Arm vs. RISC-V: ¿Es uno mejor que el otro?

Si desea hacer una CPU, y no es AMD o Intel, hay dos opciones reales: ARM y RISC-V. Pero, ¿cuáles son las diferencias entre los dos y por qué las empresas eligen una sobre la otra? Estas preguntas están fundamentalmente entrelazadas con filosofías diferentes sobre el hardware de código abierto y lo que es mejor para el procesador y la industria informática.

• ¿Qué son ARM y RISC-V?
• código cerrado frente a código abierto
• ¿Por qué elegir ARM o RISC-V?

Contenido

• ¿Qué son ARM y RISC-V?
• Código cerrado vs. código abierto
• ¿Por qué elegir ARM o RISC-V?

¿Qué son ARM y RISC-V?

ARM y RISC-V son arquitecturas establecidas por instrucciones o ISA. El ISA es la base de un procesador y es el componente más fundamental y básico de cualquier CPU. Ambos ISA son diseños de computadora (o RISC) reducidos, lo que significa que las instrucciones base a las que tiene acceso a la CPU son inherentemente simples pero idealmente rápidas de calcular. El R en el brazo en realidad significa RISC (aunque el ARM ya no se trata como un acrónimo), por lo que en este sentido los dos ISA son similares.

El diseñador original de ARM era Acorn Computers, con sede en Gran Bretaña. En 1990, las computadoras de Acorn se separaron del equipo de diseño de la CPU en máquinas RISC avanzadas, el modelo de negocio de licencias de ARM Ltd. ARM se originó en los años 90 a través de una asociación con Apple, que ayudó a desarrollar la arquitectura ARM6 que se lanzó en 1992. Desde entonces, Arm tiene He estado licenciando la arquitectura ARM a las empresas que pueden pagarla.

RISC-V, por el contrario, es una ISA totalmente abierta y libre de regalías. Comenzó al desarrollo en 2010 como un proyecto del Laboratorio de Computación Paralela de UC Berkeley, pero en el transcurso de 5 años se convirtió en algo mucho más grande. Finalmente, 36 compañías tecnológicas se unieron para apoyar RISC-V y fundaron la Fundación RISC-V. En 2020, la Fundación RISC-V se renombró a sí misma Risc-V International.

ARM y RISC-V están lejos de ser los únicos ISA en el mercado, pero están entre los más populares aparte de X86 (que es exclusivo de Intel y AMD) y Power (que hasta hace poco era exclusivo de IBM y ahora es de código abierto ).

Una de las motivaciones comunes para ARM y RISC-V es su enfoque diferente para el ISA de código cerrado X86, que fue, hasta hace muy poco, el ISA más utilizado en el mundo en varios mercados. El X86 ISA no es tan universal o hegemónico como lo era antes, pero tanto Intel como AMD siguen siendo fuerzas dominantes en los mercados de escritorio, computadora portátil y servidores, además de ser fuerzas poderosas en algunos mercados más pequeños como consolas de juegos y redes 5G de redes 5G servidores.

Aunque tanto ARM como RISC-V están unidos en su deseo de alejar la cuota de mercado de X86, también están compitiendo entre sí. El modelo de negocio y la filosofía de diseño de Arm fueron uno de los factores motivadores detrás del desarrollo de RISC-V, y es un importante punto de disputa entre los dos ISA basados en RISC.

código cerrado frente a código abierto

En el corazón de las diferencias entre ARM y RISC-V está la cuestión del hardware cerrado y de código abierto. El brazo es de código cerrado, mientras que RISC-V es de código abierto. Probablemente haya oído hablar de estos términos en relación con el software, pero ¿qué significa esto para el hardware?

Básicamente se trata de propiedad intelectual (o IP) y derechos para usar esa propiedad intelectual. Por ejemplo, solo Intel y AMD pueden hacer procesadores modernos X86 porque por ley tienen los derechos de propiedad intelectual. El hardware de código abierto es casi lo contrario, ya que se centra en un diseño que todos pueden usar y modificarlo a medida que consideren conveniente. Aquí es donde las filosofías de ARM y RISC-V chocan, porque aunque ARM licencia sus arquitecturas (a diferencia de Intel y AMD), la compañía en última instancia también es un guardián.

Volvamos al modelo de negocio de cada ISA. El brazo ISA es propiedad de la compañía Arm Ltd, que gana dinero mediante la licencia de la arquitectura a las empresas que pueden pagarla. Los núcleos básicos de ARM están diseñados y desarrollados por Arm Ltd, y compañías como Apple y Qualcomm pueden agregar a esos núcleos para satisfacer sus necesidades.

Apple M1 y Qualcomm Snapdragon CPU siguen siendo brazos, pero están personalizados. Es como la diferencia entre las CPU Intel y AMD, y a pesar de las vastas diferencias entre Core y Ryzen o Xeon y Epyc, todas todavía son CPU X86.

Sin embargo, las empresas que usan el brazo ISA no pueden modificar el núcleo básico en sí. RISC-V International y las empresas que usan RISC-V ven esto como una limitación importante, y combinadas con las tarifas de licencia hace que el uso de ARM no sea deseable. Entonces, ¿qué alternativa proporciona RISC-V?

Para empezar, las empresas pueden usar el RISC-V ISA de forma gratuita: sin tarifas de licencia, sin regalías, sin cuerdas adjuntas. Las empresas también pueden hacer lo que quieran con los núcleos RISC-V. Esto definitivamente reduce la barrera de entrada para hacer cualquier CPU, personalizada o no.

Pero, como los proponentes de software de código abierto tienden a decir, el código abierto no significa gratis. Las empresas que usan RISC-V no están obligadas a compartir sus innovaciones con cualquier persona, aunque son libres de licenciar y vender su IP al igual que ARM puede.

Tanto Arm Ltd como Risc-V International quieren avanzar en la industria informática, pero tienen diferentes ideas sobre la mejor manera de hacerlo. Esencialmente, la diferencia entre ARM y RISC-V se reduce a cuánto puede decidir y limitar una autoridad central.

¿Por qué elegir ARM o RISC-V?

Para responder a esta pregunta, hablamos a la CEO de Risc-V International, Calista Redmond. Explicó que una vez que los fabricantes de chips podrían manejar cada parte de la fabricación mismos, hoy la mayoría de las empresas tienen que trabajar con otras compañías para hacer las cosas. ARM licencia su ISA a Apple, que Fabs en TSMC, por ejemplo. Redmond me explicó que este cambio en la industria ayudó a crear la apertura para RISC-V, pero argumentó que también había otro factor crucial: el mercado en constante expansión de los procesadores personalizados.

Muchas industrias buscan cada vez más integrar chips de computadora en el negocio, y Redmond afirmó que solo RISC-V podría atender a una multitud tan diversa de clientes. La modularidad inherente de Risc-V y la libertad de diseño lo convierten en la elección ideal, argumentó. Además, en comparación con el brazo, no hay necesidad de negociaciones y tarifas de licencia, lo que hace que sea más rápido y más barato usar RISC-V. Si una empresa no quiere usar el diseño básico de RISC-V y tampoco quiere diseñar uno por sí solo, puede funcionar con otras compañías de RISC-V para licenciar IP, que puede ser más barato que pasar por el brazo.

También tenía curiosidad por las empresas que usan RISC-V. Intel, por ejemplo, es miembro de RISC-V International, pero también fabrica procesadores X86. ¿No vería Intel a Risc-V como un competidor, no como socio? Redmond explicó que se trata de los diversos negocios de Intel. Intel hace CPU x86, pero también poseen sus propios fabs, una característica ahora única de la estructura de Intel. Es más rentable para Intel a los procesadores Fab RISC-V que no hacerlo.

Otro miembro de RISC-V, NVIDIA, considera que las CPU RISC-V son una adición significativa a sus GPU, incluso cuando la compañía seguía un acuerdo para adquirir el brazo.

Ted Speers, jefe de arquitectura y planificación de productos en Microchip y miembro de la Junta de Risc-V International, nos dijo que donde su subsidiaria, Microsemi, una vez usó el brazo en su sistema en diseños de chips (S0C), hoy sus SoCs insignia están Basado en las CPU RISC-V en su lugar. Según Speers, esto se redujo a los costos de desarrollo y licencia más bajos, una mejor perspectiva y flexibilidad a largo plazo, y una mejor capacidad para satisfacer las necesidades únicas que tendría un SoC Microsemi FPGA. También señaló que dado que Microsemi no estaba especialmente incrustado en el ecosistema del brazo y no confió particularmente en el brazo Isa, la transición no fue tan difícil como podría haber sido.

Por su parte, ARM afirma que tiene mucho más dinero para financiar I + D y desarrollar tecnología para sus clientes, mientras que RISC-V International no proporciona y simplemente proporciona una ISA. ARM también planteó la preocupación de que el uso de RISC-V podría resultar en una fragmentación, que es básicamente una falta de estándares en toda una industria que crea un obstáculo para la compatibilidad tanto en hardware como en software. Dado que ARM proporciona núcleos estandarizados, se evita el riesgo de fragmentación. Mientras que RISC-V ve esta estandarización como una debilidad, Arm argumenta que es una fortaleza.

El brazo plantea un buen punto. Muchas compañías están perfectamente contentas con la tecnología que proporciona, a pesar de que nadie puede modificarla por completo. Apple está haciendo potentes CPU ARM no solo para MacBooks sino también de Mac Desktops, y se espera que la CPU de Graviton Server de Amazon brinde algo de competencia a Xeon de Intel y EPYC de AMD. También es útil que Android OS pueda ejecutarse básicamente en cualquier teléfono inteligente.

Sin embargo, ¿deberían todos usar el brazo solo para asegurarse de que todo esté en el mismo ISA? No es intuitivo que mi teléfono tenga los mismos núcleos de CPU que el FPGA SoC de Microsemi, por ejemplo. El brazo de razonamiento me dio por usar su ISA en lugar de RISC-V parece un poco inestable fuera de las computadoras y servidores del usuario final.

En última instancia, se decidirá en el mercado qué ISA es superior. Durante años, la fortaleza de Arm ha sido teléfonos, pero la ISA está viendo un uso creciente en otros sectores. Productos como Galaxy Book GO de Samsung, una computadora portátil de Windows a base de brazo, y los MacBooks alimentados con M1 de Apple son desafiantes a Intel y AMD en el mercado de laptop. Amazon y Ampere están desarrollando CPU del servidor ARM, otra expansión en territorio tradicionalmente X86.

Mientras tanto, Risc-V ve su mayor vía para la expansión en el sector industrial, los dispositivos IoT y A.I. Este no es el tipo de Brawl de Arm vs. X86 que estamos viendo hoy, pero es difícil imaginar que Arm esté bien con RISC-V potencialmente arrinconando estos mercados emergentes. Para 2025, RISC-V está muy seguro de que tanto como el 14% de todo el mercado de CPU utilizará procesadores RISC-V.

Tendremos que esperar y ver qué visión del futuro resulta ser correcta, pero parece claro por ahora que tanto el hardware RISC-V como el ARM tienen un lugar en el mercado.