تعرّف على معمارية المعالجات RISC-V المفتوحة المصدر واختلافاتها عن العمالقة Intel و ARM

عند الحديث عن وحدات المعالجة المركزية (CPU) وأنواعها المختلفة، ستجد أنّها متنوّعة بشكل كبير اليوم، حيث أنّ هنالك مئات الأسماء والإصدارات التي ظهرت خلال العقدين الماضيين فقط، ولكن في الواقع فإنّ تلك المعالجات ليست مختلفة بالشكل الذي تبدو عليه، حيث أنّ معظمها اليوم مبني على معمارية x86 الخاصة بشركة Intel ومعمارية ARM الخاصة بشركة ARM التي تحمل نفس الاسم أيضاً، ولكن يبدو أنّ هنالك لاعب جديد قد يكون قادراً على تغيير هذا السوق مرة واحدة وللأبد.

لسنوات طويلة بقيت هاتان المعماريتان مسيطرتين على السوق بالكامل تقريباً، حيث أنّ معظم الحواسيب والهواتف وغيرها من الأجهزة الإلكترونية تعتمد أما على x86 أو ARM بشكل أو بآخر، ولكن اليوم ومع مرور أكثر من عشر سنوات على إطلاق معماريّة RISC-V، يبدو أنّها أصبحت قادرة على منافسة كل من x86 وARM في بعض الجوانب، وفي هذا المقال سنتكلّم عن هذه المعمارية الجديدة وما ستقدّمه في سوق المعالجات فتابعوا معنا للتعرف عليها.

تعتمد معماريات المعالجات بشكل رئيسي على مجموعة من التعليمات الأساسيّة التي يستطيع المعالج فهمها وتنفيذها، وبعيداً عن التعقيدات والاختلافات الموجودة اليوم، فإنّ مجموعات التعليمات الخاصة بالمعالجات تقسم إلى فئتين رئيسيتين، الأولى عبارة عن مجموعة تعليمات معقّدة وطويلة تدعى CISC كتلك التي تستخدمها Intel، أمّا الثانية فهي تكون مبسّطة مع مجموعة تعليمات أقصر وتدعى مجموعة تعليمات RISC التي تستخدمها ARM.

تاريخ مجموعة تعليمات RISC يعود لثمانينات القرن الماضي، فقد قامت الكثير من الشركات بتصميم معماريات معالجات بالاعتماد عليها بما في ذلك ARM بالطبع، وبالنسبة لمعمارية RISC-V (حيث V يرمز للعدد 5) فقد كانت الإصدار الخامس الذي قامت بتطويره جامعة كاليفورنيا، والذي كان بداية لمشروع RISC-V في عام 2010، حيث أنّ هدفه الرئيسي يتمثّل بتأمين معمارية معالجات مفتوحة المصدر يمكن للجميع استخدامها على عكس باقي المعماريات التي لا يمكن الحصول عليها مجاناً.

منظّمة RISC-V International هي المسؤولة عن تطوير وإدارة المشروع، وقد قامت بنقل مقرّها الرئيسي في عام 2019 من الولايات المتّحدة إلى سويسرا بسبب المخاوف المرتبطة بتشريعات وقوانين الولايات المتّحدة التي قد تؤثّر على هدف المشروع.

من الطبيعي توقّع أن تكون RISC-V مختلفة بشكل كبير عن معمارية x86 التي تعتمد مجموعة تعليمات CISC، ولكنّها أيضاً تقدّم الكثير من الميزات الأخرى عند المقارنة مع ARM التي تعتمد مجموعة تعليمات RISC أيضاً، وفيما يلي قائمة بأهمّ تلك الميزات:

على عكس كل من x86 التي لا يمكن الحصول على تراخيص استخدامها وARM التي تقوم بأخذ نسبة أرباح مقابل السماح للشركات الأخرى باستخدام تراخيص تصاميمها، فإنّ معمارية RISC-V مفتوحة المصدر ومتاحة بشكل مجاني للجميع لاستخدامها، أي أنّ تراخيصها شبيهة بعض الشيء بما تقدّمه البرمجيات مفتوحة المصدر مثل Linux ولكن ضمن العتاد المادّي للحواسيب بدلاً من البرمجي.

تعتبر هذه الميزة هي العامل الرئيسي الذي ساعد على انتشار RISC-V، حيث أنّ ذلك فتح المجال أمام الكثير من الشركات وحتى المنظمات والجامعات المختلفة لتجربتها دون الحاجة للقلق حول التكلفة المادّية.

يعود تاريخ انتشار معماريات x86 وARM لثمانينات وتسعينات القرن الماضي، وبذلك فقد شهدت الكثير من التحديثات والتغييرات خلال تلك الفترة، وبسبب ذلك فقد ازداد تعقيدها بسبب تواجد الكثير من التعليمات والمعايير القديمة التي ما زالت موجودة ضمن تلك المعماريات حتى اليوم.

تتميّز RISC-V في هذا الجانب بكونها تعتبر حديثة العهد بالنسبة لمعمارية معالجات، وبذلك فقد تمّ تصميمها منذ البداية لتناسب احتياجات العصر الحالي بحيث تكون خالية من المعايير والتعليمات القديمة التي ما زالت موجودة ضمن x86 وARM، وذلك فضلاً عن كون تعليماتها الحالية تعتبر سهلة الفهم ويمكن لأي شركة التعامل معها واستخدامها بحسب احتياجاتها.

تأتي RISC-V مع بعض التعليمات الثابتة التي لا يتمّ تغييرها عند إطلاق تحديثات جديدة للمعمارية، وبذلك لن تجد الشركات صعوبة في التعامل مع الإصدارات الحديثة منها أو دمجها مع الإصدارات القديمة الخاصة بها. وعلى الرغم من بساطة تعليمات RISC-V، فهي تقبل إضافة تعليمات وخصائص أخرى للمعماريّة بحيث تناسب التطبيقات والاستخدامات التي قد تكون مخصّصة لغرض واحد أو مهمة واحدة فقط، وبذلك ستجد الشركات سهولة في تصميم معالجات وشرائح إلكترونية قادرة على تنفيذ المهام المطلوبة منها وبجهد أقل أيضاً.

عند الحديث عن توفير استهلاك الطاقة دائماً ما تكون معمارية ARM في مقدّمة أي تصنيف يتعلّق بالمعالجات، ولكن في الواقع فإنّ معمارية RISC-V تقدّم مجالاً أوسع لتصميم معالجات تستطيع استهلاك قدر أقل من الطاقة حتى، وذلك بسبب بساطة تعليماتها وإمكانيّة إضافة الميزات المرغوب فيها فقط للتصميم المطلوب، وبذلك لن يتضمّن المعالج أي تصاميم أو ميزات غير ضرورية قد تؤدّي لصرف طاقة أكثر كما هو الحال مع باقي المعماريات.

يضمّ مشروع RISC-V مئات الأعضاء من الشركات والجامعات والمنظمات التي تساهم في تطوير المعمارية أو تستخدمها، ومن ضمنها ستجد الكثير من الأسماء الكبيرة في المجال التقني بما في ذلك Google وSamsung وNvidia وWestern Digital، وهنالك شركة ناشئة تدعى Sifive تعتبر الأكثر أهميّة بالنظر لكون جميع منتجاتها تعتمد بشكل رئيسي على معمارية RISC-V، حيث تقوم بتصميم معالجات للكثير من الاستخدامات وبيعها للشركات الأخرى التي لا تريد تكبّد عناء تصميم المعالج بنفسها.

بدأت Western Digital الرائدة في مجال تصنيع أقراص التخزين بتصميم شرائح ومتحكّمات جديدة بالاعتماد على معمارية RISC-V، وصرّحت بأنّها ستبدأ باعتمادها ضمن منتجاتها القادمة، أمّا شركة Nvidia فقد بدأت باستخدام متحكّمات مدمجة ضمن بطاقات الرسوميات الخاصة بها باستخدام RISC-V أيضاً، ومن المتوقّع أن تستمرّ باستخدامها في هذا المجال حتى بعد إنهاء صفقة استحواذها الأخيرة على شركة ARM.

على الرغم أنّ معمارية RISC-V تمكّنت من تحقيق بعض النجاح في مجال الأجهزة الإلكترونية وبعض التطبيقات المرتبطة بها، فإنّ دخول سوق الحواسيب والهواتف الذكية لا يعتبر بالأمر السهل، حيث أنّ الكثير من المعماريات والشركات حاولت القيام بذلك وفشلت نتيجة الكثير من العوامل، والتي تعتبر التوافقيّة ودعم أنظمة التشغيل من أهمّها، فضلاً عن الجهد والوقت اللازم لتهيئة وتحديث أي حاسوب أو هاتف جديد لتشغيل RISC-V.

معمارية RISC-V تعاني من نفس السلبيات الخاصة بنظام Linux المفتوح المصدر أيضاً، حيث أنّ هنالك الكثير من التصاميم المعتمدة على RISC-V والتي تختلف بشكل كبير فيما بينها بحسب الشركة المسؤولة عنها، ومن الطبيعي توقّع أن التصاميم المختلفة لشركات مختلفة لن تكون متوافقة فيما بينها، خاصّة مع كون RISC-V تعطي الحريّة الكاملة للجميع لفعل ما يحلو لهم على عكس ARM التي تقوم بفرض بعض الشروط والقيود عند استخدام تصاميمها.

بشكل عام ما زالت RISC-V في بداياتها، حيث أنّها تحتاج لعدّة سنوات قبل أن تصبح جاهزة للانتشار بشكل أوسع، ولكنّ المشكلة ليست مسألة وقت فقط، حيث يجب على المنظّمة والمسؤولين عنها تطوير بيئة عمل ومعايير إضافيّة لدعم RISC-V لتصبح جاهزة للعمل ضمن نظام حاسوبي كامل بدون مشاكل.

في النهاية لا يمكن إنكار النجاح الذي حقّقته RISC-V خلال عقد واحد مقارنة بكثير من المعماريات الأخرى، وفي حال الاستمرار بتطويرها ودعمها سيكون الباب مفتوحاً أمامها للانتشار ضمن مجالات أكثر أهميّة، خاصّة مع زيادة المخاوف حول استحواذ Nvidia على ARM وما من الممكن أن تقرّر فعله مستقبلاً لتقييد منافسيها في مجال المعالجات.