1. Введение (RISC-V)

Высокий темп новых разработок в конструкции информационно-вычислительных систем в немалой степени обязан тщательному проектированию интерфейсов между компонентами системы. В конструкции вычислительных систем интерфейсы представляются как уровень абстракции, давая возможность научным сотрудникам экспериментировать с архитектурой одного компонента, не вмешиваясь в функциональность другого.  Возможно, аппаратный/программный интерфейс является самым важным уровнем абстракции в вычислительных системах. Как мы видим, данное замечание не рассматривалось вплоть до появления IBM 360 , т.е. спустя 15 лет после выпуска вычислительных машин с хранимой программой. На тот момент , компания IBM анонсировала линейку из вычислительных машин различной стоимости и производительности, в которых использовалось идентичное программное обеспечение. IBM представили понятие архитектуры системы команд (ISA) как объект, выделяющийся среди аппаратной реализации, и тот факт, что IBM 360 изжила своих предшественников не является случайным стечением обстоятельств.

Относительно недавно, открытые коммуникационные и вычислительные стандарты, такие как Ethernet и арифметика с плавающей запятой, подтвердили свой значительный успех в вычислительных системах. Они позволили развить конкуренцию на свободном рынке по техническим аспектам, поддерживая совместимость данных и взаимосвязь вычислительных систем. Поэтому поразительно то, что все сегодняшние популярные АСК являются проприетарными стандартами. Разумеется, владельцы прав на проприетарную АСК стремятся защитить свою интеллектуальную собственность, однако поддержка данных проприетарных стандартов завело внедрение новых разработок в тупик и тем самым искусственно завысило стоимость микропроцессоров. Тем не менее, как мы видим , нет никаких веских технических причин для такого положения дел.

Мы же стремимся изменить в корне существующую ситуацию в сфере вычислительных систем. Данная диссертация описывает исполнение архитектуры набора команд RISC-V, полностью открытой и свободной АСК. RISC-V создаётся и улучшается по прообразу архитектуры компьютера с сокращённым набором команд (RISC) , которая эффективно используется уже на протяжении тридцати лет. В результате разработки на свет появилась свободная, простая и модульная АСК, которая хорошо подходит как для маломощных встраиваемых систем, так и для высокопроизводительных вычислительных машин.

Наши амбиции не всегда были такими огромными. Юнсап Ли (Yunsup Lee), Крсте Асанович (Krste Asanovic), Дэвид Паттерсон (David Patterson) и я продумали RISC-V летом 2010 как АСК для исследования и образования в Беркли (Berkeley). Два наших исследовательских предприятия, RAMP Gold и  Maven, свернулись. Данные проекты базировались вокруг АСК SPARC и слегка модифицированной АСК MIPS соответственно, и мы стремились унифицировать их в единую архитектуру для следующего этапа проектов. По причинам, рассмотренными в главе 2 , мы не обнаружили интерес ни к архитектуре SPARC, ни к MIPS. После взвешивания наших вариантов, на что мы рассчитывали в течение семестра исследовательских работ , мы начали делать проект с чистого листа на новой АСК. Сказать, что мы недооценили задачу было бы благородной недосказанностью: мы завершили проектировать архитектуру системы команд пользовательского уровня четыре года спустя. Амбициозный проект оказался гораздо глубже, чем просто как инженерная задача. Повторное исследование проблем проектирования АСК подняло любопытные вопросы и, в конце концов, привело к архитектуре, превосходящей своих предшественников, основанных на RISC.


Автор: Andrew Shell Waterman

Источник: https://people.eecs.berkeley.edu/~krste/papers/EECS-2016-1.pdf


Оглавление