ARM 및 RISC-V에 대해 이야기
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관련 칼럼: Shao Wei "칩을 통해 말하기"
https://time.geekbang.org /column /소개/415
Interl, AMD 및 x86 명령어 세트
오늘의 내용을 공유하기 전에 왜 인텔이 업계 1위가 되는지 생각해 볼까요?
비용 구조를 파악한 IDM 모델과 무어의 법칙을 준수하는 Tick-Tock 전략을 갖고 있기 때문에 이 모든 것이 맞습니다.
그러나 또한 매우 중요한 또 다른 요소가 있습니다. 즉, Intel은 x86 명령어 세트를 마스터했습니다.
AMD가 왜 일년 내내 Intel과 경쟁할 수 있는지 생각해 보세요.
AMD는 심지어 파산 직전까지 갔으며, 본사 건물도 팔고 나면 다시 살아날 수 있다. AMD YES 또?
AMD와 Intel이 x86 명령어 세트를 공유하기 때문입니다.
명령어 세트 및 아키텍처 정보
칼럼에는 하드웨어 관련 내용이 많이 있는데, 오늘은 명령어 세트에 대해 이야기해보겠습니다.
사실 명령어 세트를 명확하게 설명하자면 새로운 칼럼이 열릴 수 있을 것으로 추정되는데 여기서는 확장 읽기로 받아들일 것이다. 업계.
먼저 정의에 대해 이야기하겠습니다. 명령어 세트가 무엇인가요?
업계 리더이자 ACM 및 IEEE 학자이자 2017년 Turing Award 수상자이자 RISC-V 재단 이사회 부회장인 David Patterson은 매우 이해하기 쉬운 정의를 내렸습니다. 명령어 세트와 하드웨어가 말합니다.
즉, 명령어 세트는 하드웨어와 소프트웨어 사이의 다리 역할을 합니다.
트랜지스터, 집적회로, 무어의 법칙 외에 또 다른 중요한 개념이 있다면 그것은 명령어 세트입니다.
아마도 뉴스를 보다가 ISA, Architecture, Instruction Set이라는 단어가 뒤섞여 있는 것을 보면 조금 혼란스러울 수도 있겠지만, 사실 ISA=instruction set=architecture 는 모두 같은 의미를 갖고 있습니다.
명령어 세트를 구현하는 CPU를 마이크로아키텍처 라고 합니다 .
명령어 세트이자 아키텍처 버전 인 ARMv를 예로 들어보겠습니다 .
ARM의 Cortex-A72 프로세서는 ARMv8 명령어 세트를 구현하는 특정 CPU 이며 마이크로 아키텍처 입니다 .
ARM의 Cortex-A72는 RTL 코드 묶음인 ARMv8 명령어 세트를 지원하는 CPU IP입니다.
Rockchip의 RK3399 칩은 Cortex-A72 2개를 통합한 칩으로 물리적인 몸체로 ARMv8 명령어 세트를 지원합니다.
ARMv8을 지원하는 모든 소프트웨어는 RK3399에서 실행될 수 있습니다.
생태학
ARM이라고 할 때, 우리는 영국에 본사를 두고 있지만 소프트뱅크에 인수되어 일본 기업이 된 6,000명의 직원의 기업 스토리나, 5,000페이지가 넘는 책 [ARMv8]에 별로 관심을 기울이지 않습니다. 온라인으로 공개적으로 이용 가능합니다. 지침 세트 매뉴얼].
하드웨어 측면에서는 Qualcomm의 Snapdragon, MediaTek의 Dimensity, Huawei의 Kirin, Samsung의 Galaxy, AWS의 Graviton, Apple의 Family Bucket과 Android, iOS, Red Hat, Ubuntu, SUSE, Kirin OS 등의 소프트웨어 측면에 대해 자세히 언급했습니다. 모두 ARM 생태계 에 있습니다 .
우리의 초점은 전체 ARM 생태계에 있습니다.
마찬가지로, x86에 대해 이야기할 때 x86 생태계의 Intel과 AMD뿐만 아니라 Microsoft, Linux, Oracle, SAP 등도 지칭합니다.
하지만 x86은 공개적으로 승인된 명령어 세트가 아니며 Intel과 AMD뿐만 아니라 신규 진입자도 x86 명령어 세트를 사용할 가능성은 거의 없습니다.
상대적으로 말하면 ARM과 RISC-V는 모두 공개 인증 명령어 세트입니다.
ARM은 상업적으로 인증된 명령어 세트이고 RISC-V는 오픈 소스 명령어 세트입니다.
CPU 코어, 즉 마이크로 아키텍처의 경우 둘 다 상용 인증 모델이므로 결제가 필요합니다.
마이크로프로세서 분석으로 유명한 산업분석업체 린리그룹(Linley Group)은 2017년 RISC-V 컨퍼런스에서 기조연설을 하며 가장 인기 있는 명령어 세트 페이지를 보여줬다. ARM이 가장 많은데, 파이 차트로 보면 압도적인 장점이다.
하지만 매출 기준으로 계산하면 x86은 단가(ASP, 평균판매가격)가 높아 가장 수익성이 높은 명령어 세트다.
즉, 현재 가장 인기 있는 두 가지 교육 세트 중 하나는 돈을 벌고 다른 하나는 사람을 만듭니다.
명령어 세트 개발
Intel이 x86 명령어 세트를 출시했을 때 이미 10,000명의 직원이 있는 공장이었고 PC라는 핵심 시장도 장악했습니다. 당시 Microsoft는 10명 미만의 직원으로 설립된 지 얼마 되지 않았습니다. 따라서 이는 하드웨어를 구축하는 과정입니다. 먼저 소프트웨어를 구축한 다음.
그리고 ARM은 자신만의 유연한 라이선싱 모델을 바탕으로 텍사스 인스트루먼츠(Texas Instruments)라는 대형 선박을 앞세워 휴대폰 시장에 진출해 피처폰 시대 휴대폰의 핵심 시장을 석권했다.
그 다음은 노키아의 휴대폰 운영체제인 심비안(Symbian), 그리고 안드로이드(Android)였다.
모바일 인터넷 시대에는 ARM도 운이 좋다.인텔은 애플의 커스터마이징 요구 사항에 동의하지 않았기 때문에 애플은 기성 CPU IP인 ARM을 선택했고, iOS 시스템도 기존 명령어 세트를 사용해 구축했다.
그래서 ARM이 따라잡는 것은 하드웨어 통합, 소프트웨어 분할, 그리고 하드웨어에 맞추는 과정이다.
2010년부터 시작된 RISC-V는 어떤가요? 중국과학원 컴퓨터기술연구소 바오윈강 선생님의 해석과 소개를 읽어보시길
권합니다 . Bao 선생님의 팀은 "오픈 소스 지침 세트 가이드"라는 부제의 RISC-V 매뉴얼을 번역했습니다. http://riscvbook.com/chinese/RISC-V-Reader-English-v2p1.pdf
RISC-V의 탄생과 발전
여기서는 단순히 내 관점에서 RISC-V에 대해 이야기하겠습니다.
RISC-V는 미국 UC Berkeley University에서 탄생했으며, 원래 교육용으로 공개된 교육용 세트였습니다.
그러나 RISC-V는 단순화, 고효율, 낮은 에너지 소비, 모듈성, 확장성, 자유롭고 개방적, 역사적 부담이 없고 비효율적인 지시 등의 장점으로 인해 빠르게 순환에서 벗어나 RISC-V 팀은 그 가치를 깨달았습니다. , 상업적 탐사를 위해 시장에 출시하기로 결정되었습니다.
RISC-V 아키텍처는 단순한 설계 철학을 고수하고 역사적 부담을 완전히 버리고 가볍게 시작했으며 컴퓨터 아키텍처의 도움으로 수년간의 개발을 거쳐 비교적 성숙한 기술이 되었습니다.
RISC-V 기본 명령어 세트에는 40개 이상의 명령어와 기타 모듈식 확장 명령어, 총 수십 개의 명령어가 있습니다.
RISC-V 사양 문서의 길이는 145페이지에 불과하며, "특권 아키텍처 문서"와 같은 중요한 내용은 91페이지에 불과합니다.
ARM이 IP 인증 비즈니스 모델을 사용하여 CPU 설계의 어려움을 줄이고 정보 기술 세계를 범용 프로세서 시대로 가져온다면 RISC-V는 무료 오픈 소스 명령어 세트 모델을 사용하여 CPU의 설계 임계값을 낮춥니다. IP 및 칩 제작 업계는 CPU IP로 가득 찬 시대에 들어섰습니다.
RISC-V는 현재 200명 이상의 회원을 보유하고 있으며, 주요 제조사의 로고 사진을 보실 수 있습니다. 이 사진은 RISC-V 재단에서 제공한 것입니다.
비즈니스 모델
그러나 모든 기술이나 비즈니스 모델의 장점은 결국 상업적 성공으로 바뀔 것입니다.
현재 RISC-V에 참여하는 기업은 대부분 중소기업이거나 대기업의 소규모 프로젝트에 참여하고 있어 특별한 수익은 없다.
그렇다면 상업적 성공이란 무엇입니까?
내 경험과 ARM 성공의 역사를 요약하여 명령어 세트의 성공적인 신호로 세 가지 RISC-V를 나열했습니다.
최신 기술을 갖춘 SoC 대량 생산
소프트웨어 지원 마일스톤
킬러 애플리케이션 지원 또는 핵심 시장에서 25% 시장 점유율
어느 것 하나면 충분하다고 생각합니다. 물론 결국 하나가 되겠지만 성공의 출발점은 다음과 같습니다. 그 중 하나를 이기는 것입니다.
이것을 보고 여전히 RISC-V에 관심이 있다면 "The New Golden Age of Computer Architecture"(중국어판(Wu Jin: 2018 Turing Lectures: The Golden Age of Computer Architecture)) 기사를 읽어 보시기 바랍니다. RISC-V에 대한 새로운 이해.
- 컴퓨터 아키텍처의 새로운 황금 시대
https://www.doc.ic.ac.uk/~wl/teachlocal/arch/papers/cacm19golden-age.pdf - 기계심장 번역
https://www.jiqizhixin.com/articles/2019-01-30-12
범용 CPU로 본다면 늦게 탄생했지만, 도메인 특정 아키텍처(DSA)로 본다면 이 모듈형 설계는 매우 가치가 있으며, 최초로 표준을 정립한 셈이다. 오픈소스이고 개방적이기 때문에 파편화된 생태계는 축적될 때 더 유연하고 효율적이며, 더 크게 성장할 수 있는 기회가 더 많습니다.
하지만 생태계는 항상 통일되어야 하고 누군가는 유연성과 표준 사이의 균형을 마스터해야 한다고 말하고 싶습니다. 그렇지 않으면 소프트웨어 투자가 보장될 수 없고 결국 엉망이 될 것입니다.
마지막으로 1992년 마이크로프로세서 포럼의 오래된 사진으로 마무리하겠습니다.
명령어 세트는 기술적으로 특별히 어려운 프로젝트는 아닙니다. 1960년대 IBM의 모든 컴퓨터에는 고유한 명령어 세트와 도구가 있었습니다.
1992년에는 그 그림에 대한 완전한 지침도 있었습니다.
우리 칩 업계에서는 기업이 죽기 쉽다고 하는데 실제로는 사진 속 기업의 절반 이상이 남아 있고, 명령어 세트도 2개밖에 남지 않았습니다.
컴퓨터 명령어 세트의 개발은 "긴 경사면에서 굴러가는 눈덩이"입니다. 깨지지 않는 핵심이 있어야 하며, 그렇지 않으면 생태계가 쪼개질 수 없으며 계속해서 꾸준히 굴러야 합니다. 즉 진화를 유지하고 유지해야 합니다. 시대에 맞춰.
물론, 이 "경사면"은 후기 단계에서 눈 덮인 산의 추진력을 갖고 충분히 큰 용량을 갖춘 핵심 시장을 확보할 수 있을 만큼 충분히 길고 커야 합니다.
마지막으로 몇 가지 여담에 대해 이야기하고 싶습니다. 인터넷에서 어떤 정보를 읽을 때 다른 사람들이 말하는 것을 완전히 믿을지는 모르겠지만 그렇지 않을 것입니다.
지금 우리가 보고 있는 기사 중 일부는 일부 회사의 홍보 부서에서 작성한 초안이므로 실제 상황을 직접적으로 나타낼 수 없습니다.
그래서 일반적으로 저는 글을 읽을 때 먼저 글의 출처와 글쓴이의 배경을 살펴봅니다.
나도 평범한 사람이고, 일부 이해에 내 자신의 생각을 추가할 것이므로 시작 문장에서 나를 알게 된 다음 나에게 추가할 보정 계수를 결정하십시오.
명령어 세트에 관해서는 자유롭게 이야기하고 알고 있는 내용을 이야기할 수 있으며, 댓글란에 메시지를 남겨주시면 됩니다.
칩에 대해 더 알고 싶다면 클릭하여 내 칼럼 "Speaking Through Chips"를 읽어보세요.
2023-08-11