Geleceğin Yıldızı Açık Kaynaklı Mimari: RISC-V Nedir?

Bilgisayarlarla fazla haşır neşir olmayan kişiler için “RISC-V” kavramı çok yabancı gelebilir. Ancak gelecekte bu kavramı çok fazla duyacaksınız, şimdiden hazırlanın. Niye mi? RISC-V komut seti mimarisi, açık kaynaklı donanımların en başarılı örneklerinden birisi, hatta belki en başarılısı.

Bugüne kadar hep x86 ve ARM mimarilerini duydunuz. Bilgisayar dünyasının yükselen yıldızlarından biri olan RISC-V ise her geçen gün daha fazla ilgi görüyor ve bu yükselişin ilerleyen yıllarda hızlanması bekleniyor. Tahminlere göre birkaç yıl içinde on milyarlarca RISC-V çip satılacak. İşte gelecekte konumu daha fazla güçlenecek olan mimari hakkında bilmeniz gerekenler.

RISC-V Nedir?

RISC-V, esnekliği, modülerliği ve genişletilebilirliği nedeniyle son yıllarda büyük ilgi gören açık kaynaklı bir komut seti mimarisi (instruction set architecture, ISA). Açık kaynaklı demekle neyi kast ediyoruz? Tescilli mimarilerin aksine, planlara erişebileceğiniz ve uygun gördüğünüz şekilde özelleştirebileceğiniz bir platform: Çok çeşitli özelleştirme seçeneklerine izin vererek geliştiricilerin belirli uygulamalara ve kullanım durumlarına göre uyarlanmış işlemciler üretmesine olanak tanımakta.

Bu durum, gömülü sistemler ve IoT cihazlarından yüksek performanslı bilgi işlem ve yapay zekaya kadar çeşitli sektörlerde benimsenmesine yol açtı. Uygun maliyetli özel işlemciler üretmek, yenilikçi uygulamalara imza atmak ve sağlam güvenlik uygulamaları oluşturmak mümkün. Değeri geç anlaşılan RISC-V’i herkes özelleştirerek ücretsiz şekilde kullanabiliyor. Bu nedenle bilgi işlemin geleceği olarak kabul edilirken, önde gelen teknoloji devleri tarafından görmeye devam ediyor.

Bir ISA, herhangi bir CPU tasarımının başlangıç noktası ve temel talimatlar, hangi isteğe bağlı talimatların eklenebileceği ve CPU üzerinde ne tür yazılımların yerel olarak çalışabileceği gibi temel şeyleri belirler. Azaltılmış Komut Seti Hesaplama (Reduced Instruction Set Computing, RISC) ilkelerine dayanan altyapı, x86 mimarisi kadar karmaşık değil. Nitekim daha anlaşılır, daha basit, ücretsiz, üretimi daha kolay ve az sayıda komut seti barındıran bir çip yapısına bakıyoruz.

RISC-V International (eski adıyla RISC-V Vakfı) tarafından geliştirilen komut seti mimarisinin ilerlemesi her geçen gün sürüyor. x86 yongalar karmaşık komut seti (complex instruction set, CISC) mimarisiyle inşa ediliyor, ARM ve RISC-V ise çok farklı. Bunların ikisi de güç verimliliğine odaklanan daha basit mimariler. Öte taraftan, RISC-V’i daha özel kılan bir şey var: tamamen açık standart. Stok RISC-V tasarımını kullanmak isteyen herhangi bir şirket bunu yapmakta ve istediği gibi değiştirmekte özgür.

X86, Intel ve AMD’nin ortak mülkiyetinde olduğundan dolayı başka hiçbir şirket bu mimariyi kullanarak işlemci üretemiyor (yasal olarak). Şirketler ARM çiplerinin kendi versiyonlarını yapabilseler de, yalnızca Arm şirketine ödeme yapmak zorunda kalmıyorlar, aynı zamanda ISA’yı da değiştiremiyorlar. RISC-V ile tam anlamıyla özgürlük demek.

Umuyoruz bu durum değişmez lakin biraz da olsa değişecek gibi duruyor. RISC-V International (RISC-V’in arkasındaki şirket) her şeyi sık sık “açık” ve “açık kaynak” olarak lanse ediyor lakin son zamanlarda açık kaynaktan biraz uzaklaştılar. Bunun nedeni, ISA açık kaynaklı olsa bile gerçek RISC-V yongalarının tescilli ve kapalı kaynaklı olma ihtimali. Şöyle özetleyelim, herhangi bir şirket veya kuruluş RISC-V ISA’yı ücretsiz olarak kullanabilirken, gerçek ürünlerin x86 veya ARM gibi kapalı kutu olabiliyor.

Elbette bu yaklaşımın iyi ve kötü yanları var. İyi taraf tasarımlar üzerinde herhangi bir lisans ücreti veya kısıtlama olmaması; bu da mümkün olduğunca özerk olmak ve geliştirme maliyetlerini düşürmek isteyen şirketler için harika. Kötü habere gelince, CPU çok zor bir iş olduğu bu kadar özgürlüğü kullanarak bir şeyler elde etmek pek de kolay değil. Ayrıca kendi RISC-V işlemcilerini üreten şirketler bu teknolojiyi başkalarıyla paylaşmak zorunda değil. İsteyenler Arm’nin yaptığı gibi tasarımları lisanslayabilirler.

RISC-V’in Tarihçesi ve Gelişimi

Tescilli ISA’lar belirli şirketler tarafından sıkı bir şekilde kontrol ediliyor, mimarilerine erişimi sınırlıyor ve lisans ücretleri dayatıyordu. Bu kısıtlamalar inovasyonu engelledi, rekabetin önüne geçti ve daha küçük şirketlerle birlikte akademik kurumların özel işlemcileri denemesini ve geliştirmesini zorlaştırdı. Sonrasında ise RISC-V komut seti mimarisi doğdu.

RISC-V’den önce piyasada birkaç RISC işlemci vardı. Önemli örnekler arasında MIPS, SPARC ve PowerPC sayılabilir. Bu mimariler verimli olarak kabul ediliyordu ve uygulamaları vardı, ancak genellikle lisans maliyetleri ve iç işleyişlerine kısıtlı erişim söz konusuydu.

RISC-V’in kökenleri, ilk olarak 2010 yılında bir araştırma projesi olarak geliştirildiği Kaliforniya Üniversitesi, Berkeley’e kadar uzanıyor. Proje, mevcut tescilli ISA’ların sınırlamalarını ele alacak ve gelecekteki işlemci tasarımları için bir temel sağlayacak yeni, açık kaynaklı bir ISA oluşturmayı amaçlıyordu. RISC-V projesi, açık kaynaklı yazılımların başarısından ilham alan ve benzer faydaları donanım alanına da getirmeye çalışan bilgisayar bilimcileri Krste Asanović, Yunsup Lee ve Andrew Waterman tarafından yürütüldü.

RISC-V ISA’nın “RV32I” temel tamsayı komut seti olarak bilinen ilk sürümü 2011 yılında piyasaya sürüldü. İlk sürüm, azaltılmış komut seti hesaplama (RISC) ilkelerine bağlı kalarak basitlik ve verimliliğe odaklandı. Yıllar içinde RISC-V ISA, yeteneklerini geliştirmek ve daha geniş bir uygulama yelpazesine hitap etmek için yeni uzantılar ve özellikler eklenerek çeşitli yinelemelerle daha iyi hale geldi.

2015 yılında, RISC-V ISA’nın benimsenmesini ve standartlaştırılmasını teşvik etmek amacıyla RISC-V Vakfı kuruldu. Vakıf, RISC-V teknolojisinin geliştirilmesi ve yaygınlaştırılması konusunda işbirliği yapmak üzere endüstri liderlerini, akademik kurumları ve bireysel katkıda bulunanları bir araya getirdi. Kuruluşundan bu yana RISC-V Vakfı 200’den fazla üye kuruluşu içerecek şekilde büyüdü. Ayrıca RISC-V, mikro kontrolcüler ve gömülü sistemlerden yüksek performanslı bilgi işlem ve veri merkezi işlemcilerine kadar çeşitli uygulamalar için çok sayıda şirket tarafından benimsendi.

RISC-V Neden Bu Kadar Önemli?

RISC-V’nin gelişimi, işlemci tasarımında daha fazla özelleştirme ve esneklik ihtiyacı, tescilli ISA’lara olan bağımlılığı azaltma arzusu ve enerji tasarruflu ile uygun maliyetli bilgi işlem çözümlerine yönelik artan talep gibi çeşitli konularda ilgi odağı oldu. Açık, modüler ve genişletilebilir bir ISA sağlayan RISC-V, işlemci tasarımında yeni bir inovasyon çağını mümkün kıldı ve yarı iletken endüstrisinin manzarasını yeniden şekillendirme potansiyeline sahip.

Açık kaynaklı yaklaşım, çok çeşitli katılımcılar arasında işbirliğini teşvik etmekte ve modüler bir ekosistemi destekleyerek belirli uygulamalara göre uyarlanmış özelleştirilmiş işlemcilerin geliştirilmesini sağlıyor. RISC-V’in en önemli avantajlarından bir diğeri de ölçeklenebilirliği. Mimari, gömülü sistemlerden yüksek performanslı bilgi işleme kadar geniş bir uygulama yelpazesini barındıracak şekilde kolayca genişletilebilir olarak tasarlando. İster mikro kontrolcülere, ister Nesnelerin İnterneti (IoT) cihazlarına veya veri merkezlerine güç sağlasın, RISC-V her uygulamanın özel gereksinimlerini karşılamak için özelleştirilebilen çözümler sunabiliyor.

Devam edecek olursak, RISC-V dünyasında ilişkili lisans ücretlerinin olmaması ekonomik sonuçlar doğurmakta. Şirketler tescilli mimarileri lisanslamanın mali yükü olmadan RISC-V’yi uygulayabiliyor, bu da onu yarı iletken endüstrisinde yeni atılım yapanlar ve küçük oyuncular için cazip bir seçim haline getiriyor. Sağlanan erişilebilirlik, işlemci tasarımının tabiri caizse demokratikleşmesine yol açarak daha çok sayıda yeniliklerin pazara girmesine ve bilgi işlem teknolojisinin ilerlemesine katkıda bulunmasını sağlıyor.

RISC-V gelecek için daha da önemli. Teknoloji evreninde ve yarı iletken sektöründe artan zorluklarla birlikte RISC-V daha önemli hale gelebilir. Özel hızlandırıcılara ve alana özgü mimarilere olan talep artıyor, RISC-V de bu tür işlemcileri oluşturmak için bir temel sağlamakta. Açık kaynaklı olması, yapay zeka, makine öğrenimi ve diğer gelişmekte olan teknolojiler için hızlandırıcıların geliştirilmesinde işbirliğini kolaylaştırıyor.

Bilgisayar mimarileri dünyasında çığır açan RISC-V, inovasyonu ve işbirliğini teşvik ederek sadece uç bilişimin değil, genel olarak bilişimin geleceğini şekillendiriyor.

RISC Nedir?

Sözünü ettiğimiz gibi, RISC-V mimarisinin özünde azaltılmış (indirgenmiş) komut seti hesaplama (RISC) kavramı yer almakta. RISC, küçük bir dizi basit ve genel amaçlı talimat kullanarak basitliği ve verimliliği vurgulayan bir işlemci tasarım felsefesi. Başka bir deyişle, tek bir komutta birden fazla işlem gerçekleştirebilen, daha karmaşık komutlardan oluşan ve daha büyük bir set kullanan karmaşık komut seti hesaplama (CISC) ile tam olarak zıt.

RISC mimarileri basitliğe öncelik verir ve saat döngüsü başına bir komut yürütür. Sonuç olarak modern tasarımlar ve verimli kod çözme işlemleri mümkün. Öte yandan CISC mimarileri, birden fazla eylem gerçekleştirebilen karmaşık talimatlar kullanmakta ve yürütme için birkaç saat döngüsü gerektirebilir.

Aslında her iki tür de farklı yöntemlerle CPU performansını artırmayı amaçlamakta. Her ikisinin de birbirlerine karşı avantajları ve dezavantajları var. Biz konumuzla bağlantılı olarak RISC yaklaşımının CISC’ye göre olan artlarına bakalım:

• Donanım Uygulamasını Basitleştiriyor: Daha az talimat kodunun çözülmesi ve yürütülmesi gerektiğinden işlemcinin donanım uygulamasını basitleştirir. Bu, daha hızlı yürütme sürelerine ve daha düşük güç tüketimine yol açabilir.
• Daha Yüksek Komut Seviyesi Paralelliği: RISC işlemciler tipik olarak daha yüksek komut düzeyinde paralelliğe sahiptir, bu da birden fazla talimatı aynı anda yürütmelerine olanak tanıyarak performansı daha da iyi noktaya çekebilir.
• Basitlik: RISC komut setinin basitliği, işlemci için verimli kod üretebilen derleyicilerin ve diğer yazılım araçlarının geliştirilmesini kolaylaştırıyor.

RISC-V’in Kullanım Alanları

Bu mimari git gide daha fazla alanda söz sahibi olacak demiştik. Şimdi şimdiye kadar yapılan bazı yeniliklere ve gelişmelere bakalım.

Apple, İşlemcilerinde Kısmi Olarak RISC-V Mimarisine Geçebilir

SemiAnalysis‘ten Dylan Patel’e göre Apple, gömülü çekirdeklerini ARM mimarisinden RISC-V mimarisine taşımaya hazırlanıyor. Şirket Apple Silicon tasarımıyla yeni bir devir başlatmıştı. Özel tasarlanan SoC’lerde işletim sistemine ve son kullanıcı uygulamalarına güç sağlayan birçok çekirdek yer alıyor. Örneğin M1 SoC’lerde işletim sistemiyle ilgili olmayan iş yüklerinden sorumlu 30’dan fazla çekirdek kullanılıyor.

Görünüşe göre bu çekirdeklerin çoğu Arm M serisi veya alt uç A serisi çözümlere dayanıyor. Eğer gelen haberler doğruysa, teknoloji devi bu tür yan çipleri RISC-V mimarisini temel alan çiplerle değiştirecek. Öyle ki teknoloji devi ARM tabanlı yongalar için lisans ücretleri ödüyor. RISC-V mimarisinin tamamen açık kaynaklı olduğunu ve lisans ücretleri bulunmadığını özellikle belirtmekte fayda var.

Intel, ARM ve RISC-V’e Yakınlaşıyor

Intel, IDM 2.0 (Integrated Device Manufacturer) planının bir parçası olarak erken aşamadaki girişimleri desteklemek için 1 milyar dolarlık fon oluşturduğunu ve dökümhane ekosistemi için önemli teknolojiler geliştirecek şirketler kurduğunu duyurmuştu.

Intel Capital ve Intel Foundry Services (IFS) arasındaki bir işbirliği olan bu hareket, Intel’in endüstrinin geleceği olarak gördüğü şeyden yararlanmayı amaçlıyor: Open Chiplet platformuna ve Open Interconnect Standard’a odaklanan Intel, ortakların aynı yonga içinde birden fazla ISA’yı (Komut Kümesi Mimarileri) bir araya getiren paketleme teknolojilerini kullanmalarını sağlamak istiyor.

Fikir basit: müşteriler, her birinin farklı güçlerinden (özellikle güç/performans/alan denkleminde) yararlanarak yarı iletken tasarımlarında birkaç IP’yi karıştırıp eşleştirmek isteyecekler. Bu bağlamda mimari destek konusunda vizyonu gerçekleştirmeye yardımcı olmak için IFS, x86, ARM ve RISC-V‘yi kapsayan çoklu komut seti mimarileri (ISA’lar) benimsenecek.

RISC-V İşlemcili İlk Dizüstü Bilgisayar Satışa Çıktı

2022 ortalarında duyurulan Roma RISC-V markalı dizüstü bilgisayar satışa çıktı. Roma, Wujian 600 olarak bilinen bir bilgi işlem platformuna dayanıyor. Bu platform, 3D/2D ve yapay zeka hızlandırma için dört çekirdeğin yanı sıra bir Imagination Technologies imzalı GPU ve bir NPU içerecek. CPU tarafında TH1520 isimli dört çekirdeğe sahip Xuantie C910 işlemci yer alıyor. Bunun yanında, 4266 MT/s’ye kadar 16 GB’a kadar LPDDR4/LPDDR4X bellek desteği ve 256 GB SSD depolama alanı sunuluyor.

Dizüstü bilgisayarda 14.1 inçlik 1080p panel kullanılmış. Ayrıca daha büyük harici monitör bağlamak için bir HDMI bağlantı noktası da mevcut. Kablosuz iletişim için Wi-Fi 5 ve Bluetooth 5 bağlantı teknolojileri destekleniyor.

Roma’yı USB-C üzerinden şarj edebiliyoruz ve pil ömrü 10 saat olarak derecelendirilmiş. Dizüstü bilgisayarda güvenlik için Trusted Execution Environment güvenlik sertifikalı ARM SC300 Cortex-M3 işlemci bulunuyor. Son olarak, RISC-V tabanlı dizüstü bilgisayarın Alibaba’nın kendi Linux tabanlı işletim sistemi OpenAnolis ile çalıştığını belirtelim.

Bu konuda daha fazla fikir edinebilmek için aşağıdaki haberlerimize de göz gezdirebilirsiniz:

• Linux, RISC-V Çipler İçin Yeni Bir Özellik Alıyor
• RISC-V İşlemciler, Mini-ITX Anakartlarla Tüketicilere Ulaşıyor
• Qualcomm ile Google, RISC-V Snapdragon Wear Platformu İçin Birlikte Çalışıyor
• İlk RISC-V GPU’lar Piyasaya Çıkıyor
• RISC-V Tabanlı Süper Bilgisayar Üzerinde Çalışılıyor
• NVIDIA CUDA Kütüphanesi, RISC-V GPU Projesine Taşınıyor