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Computación

RISC-V, código abierto para transformar radicalmente la industria de los chips

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RISC-V, un conjunto de instrucciones de estándar abierto, está cambiando la economía del diseño de los chips, y sacudiendo la dinámica de poder del sector tecnológico

  • por Sophia Chen | traducido por Ana Milutinovic
  • 30 Enero, 2023

RISC-V es una de las 10 tecnologías innovadoras de 2023 de MIT Technology Review. Explore el resto de la lista aquí.

Python, Java, C++, R. Desde que se inventó el ordenador hace casi 70 años, los humanos han ideado muchos lenguajes de programación y estos eran en gran parte, mezclas de palabras en inglés y símbolos matemáticos para ordenar a los transistores que cumplieran nuestras ideas.

Sin embargo, los interruptores de silicio en el procesador central de nuestro ordenador portátil no entienden de forma inherente la palabra for, o el símbolo "=". Para que un chip ejecute el código Python, el software debe traducir estas palabras y símbolos en instrucciones que un chip pueda utilizar.

Para ello, los ingenieros designan secuencias binarias específicas para que el hardware realice ciertas acciones. Por ejemplo, el código "100000" podría ordenar a un chip que agregue dos números, mientras el código "100100" podría indicar que copie un dato. Estas secuencias binarias forman el vocabulario fundamental del chip, conocido como conjunto de instrucciones del ordenador.

Durante años, la industria de los chips se ha basado en varios grupos de instrucciones patentados. En la actualidad, dos tipos principales dominan el mercado: x86, utilizado por Intel y AMD, y Arm, creado por la empresa homónima. Las compañías deben pedir la licencia para estos conjuntos de instrucciones, que pueden costar millones de dólares por un solo diseño. Debido a que los chips x86 y Arm usan diferentes lenguajes, los desarrolladores de software deben crear una versión de la misma aplicación que se adapte a cada conjunto de instrucciones.

Aunque últimamente, muchas empresas de hardware y software de todo el mundo han empezado a converger en torno a RISC-V, un conjunto de instrucciones disponible y abierto al público, lo que supone un cambio que podría modificar la industria de los chips de manera radical. Los defensores de RISC-V aseguran que este conjunto de instrucciones hace que el diseño de los chips de ordenador sea más accesible para empresas más pequeñas y nuevos empresarios al liberarlos de los elevados precios de las licencias.

"Ya existen miles de millones de núcleos basados en RISC-V, de todo tipo, desde auriculares hasta servidores en la nube", asegura Mark Himelstein, CTO de RISC-V International, organización sin ánimo de lucro que respalda la tecnología.

En febrero de 2022, la propia Intel destinó mil millones de dólares para desarrollar el ecosistema RISC-V, junto con otras prioridades. Aunque Himelstein predice que pasarán años hasta que los chips RISC-V se generalicen entre los ordenadores personales, Roma de Xcalibyte y DeepComputing, el primer portátil con un chip RISC-V, estuvo disponible en junio del 2022 para pedidos anticipados.

¿Qué es RISC-V?

RISC-V (pronunciado risk five, riesgo cinco en inglés) es un conjunto de normas de diseño, como Bluetooth, para los chips de ordenador. Esto se conoce como estándar abierto, lo que significa que cualquiera (Intel, usted o yo mismo) puede participar en el desarrollo de esos estándares. Además, cualquiera puede diseñar un chip de ordenador basado en el conjunto de instrucciones de RISC-V y ejecutar cualquier software para el mismo. Hay que tener en cuenta que la tecnología basada en un estándar abierto difiere de la tecnología de código abierto. El primero designa las especificaciones de la tecnología, mientras que el segundo se refiere al software cuyo código fuente está disponible de manera gratuita para su consulta y uso.

Un grupo de científicos informáticos de UC Berkeley (EE UU) desarrolló la base para RISC-V en 2010 como una herramienta de enseñanza para el diseño de chips, pero las unidades de procesamiento central (CPU) propietarias eran demasiado complejas y opacas para que los estudiantes aprendieran. Los creadores de RISC-V hicieron público el conjunto de instrucciones y pronto empezaron a responder a las preguntas al respecto. En 2015, un grupo de instituciones académicas y empresas, incluidas Google e IBM, fundaron RISC-V International para estandarizar el conjunto de instrucciones.

La versión más básica de RISC-V consta solo de 47 instrucciones, como comandos para sacar un número de la memoria y sumar números. No obstante, RISC-V también ofrece más instrucciones, llamadas extensiones, que permiten agregar funciones como matemática vectorial para ejecutar algoritmos de inteligencia artificial (IA).

Con RISC-V se puede diseñar un conjunto de instrucciones de chip que se adapte a las necesidades, lo que "brinda la libertad de crear un hardware personalizado y basado en aplicaciones", según Eric Mejdrich, experto en  nanoelectrónica en el instituto de investigación Imec (Bélgica).

Anteriormente, las empresas que querían una CPU compraban los chips comerciales, ya que diseñarlos desde cero requería demasiado tiempo y dinero. En especial, para los dispositivos más simples como alarmas o electrodomésticos de cocina, estos chips a menudo tenían funciones adicionales que podían ralentizar el procesamiento del aparato o desperdiciar energía.

Himelstein también menciona a Bluetrum, la empresa de auriculares con sede en China, como una historia de éxito de RISC-V. Los auriculares no requieren mucha capacidad informática, y la compañía descubrió que podía diseñar chips simples que usarían instrucciones RISC-V. "Si no hubieran utilizado RISC-V, habrían tenido que comprar un chip comercial con mucha más [capacidad] de la que querían, o habrían tenido que diseñar su propio chip, o conjunto de instrucciones. No querían nada de eso", explica Himelstein. 

RISC-V ayuda a "bajar la barrera de entrada" al diseño de los chips, indica Mejdrich. Los defensores de RISC-V ofrecen talleres públicos sobre cómo construir una CPU basada en RISC-V. Las personas que diseñan sus propios chips RISC-V ya pueden enviar esos diseños para fabricarse sin coste a través de una asociación entre Google, SkyWater -fabricante de semiconductores- y Efabless -plataforma de diseño de chips-.

¿Qué sigue para RISC-V?

Balaji Baktha, CEO de la start-up Ventana Micro Systems, con sede en el Área de la Bahía (EE UU), diseña chips basados en RISC-V para los centros de datos y señala que las mejoras de diseño realizadas, gracias a la flexibilidad de un estándar abierto, han permitido que estos chips realicen cálculos más rápido y con menos energía. En 2021, los centros de datos representaron alrededor del 1% de la electricidad total consumida mundialmente, y esa cifra ha ido en aumento en los últimos años, según la Agencia Internacional de Energía. Los chips RISC-V podrían ayudar a reducir esa huella, asegura Baktha.

Sin embargo, los chips de Intel y Arm todavía son populares, y no está claro si los diseños RISC-V los reemplazarán. Las empresas tienen que convertir el software existente para que sea compatible con RISC-V. Roma es compatible con la mayoría de las versiones de Linux, el sistema operativo lanzado en la década de 1990 que ayudó a impulsar la revolución de código abierto. Los usuarios de RISC-V deberán estar atentos a los desarrollos que "bifurcan el ecosistema", advierte Mejdrich. Por ejemplo, si alguien desarrolla una versión de RISC-V que se vuelve popular, pero es incompatible con el software diseñado para el chip original.

RISC-V International también debe lidiar con las tensiones geopolíticas que no coinciden con la filosofía abierta de esta organización sin ánimo de lucro. Su primera sede estuvo en EE UU, donde sufrieron críticas de los legisladores, ya que RISC-V podría provocar que el país pierda su ventaja en la industria de los semiconductores en favor de las empresas chinas, que serían más competitivas. Para evitar estas tensiones, la organización se mudó a Suiza en el año 2020.

De cara al futuro, Himelstein afirma que el movimiento se inspirará en Linux. La esperanza es que RISC-V facilite que más personas hagan realidad sus ideas para nuevas tecnologías. "Al final, veremos productos más innovadores", concluye Himelstein.

Sophia Chen es una periodista científica con sede en Columbus, Ohio, que cubre física e informática. En 2022, fue comunicadora científica residente en el Instituto Simons para la Teoría de la Computación en la Universidad de California, Berkeley.

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