Se você deseja construir um computador com componentes abertos, isso é viável – ao menos quando falamos de software. Contudo, o processador, o coração da máquina, geralmente é um produto proprietário. O RISC-V, uma arquitetura de processador de código aberto, está ganhando espaço rapidamente, com potencial para revolucionar a computação.
Uma Alternativa aos Projetos da Intel e ARM
No cenário atual, dois designs de processadores se destacam: os da ARM e o x86 da Intel. Embora ambas operem em grande escala, seus modelos de negócio são distintos.
A Intel projeta e fabrica seus próprios chips, enquanto a ARM licencia seus designs para outras empresas, como Qualcomm e Samsung, que os personalizam. A Samsung produz seus processadores internamente, mas a Qualcomm (e outras empresas sem fábricas) terceirizam esse processo.
O modelo da ARM exige que seus licenciados assinem acordos de confidencialidade, protegendo aspectos do design do chip. Isso é compreensível, já que seu modelo de negócio é baseado na propriedade intelectual, não na fabricação.
A Intel também mantém seus segredos de design protegidos. Sendo ambos os tipos de processadores produtos comerciais, acadêmicos e entusiastas de código aberto têm dificuldade em influenciar seus projetos.
O Diferencial do RISC-V
O RISC-V se distingue por não ser uma empresa. Ele foi idealizado em 2010 por acadêmicos da Universidade da Califórnia em Berkeley, como uma alternativa de código aberto e livre de royalties aos modelos existentes.
Assim como instalar o Linux em vez do Windows, o RISC-V dispensa a compra de licenças. Ele busca fazer o mesmo pela pesquisa e projeto de semicondutores.
A ARM licencia tanto a arquitetura do conjunto de instruções (ISA), que define os comandos que um processador entende, quanto a microarquitetura, que mostra como implementá-la.
O RISC-V oferece apenas a ISA, permitindo que pesquisadores e fabricantes decidam como utilizá-la, tornando-o adaptável a diversos dispositivos, desde chips de 16 bits de baixo consumo até processadores de 128 bits para supercomputadores.
Como o nome indica, o RISC-V utiliza os princípios de computação com conjunto de instruções reduzido (RISC), similar aos chips baseados em ARM, MIPS, SPARC e Power.
No coração de um processador, existem instruções, pequenos programas em hardware que dizem ao processador o que fazer.
Chips RISC geralmente têm menos instruções do que os chips com arquitetura CISC (conjunto de instruções complexo), como os da Intel. As instruções RISC também são mais simples de implementar.
Instruções mais simples permitem que os fabricantes de chips sejam mais eficientes em seus projetos. A desvantagem é que tarefas complexas são divididas em várias instruções menores por meio de software.
Por isso, RISC é apelidado de “Relegar a Coisa Importante para o Compilador”. Isso não é negativo. Para entender, é preciso compreender o que é um processador.
Processadores de telefones e computadores são compostos por bilhões de transistores. Em chips CISC, muitos transistores representam as diversas instruções disponíveis.
Chips RISC, com menos instruções, necessitam de menos transistores, liberando espaço para outros recursos, como caches, memória ou funções de processamento gráfico e IA.
A redução de transistores permite a fabricação de chips menores, característica comum em dispositivos IoT que usam chips RISC como MIPS e ARM.
A Busca por Velocidade
O licenciamento não é a única motivação para o RISC-V. David Patterson, pioneiro em projetos de processadores RISC, afirmou que o RISC-V foi criado para lidar com os limites de desempenho das CPUs, que podem ser atingidos com as melhorias de fabricação.
Quanto mais transistores em um chip, mais poderoso é o processador. Fabricantes como TSMC e Samsung buscam diminuir o tamanho dos transistores.
O primeiro microprocessador comercial, o Intel 4004, tinha 2.250 transistores de 10.000 nanômetros. Em contraste, o processador A14 Bionic da Apple, lançado 40 anos depois, possui 11,8 bilhões de transistores de 5 nanômetros.
Em 1965, Gordon E. Moore, cofundador da Intel, previu que o número de transistores em um chip dobraria a cada dois anos.
Moore escreveu: “A complexidade dos custos mínimos dos componentes aumentou em cerca de um fator de dois por ano. Certamente, a curto prazo, essa taxa pode continuar, se não aumentar. A longo prazo, a taxa de aumento é um pouco mais incerta, embora não haja razão para acreditar que ela não permanecerá quase constante por pelo menos 10 anos.”
A Lei de Moore deve perder efeito nesta década. Há dúvidas sobre se os fabricantes poderão manter essa tendência de miniaturização, tanto no plano científico quanto econômico.
Transistores menores são mais complexos e caros de fabricar. A TSMC investiu mais de US$ 17 bilhões em uma fábrica para chips de 5 nm. Diante desse desafio, o RISC-V busca soluções de desempenho além da redução de transistores.
Adoção do RISC-V por Empresas
O projeto RISC-V começou em 2010, com o primeiro chip fabricado em 2011. Três anos depois, tornou-se público, atraindo interesse comercial. Empresas como NVIDIA, Alibaba e Western Digital já utilizam essa tecnologia.
Curiosamente, o RISC-V não apresenta inovação inerente. A Fundação RISC-V observa em seu site: “A ISA do RISC-V é baseada em ideias de arquitetura de computador de pelo menos 40 anos.”
A inovação reside no seu modelo de negócio, ou na falta dele. Isso permite experimentação, desenvolvimento e crescimento. A Fundação RISC-V também afirma:
“O interesse surge porque é um padrão comum, livre e aberto para o qual o software pode ser portado, permitindo que qualquer pessoa desenvolva seu próprio hardware para executar o software.”
Atualmente, chips RISC-V atuam em servidores e como microcontroladores. Resta saber se eles desafiarão o duopólio ARM/Intel no mercado consumidor.
Se os atuais líderes estagnarem, um novo concorrente poderá surgir e mudar o cenário.