدر نواة XuanTie C910 في 2021، وهو تنفيذ RISC-V عالي الأداء 64 بت تستخدمه Alibaba داخلياً وترخصه خارجياً. العديد من أجهزة الكمبيوتر أحادية اللوحة RISC-V — StarFive VisionFive 2 و Milk-V Pioneer — تدير الآن بيئات سطح مكتب Linux كاملة.

المسرع الجيوبوليتيكي

منحنى اعتماد RISC-V أصبح أكثر حدة بعد 2020، عندما بدأت ضوابط التصدير الأمريكية تقييد صادرات تكنولوجيا أشباه الموصلات إلى الصين. ARM Holdings، شركة بريطانية ولكن مع تقنيات مصممة في الولايات المتحدة في نواتها، واجهت عدم يقين بشأن استمرار تراخيصها للشركات الصينية. هواوي، بشكل خاص، سرّعت استثماراتها في بدائل RISC-V بعد أن منعتها الولايات المتحدة بشكل فعال من استخدام أحدث نوى ARM.

الصين الآن تمثل جزءاً كبيراً من نشاط تطوير RISC-V العالمي. Alibaba T-Head، ISCAS (معهد تكنولوجيا الحوسبة في الأكاديمية الصينية للعلوم)، StarFive، وعشرات الشركات الأصغر تُصدر رقائق RISC-V. الحكومة الصينية أدرجت تطوير RISC-V في خططها للاكتفاء الذاتي في أشباه الموصلات. الطبيعة المفتوحة لـ RISC-V تعني أن ضوابط التصدير الأمريكية لا يمكنها منع الوصول إلى مواصفة ISA نفسها — فقط إلى التنفيذات المحددة أو مكونات الأدوات من الشركات الأمريكية.

هذا خلق ديناميكية مثيرة للاهتمام: منظمة RISC-V International، التي تحكم المواصفة، تضم أعضاء من كل من الولايات المتحدة والصين. المواصفة تُطور بشكل تعاوني. التنفيذات التنافسية منفصلة.

إضافة المتجهات وأعباء عمل AI

إضافة V (المتجهات) لـ RISC-V تم التصديق عليها في 2021 وهي الآن مدعومة في العتاد من قبل عدة معالجات بما في ذلك T-Head C910 و SiFive X280. معالجة المتجهات تمكن التوازي من نوع SIMD لعمليات مثل ضرب المصفوفات — الحساب الأساسي في استدلال الشبكات العصبية. هذا يجعل RISC-V ذا صلة بمسرعات AI الطرفية، وهي سوق نمو رئيسية.

العديد من الشركات الناشئة تبني رقائق استدلال AI تعتمد على نوى RISC-V vector على وجه التحديد لأن المعمار المفتوح يمنحهم تحكماً كاملاً في مزيج التعليمات دون قيود التراخيص. بالنسبة للسيليكون المخصص المصمم لهندسة نموذج معينة، هذه المرونة مهمة.

أين تبقى الفجوات

الخوادم والحواسب المحمولة هما السوقان اللذان لم يُظهر فيهما RISC-V أداء تنافسياً على نطاق واسع. أسرع معالجات تطبيقات RISC-V في 2026 يمكن مقارنتها بشكل عام مع معالجات ARM Cortex-A55 المتوسطة من عدة سنوات مضت — كافية للأنظمة المضمنة والحوسبة الطرفية الأساسية، لكنها غير تنافسية مع Apple Silicon أو AMD Zen 5 أو حتى ARM Cortex-X4. الفجوة موجودة جزئياً لأن معالجات ARM و x86 تستفيد من عقود من التحسينات المعمارية الدقيقة، وميزانيات R&D ضخمة، وتصنيع في أحدث عقد العمليات.

تجزؤ النظام البيئي هو قلق هيكلي. قابلية التوسع في RISC-V — الميزة التي تجعله مرناً — تعني أيضاً أن الرقائق المختلفة يمكنها تنفيذ إضافات مختلفة، مما يجعل كتابة برامج تعمل بشكل جيد في كل مكان أكثر صعوبة. ARM حلَّ هذا بالحفاظ على سيطرة محكمة على بروفايلاته؛ انفتاح RISC-V يعني أن هناك تبايناً أكبر في ما يعنيه "RISC-V" عملياً.

مشروع RISC-V Software Ecosystem (RISE)، الذي تم إطلاقه في 2023 بدعم من Google و Intel و Qualcomm وغيرهم، يعمل على تنسيق تطوير مجموعة البرمجيات ومنع التجزؤ. مدى فعالية هذا سيؤثر بشكل كبير على ما إذا كان RISC-V يمكنه الانتقال إلى أسواق أعلى أداء أو يبقى قوياً بشكل أساسي في التطبيقات المضمنة وإنترنت الأشياء حيث متطلبات التوافق أضيق.

المسار صعودي بوضوح. RISC-V لا يحل محل ARM أو x86 في المدى القريب — تلك المعماريات لديها مجال أداء كبير جداً، وعمق في النظام البيئي، واستثمار في التصنيع. ما يفعله هو نحت مساحة كبيرة ومتنامية في أسواق الأنظمة المضمنة وإنترنت الأشياء والحوسبة الطرفية بينما يبني المتطلبات الأساسية للنظام البيئي لدفعة مستقبلية نحو الحوسبة عالية الأداء. صناعة الرقائق تراقب.