RISC در مقابل RISC-V در مقابل ARM: تفاوت چیست؟

برای تمایز بین RISC، RISC-V و ARM مشکل دارید؟ بیایید در مورد آن صحبت کنیم!

پردازنده مغز هر کامپیوتری است و به طور مداوم برای بهبود کارایی در حال تکامل است. طراحی یک پردازنده تعیین می کند که چه تعداد دستورالعمل می تواند انجام دهد و چقدر سریع و کارآمد می تواند آنها را انجام دهد. RISC، RISC-V و ARM اصطلاحاتی هستند که در طراحی پردازنده برای نشان دادن یک نوع پردازنده با استفاده از نوع خاصی از معماری مجموعه دستورالعمل (ISA) استفاده می‌شوند.

اگرچه معمولاً در رایانه‌های اصلی استفاده نمی‌شود، اما این پردازنده‌ها به تلفن‌های هوشمند، میکروکنترلرها، رایانه‌های تک‌برد و انواع دستگاه‌های IoT انرژی می‌دهند. برای کسب اطلاعات بیشتر در مورد آنها و تفاوت های آنها به ادامه مطلب مراجعه کنید.

توضیح معماری مجموعه دستورالعمل و RISC

درک تفاوت بین RISC، RISC-V و ARM ممکن است سخت باشد اگر ندانید CPU چگونه کار می کند و کد را اجرا می کند. بنابراین، قبل از شروع مقایسه این اصطلاحات، اجازه دهید ابتدا در مورد معماری مجموعه دستورالعمل ها و تفاوت آن با آنچه پردازنده معمولی رایانه شما استفاده می کند صحبت کنیم.

چه یک ریزپردازنده، یک میکرو کامپیوتر یا یک کامپیوتر رومیزی معمولی باشد، پردازنده‌های آنها همگی از معماری مجموعه دستورالعمل (ISA) استفاده می‌کنند. ISA بخشی از پردازنده است که شامل تمام دستورالعمل های اساسی است که یک پردازنده می تواند اجرا کند. این دستورالعمل ها اجزای سازنده یک برنامه کامپیوتری هستند. آنها معمولا پیچیده تر از جمع و تفریق اولیه شما نیستند.

به طور کلی دو نوع ISA در بازار در گردش است. آنها معماری RISC و CISC هستند. RISC مخفف عبارت Reduced Instruction Set Computer است در حالی که CISC مخفف Complex Instruction Set Computer است. هر دو معماری امروزه رایج هستند و x86 (پردازنده های اینتل و AMD) بهترین پردازنده است که از CISC و ARM (پردازنده های کوالکام و مدیاتک) به عنوان محبوب ترین معماری RISC استفاده می کند.

اساسا، RISC یک معماری کامپیوتری است که برای استفاده از دستورالعمل های کمتری نسبت به همتایان CISC خود طراحی و بهینه شده است. این دستورالعمل‌های کمتر و سایر فناوری‌های بهینه‌سازی مورد استفاده در معماری RISC به این نوع پردازنده‌ها اجازه می‌دهد تا انرژی کمتری مصرف کنند و برای تلفن‌های هوشمند، دوربین‌ها، ساعت‌های هوشمند و انواع دستگاه‌های IoT ایده‌آل هستند.

ARM چیست؟

ما ثابت کرده‌ایم که پردازنده‌های ARM از برترین معماری‌های RISC در بازار هستند. بنابراین، دقیقاً ARM چیست و چرا آنها محبوب ترین پردازنده های RISC هستند؟

قبل از RISC-V (که به زودی در مورد آن صحبت خواهیم کرد)، پردازنده های مبتنی بر ARM تنها گزینه برای کسانی بودند که می خواستند یک محصول الکترونیکی با استفاده از پردازنده های سفارشی خود بسازند.

Arm (با حروف کوچک “rm”) Ltd. شرکتی است که تراشه‌ها را برای تولیدکنندگان سخت‌افزار مختلف مانند اپل، مدیاتک، کوالکام و شرکت‌های کوچک‌تری مانند PINE64 طراحی و مجوز می‌دهد. آنها از منبع بسته ARM ISA خود برای طراحی ریزپردازنده های بسیار کارآمد و سیستم روی یک تراشه (SoC) استفاده می کنند. تمامی طرح های ساخته شده توسط Arm به عنوان پردازنده های Advanced RISC Machine یا به سادگی پردازنده های ARM (همه حروف بزرگ) شناخته می شوند.

جدا از اینکه یکی از اولین شرکت‌هایی است که طراحی‌های تراشه‌ها را به فروش می‌رساند و سفارشی می‌سازد، Arm به دلیل نوآوری‌های مستمر خود در طراحی‌های پردازنده‌های ARM ISA و ARM توانسته است طراح چیپ RISC غالب باشد.

مانند APU AMD که CPU و GPU را در یک قالب ترکیب می‌کند، پردازنده‌های ARM به ترکیب CPU، GPU، حافظه، DSP و مودم‌های مختلف در یک قالب یا تراشه معروف هستند – به این سیستم روی تراشه (SoC) می‌گویند. این ادغام نزدیک از چندین ماژول به پردازنده های ARM اجازه می دهد تا سریع و کارآمد باشند.

RISC-V چیست؟

RISC-V یک ISA استاندارد باز است که در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی توسعه یافته است. این ISA هیچ فناوری جدیدی را در بازار معرفی نمی کند، با این حال بسیاری گمان می کنند که آینده پردازنده های مبتنی بر RISC است. پس چرا؟

RISC-V مورد توجه شرکت هایی مانند آمازون، گوگل، کوالکام، اینتل، راک چیپ، سی فایو، سونی، زد تی ای و وسترن دیجیتال قرار گرفته است. این به این دلیل است که RISC-V یک ISA استاندارد باز است. RISC-V International (یک انجمن غیرانتفاعی برای RISC-V) به هر کسی اجازه می‌دهد تا بدون پرداخت هزینه از RISC-V ISA روی پردازنده‌های خود استفاده کند.

نکته مهم در مورد RISC-V توانایی آن در گسترش مجموعه دستورالعمل بر اساس هر فرآیندی است که تراشه شما برای یک محصول خاص نیاز دارد. RISC-V فقط با یک مجموعه دستورالعمل پایه از 47 دستورالعمل شروع می شود. این دستورالعمل ها شامل تمام قابلیت های اساسی است که یک تراشه برای کار و انجام کارهای اساسی نیاز دارد.

سپس طراحان آزاد خواهند بود که دستورالعمل‌هایی را به مجموعه دستورالعمل‌های پایه اضافه کنند تا به تراشه تمام قابلیت‌های مورد نیاز خود را بدون هیچ گونه عملکرد اضافی که استفاده نمی‌کند، اضافه کنند.

اگرچه RISC-V هنوز یک ISA نسبتاً جدید است، پتانسیل آن برای ارائه تراشه های تخصصی مقرون به صرفه و بسیار کارآمد برای کاربردهای مختلف چیزی است که آن را به یک ISA خاص تبدیل می کند.

ARM یا RISC V؟ که بهتر است؟

ARM و RISC-V ISA هایی هستند که از فلسفه طراحی RISC پیروی می کنند، بنابراین کدام یک بهتر است؟

برای مقایسه، در اینجا مقایسه عملکرد پردازنده SiFive P670 در مقابل پردازنده Arm Cortex-A78 است:

همانطور که در تصویر می بینید، Cortex-A78 از نظر حداکثر عملکرد تک رشته ای کمی جلوتر از P670 است. اگرچه Cortex-A78 در عملکرد خام برنده است، P670 چگالی محاسباتی Cortex-A78 را دو برابر می کند. این بدان معنی است که پردازنده SiFive P670 حداکثر عملکرد تک رشته ای قابل مقایسه را نسبت به Cortex-A78 ارائه می دهد که دو برابر اندازه فیزیکی P670 است.

در این مقایسه، پردازنده SiFive P670 بر Arm’s Cortex-A78 برای ارائه عملکرد مشابه تک رشته ای در نیمی از اندازه پیروز می شود. با این حال، باید توجه داشته باشید که Cortex-A78 در دسامبر 2020 از طریق Vivo X60 و X60 Pro منتشر شد، در حالی که P670 به تازگی در اول نوامبر 2022 معرفی شده است.

این تقریباً یک تفاوت دو ساله از نظر تحقیق و توسعه است. جدیدترین پردازنده‌های Arm اکنون بر روی ARMv9 ISA کار می‌کنند و ARMv8 را که Cortex-A78 استفاده می‌کند به‌طور چشمگیری بهبود می‌بخشد. برای در نظر گرفتن این موضوع، آخرین پردازنده‌های ARMv9 حدود 30 درصد عملکرد بالاتری ارائه می‌دهند و 50 درصد مصرف انرژی بیشتری دارند.

بنابراین، از نظر عملکرد خام، پردازنده‌های ARM همچنان پیشتاز هستند. اما با توجه به اینکه P670 SiFive دو برابر تراکم محاسباتی نسبت به Cortex-A78 ارائه می‌کند، به نظر می‌رسد پردازنده‌های RISC-V نسبت به پردازنده‌های ARM در زمینه فناوری‌های پوشیدنی که از استفاده از پردازنده‌های با اندازه کوچک‌تر سود زیادی می‌برند، برتری دارند.

RISC، RISC-V، و ARM معماری‌های مجموعه دستورالعمل‌های متفاوتی هستند

به طور خلاصه، RISC یک فلسفه طراحی است که از دستورالعمل های کمتری نسبت به پردازنده های رومیزی معمولی مانند x86 استفاده می کند. داشتن دستورالعمل‌های کوتاه‌تر و کمتر به پردازنده‌های RISC اجازه می‌دهد تا از مصرف انرژی بالایی برخوردار باشند.

ARM یک ISA منبع بسته مبتنی بر RISC است که برای پردازنده‌ها و SoCها به شرکت‌ها مجوز داده شده است. ARM ISA به Arm اجازه می دهد تا پردازنده های RISC با کارایی بالا مانند تراشه های M1 اپل را طراحی کند. از سوی دیگر، RISC-V یک ISA استاندارد باز مبتنی بر RISC است که هر کسی می‌تواند از آن برای طراحی تراشه‌های خود بدون پرداخت هزینه مجوز استفاده کند. ماهیت منبع باز آن اجازه می دهد تا RISC-V ISA بیشتر اصلاح شود و برای ساخت تراشه های تخصصی برای کارهای خاص گسترش یابد.

اگرچه ممکن است چندان مهم به نظر نرسد، اما این رقابت مداوم بین ARM و RISC-V مطمئناً برای همه مصرف‌کنندگان مفید خواهد بود، به خصوص وقتی صحبت از دستگاه‌های IoT، میکروکنترلرها، رایانه‌های تک بردی و دستگاه‌های دستی مانند گوشی‌های هوشمند و تبلت‌ها باشد. و چه کسی می‌داند، با تراشه‌های M1 اپل، پردازنده‌های مبتنی بر RISC ممکن است زودتر از حد انتظار با پردازنده‌های x86 رقابت کنند.

منبع مقاله