Uno standard aperto chiamato RISC-V sta riscrivendo l’economia della progettazione dei chip e scuote i giochi di potere del settore tecnologico.
RISC-V è una delle 10 tecnologie emergenti del MIT Technology Review del 2023. Scopri il resto dell’elenco qui.
Python, Java, C++, R. Nei circa sette decenni trascorsi dall’invenzione del computer, l’uomo ha ideato molti linguaggi di programmazione – per lo più miscugli di parole inglesi e simboli matematici – per dire ai transistor di eseguire i nostri ordini.
Ma gli switch di silicio nel processore del vostro portatile non capiscono intrinsecamente la parola “for” o il simbolo “=”. Affinché un chip possa eseguire il codice Python, il software deve tradurre queste parole e questi simboli in istruzioni utilizzabili dal chip.
Gli ingegneri designano sequenze binarie specifiche per chiedere all’hardware di eseguire determinate azioni. Il codice “100000”, ad esempio, può ordinare al chip di sommare due numeri, mentre il codice “100100” può chiedere di copiare un dato. Queste sequenze binarie costituiscono il vocabolario fondamentale del chip, noto come set di istruzioni del computer.
Per anni l’industria dei chip si è affidata a una serie di set di istruzioni proprietari. Oggi il mercato è dominato da due tipologie principali: x86, utilizzato da Intel e AMD, e Arm, prodotto dall’omonima azienda. Le aziende devono concedere in licenza questi set di istruzioni, che possono costare milioni di dollari per un singolo progetto. Inoltre, poiché i chip x86 e Arm parlano linguaggi diversi, gli sviluppatori di software devono creare una versione della stessa applicazione adatta a ciascun set di istruzioni.
Ultimamente, però, molte aziende produttrici di hardware e software in tutto il mondo hanno iniziato a convergere verso un set di istruzioni disponibile in modalità pubblica, noto come RISC-V. Si tratta di un cambiamento che potrebbe cambiare radicalmente l’industria dei chip. I sostenitori del RISC-V affermano che questo set di istruzioni rende la progettazione di chip per computer più accessibile alle piccole aziende e agli imprenditori in erba, liberandoli dai costosi diritti di licenza.
“Ci sono già miliardi di core basati su RISC-V in giro, in qualsiasi cosa, dagli auricolari fino ai server cloud”, afferma Mark Himelstein, CTO di RISC-V International, un’associazione senza scopo di lucro che sostiene la tecnologia.
Nel febbraio 2022, la stessa Intel si è impegnata a stanziare 1 miliardo di dollari per lo sviluppo dell’ecosistema RISC-V, insieme ad altre priorità. Mentre Himelstein prevede che ci vorranno alcuni anni prima che i chip RISC-V si diffondano tra i personal computer, il primo portatile con chip RISC-V, Roma di Xcalibyte e DeepComputing si può preordinare da giugno.
Che cos’è RISC-V?
Si può pensare a RISC-V (pronunciato “risk five”) come a un insieme di norme di progettazione, come il bluetooth, per i chip dei computer. È noto come “standard aperto”. Ciò significa che chiunque – tu, io, Intel – può partecipare allo sviluppo di questi standard. Inoltre, chiunque può progettare un chip per computer basato sul set di istruzioni di RISC-V. Questi chip sarebbero quindi in grado di eseguire qualsiasi software progettato per RISC-V (si noti che la tecnologia basata su uno “standard aperto” differisce dalla tecnologia “open-source”. Uno standard aperto indica generalmente le specifiche della tecnologia, mentre “open source” si riferisce generalmente al software il cui codice sorgente è liberamente disponibile per la consultazione e l’uso).
Un gruppo di informatici della University of California, Berkeley, ha sviluppato le basi di RISC-V nel 2010 come strumento didattico per la progettazione di chip. Le unità centrali di elaborazione (CPU) proprietarie erano troppo complicate e poco trasparenti per gli studenti. I creatori di RISC-V hanno reso pubblico il set di istruzioni e si sono presto trovati a dover rispondere a domande in merito. Nel 2015, un gruppo di istituzioni accademiche e aziende, tra cui Google e IBM, ha fondato RISC-V International per standardizzare il set di istruzioni.
La versione più elementare di RISC-V consiste di sole 47 istruzioni, come i comandi per caricare un numero dalla memoria e per sommare numeri. Tuttavia, RISC-V offre anche altre istruzioni, note come estensioni, che consentono di aggiungere funzioni come la matematica vettoriale per l’esecuzione di algoritmi di intelligenza artificiale.
Con RISC-V, è possibile progettare il set di istruzioni di un chip in base alle proprie esigenze, il che “offre la libertà di realizzare hardware personalizzato e guidato dalle applicazioni”, afferma Eric Mejdrich di Imec, un istituto di ricerca belga che si occupa di nanoelettronica.
Nel passato, le aziende alla ricerca di CPU acquistavano generalmente chip già pronti, perché progettare da zero era troppo costoso e richiedeva molto tempo. Soprattutto per i dispositivi più semplici, come le sveglie o gli elettrodomestici da cucina, questi chip spesso presentavano caratteristiche extra, che potevano rallentare il funzionamento dell’apparecchio o sprecare energia.
Himelstein cita Bluetrum, un’azienda di auricolari con sede in Cina, come una storia di successo RISC-V. Gli auricolari non richiedono grandi capacità di calcolo e l’azienda ha scoperto di poter progettare chip semplici che utilizzano le istruzioni RISC-V. “Se non avessero usato RISC-V, avrebbero dovuto acquistare un chip commerciale con molte più capacità di quelle che volevano, oppure avrebbero dovuto progettare il proprio chip o il proprio set di istruzioni”, dice Himelstein. “Non volevano nessuna delle due cose”.
Secondo Mejdrich, RISC-V aiuta ad abbassare la barriera d’ingresso nella progettazione di chip. I sostenitori di RISC-V offrono workshop pubblici su come costruire una CPU basata su RISC-V. Inoltre, chi progetta i propri chip RISC-V può ora inviare i progetti per la produzione gratuita grazie a una partnership tra Google, il produttore di semiconduttori SkyWater e la piattaforma di progettazione di chip Efabless.
Il futuro di RISC-V
Balaji Baktha, CEO della startup con sede nella Bay Area Ventana Micro Systems progetta chip basati su RISC-V per i data center. Secondo Baktha, i miglioramenti apportati alla progettazione, possibili solo grazie alla flessibilità offerta da uno standard aperto, hanno permesso a questi chip di eseguire calcoli più rapidamente con meno energia. Nel 2021, i data center rappresenteranno circa l’1% dell’elettricità totale consumata in tutto il mondo e questa cifra è aumentata negli ultimi anni, secondo l’Agenzia Internazionale dell’Energia. Secondo Baktha, i chip RISC-V potrebbero contribuire a ridurre in modo significativo questo impatto.
Tuttavia, i chip di Intel e Arm rimangono popolari e non è ancora chiaro se i progetti RISC-V li sostituiranno. Le aziende devono convertire il software esistente in modo da renderlo compatibile con RISC-V (Roma supporta la maggior parte delle versioni di Linux, il sistema operativo rilasciato negli anni ’90 che ha contribuito alla rivoluzione open-source). Gli utenti di RISC-V dovranno stare attenti agli sviluppi che “biforcano l’ecosistema”, dice Mejdrich, ad esempio se qualcuno sviluppa una versione di RISC-V che diventa popolare ma è incompatibile con il software progettato per l’originale.
RISC-V International deve anche fare i conti con tensioni geopolitiche che sono in contrasto con la filosofia aperta dell’organizzazione. Originariamente con sede negli Stati Uniti, l’organizzazione ha dovuto affrontare le critiche dei legislatori, secondo i quali RISC-V potrebbe far perdere agli Stati Uniti il loro vantaggio nell’industria dei semiconduttori e rendere più competitive le aziende cinesi. Per evitare queste tensioni, l’organizzazione non-profit si è trasferita in Svizzera nel 2020.
In prospettiva, Himelstein afferma che il movimento trarrà ispirazione da Linux. La speranza è che RISC-V renda possibile a un maggior numero di persone di realizzare le loro idee per nuove tecnologie. “In futuro, si vedranno prodotti molto più innovativi”, afferma.
Sophia Chen è una giornalista scientifica che si occupa di fisica e informatica. Nel 2022 è stata science communicator presso il Simons Institute for the Theory of Computing dell’Università della California, Berkeley.
