RISC-V tương lai cho máy tính nhúng mã nguồn mở?
Như chúng ta đã biết, máy tính đơn bo mạch (Single Board Computer) hay máy tính nhúng ngày càng trở nên phổ biến hơn so với trước kia. Đồng thời với việc đó, các máy tính sử dụng kiến trúc vi xử lý RISC ngày càng được sử dụng nhiều hơn. Muốn biết kiến trúc vi xử lý (Instruction Set Architectures – ISA) RISC như thế nào? hãy xem lại bài viết này.
Giới thiệu về RISC-V
Trong giữa 2 trào lưu RISC và CISC đó thì đại diện tiêu biểu của CISC là AMD hoặc X86 là vô cùng phổ biến; còn đối với RISC thì chúng ta chỉ biết đến có ARM. ARM có một lịch sử khá lâu dài, từ năm 1983, khi mà RISC mới chỉ được biết đến và nghĩ ra, thì ARM Holding đã thiết kế các con chip sử dụng RISC và tạo ra một quy chuẩn thiết kế chip RISC. Cho đến tận ngày nay, có rất nhiều các hãng đã có thể sản xuất ra các chip RISC khác nhau, tốc độ khác nhau, tích hợp khác nhau .v.v nhưng họ đều phải trả tiền cho ARM Holding cho việc sử dụng kiến trúc quy chuẩn thiết kế chip RISC đó.
Các quy chuẩn thiết kế đó không phải là không có lợi. ARM nổi tiếng về hiệu suất cao và tiết kiệm năng lượng, được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị di động như điện thoại thông minh và máy tính bảng. Tuy nhiên, việc sử dụng giấy phép (license) của ARM Holding làm giá thành các con chip của các hãng sản xuất chip tăng thêm 1 chi phí đáng kể cho mỗi con chip, khiến giá thành của chip không thể rẻ thêm được. Ngoài ra, nếu các hãng sản xuất chip muốn thay đổi hoặc bổ sung các tính năng vào các con chip vi xử lý để làm tăng hiệu năng hay làm đặc biệt hóa sản phẩm của mình (điều mà họ hoàn toàn có thể làm được) thì lại không được phép vì ARM Holding không cho phép điều đó.
Điều đó nghe có vẻ phi lí, nhưng đó là sự thật. Chính vì thế RISC-V ra đời. RISC-V không có gì khác lạ, mà ngay trong cái tên đó đã mang hàm nghĩa sử dụng RISC. Nó chỉ khác đúng một điều RISC-V là mã nguồn mở và miễn phí (FOSS – Free and Open Source Software)
RISC-V khác gì?
RISC-V (đọc là risc-five) có một số điểm nổi trội, đặc biệt là so với các kiến trúc vi xử lý truyền thống như ARM, do những yếu tố sau:
1. Mở và Miễn Phí
- Tính mở: RISC-V là kiến trúc mã nguồn mở, nghĩa là bất kỳ ai cũng có thể sử dụng, chỉnh sửa và triển khai mà không cần trả phí bản quyền. Điều này giúp giảm chi phí sản xuất, đặc biệt là cho các công ty nhỏ hoặc startup muốn phát triển chip theo nhu cầu riêng.
- Tự do tùy chỉnh: Các nhà phát triển có thể dễ dàng tùy biến RISC-V cho các ứng dụng cụ thể, từ các vi xử lý nhỏ tiết kiệm năng lượng cho đến những hệ thống mạnh mẽ.
2. Linh Hoạt và Mở Rộng
- Thiết kế mô-đun: RISC-V được thiết kế theo dạng mô-đun, nghĩa là bạn chỉ cần tích hợp những phần của kiến trúc cần thiết cho ứng dụng của mình. Điều này giúp tối ưu hóa tài nguyên và tăng hiệu suất trong các lĩnh vực khác nhau, từ IoT đến AI.
- Dễ mở rộng: Cấu trúc cơ bản của RISC-V rất nhỏ gọn và dễ mở rộng. Điều này giúp nó dễ dàng được mở rộng và nâng cấp theo yêu cầu công nghệ, từ các hệ thống nhúng đến các máy chủ lớn.
3. Cộng Đồng và Hệ Sinh Thái Đang Phát Triển
- RISC-V đang thu hút một cộng đồng lớn từ các nhà nghiên cứu, công ty và tổ chức trên toàn thế giới. Điều này thúc đẩy sự phát triển nhanh chóng của cả phần cứng và phần mềm hỗ trợ cho RISC-V.
- Các công ty lớn như Nvidia, Google, và Alibaba đang tham gia và hỗ trợ RISC-V, cho thấy tiềm năng lâu dài và sức ảnh hưởng của nó trong tương lai.
4. Độc Lập và Không Ràng Buộc Pháp Lý
- Khác với ARM, RISC-V không bị ràng buộc bởi một công ty hay quốc gia cụ thể. Điều này giúp nó tránh được các vấn đề liên quan đến bản quyền và pháp lý trong thương mại quốc tế, đồng thời giúp các quốc gia và công ty tự do hơn trong việc phát triển công nghệ mà không lo ngại về các hạn chế từ bên ngoài.
5. Tối Ưu Chi Phí
- Việc không phải trả tiền bản quyền giúp giảm đáng kể chi phí phát triển và sản xuất chip, đặc biệt quan trọng trong những thị trường đòi hỏi sản xuất số lượng lớn như IoT hoặc các hệ thống nhúng.
Hiện tại của RISC-V
RISC-V đang phát triển mạnh mẽ và đã đạt được những bước tiến đáng kể:
- Tăng trưởng nhanh chóng: RISC-V đã thu hút sự quan tâm của nhiều công ty công nghệ lớn như Google, Nvidia, Alibaba, và Western Digital. Những công ty này đã bắt đầu sử dụng và đầu tư vào RISC-V trong các sản phẩm của họ, từ chip nhúng đến các bộ vi xử lý hiệu suất cao.
- Ứng dụng trong IoT và nhúng: RISC-V hiện tại được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị IoT, hệ thống nhúng, và các thiết bị nhỏ gọn, nơi cần những vi xử lý đơn giản, tiết kiệm chi phí và năng lượng. Các sản phẩm như cảm biến thông minh, thiết bị đeo, và robot nhỏ đã ứng dụng RISC-V vì tính tùy biến và tiết kiệm chi phí.
- Được hỗ trợ bởi các hệ sinh thái phần mềm: Các hệ điều hành và công cụ phát triển phổ biến như Linux, FreeBSD, GCC, và LLVM đã hỗ trợ RISC-V. Điều này giúp việc phát triển phần mềm cho RISC-V trở nên dễ dàng hơn, tăng tốc sự phổ biến của kiến trúc này.
- Hệ sinh thái phần cứng: Hiện nay, có nhiều loại chip và thiết bị dựa trên RISC-V đã ra mắt, bao gồm cả những bộ vi xử lý cho thiết bị nhúng, máy tính, và thậm chí cả chip dành cho siêu máy tính. Ngoài ra, rất nhiều công ty khác nhau ở các lĩnh vực khác nhau cũng đã quan tâm đến RISC-V và đã nghiên cứu việc tự chủ hóa các chip xử lý cho riêng mình. Dưới đây là chip RISC-V của Siemens.
Tương lai của RISC-V
RISC-V có triển vọng phát triển lớn nhờ các xu hướng công nghệ và nhu cầu mới:
- Sự phát triển trong lĩnh vực AI và HPC (High-Performance Computing): RISC-V đang dần được sử dụng trong các ứng dụng AI và điện toán hiệu năng cao. Những công ty như SiFive và Tenstorrent đang phát triển vi xử lý dựa trên RISC-V với hiệu năng cao, dành cho AI, xử lý dữ liệu lớn, và máy học. Điều này mở ra cơ hội cho RISC-V thâm nhập vào các thị trường cao cấp hơn.
- Tăng cường sự tự chủ công nghệ của các quốc gia: Nhiều quốc gia như Trung Quốc, Ấn Độ, và châu Âu đang quan tâm đến RISC-V vì không phụ thuộc vào các công ty công nghệ Mỹ như ARM hay Intel. Sự độc lập này giúp giảm thiểu rủi ro pháp lý và kinh tế do các tranh chấp thương mại. Ví dụ như Trung Quốc đã đầu tư mạnh vào RISC-V để phát triển các giải pháp vi xử lý riêng (https://jamestown.org/program/examining-chinas-grand-strategy-for-risc-v/) hay Ấn độ đang vươn mình trở thành hub thiết kế RISC-V toàn cầu (https://www.digitimes.com/news/a20231219VL201/india-risc-v-south-asia-startup.html)
- Cộng đồng phát triển lớn mạnh: RISC-V Foundation hiện có hàng nghìn thành viên và các tổ chức nghiên cứu, doanh nghiệp toàn cầu đang đóng góp vào hệ sinh thái. Sự phát triển của cộng đồng mã nguồn mở giúp kiến trúc này có tốc độ phát triển nhanh và mạnh hơn, với nhiều cải tiến công nghệ đến từ nhiều quốc gia khác nhau.
- Tăng cường sự hiện diện trong các thị trường thiết bị di động và máy tính cá nhân: Mặc dù hiện tại ARM vẫn chiếm ưu thế trong các thiết bị di động và máy tính cá nhân, nhưng RISC-V đang dần bước vào các thị trường này nhờ sự linh hoạt và khả năng tùy biến. Trong tương lai, với sự phát triển về hiệu năng và phần mềm, RISC-V có thể trở thành đối thủ đáng gờm của ARM trong lĩnh vực này.
- Hỗ trợ từ các chính phủ và tổ chức nghiên cứu: Nhiều tổ chức nghiên cứu và chính phủ các nước đang hỗ trợ mạnh mẽ cho RISC-V. Ví dụ, châu Âu và Trung Quốc đang đẩy mạnh đầu tư vào RISC-V để phát triển các nền tảng công nghệ tự chủ và giảm phụ thuộc vào các nhà cung cấp nước ngoài.
Kết luận
Hiện tại, RISC-V đã có những thành công nhất định trong các ứng dụng IoT và nhúng, với hệ sinh thái phần mềm và phần cứng ngày càng hoàn thiện. Một số bài báo đã viết, RISC-V là không tránh khỏi trong tương lai. Tuy nhiên cũng đã có những khúc mắc về bản quyền và kiện tụng giữa các cha đẻ của RISC-V, do vậy sẽ phải mất 1 thời gian nữa, RISC-V mới chính thức trở thành “của tất cả mọi người”
Còn trong tương lai, RISC-V hứa hẹn sẽ mở rộng ra các lĩnh vực như AI, điện toán hiệu năng cao, và thậm chí là di động, máy tính cá nhân, đồ đùng hàng ngày, gia dụng, đồ dùng các nhân v.v. nhờ tính linh hoạt, mở rộng, và khả năng tự chủ công nghệ. Việt nam chúng ta đang đặt ra các mục tiêu cao siêu như nghiên cứu sản xuất bán dẫn hay công nghệ bán dẫn, nhưng một thực tế hiển hiện trước mắt thì lại bỏ qua.
(bài viết có sự trợ giúp của AI và hoàn toàn là nghiên cứu cá nhân, vui lòng cân nhắc khi chia sẻ)
