De Strijd tussen RISC en CISC: Een Revolutie in de Processorontwerpen

In het hart van een stille revolutie woedt een onzichtbare strijd die de toekomst van de wereldwijde computertechnologie zal bepalen. Aan de ene kant hebben we CISC (Complex Instruction Set Computing), vertegenwoordigd door de alomtegenwoordige x86-processors van Intel en AMD, die nog steeds de dominantie moeiteloos behoudt in desktopcomputers en servers. Aan de andere kant geeft RISC (Reduced Instruction Set Computing), met ARM als de gevestigde leider en RISC-V als de opkomende rebel, steeds meer terrein prijs in de wereld van mobiele apparaten, embedded systemen en, in toenemende mate, laptops.

Maar deze strijd gaat niet alleen over technische specificaties of brute kracht. Het echte strijdtoneel ligt in iets veel prozaïscher en paradoxaal gezien beslissender: de software.

De Technologie Hegg en Hen Paradox

Een veelvoorkomend probleem voor een nieuwe instructieset is het gebrek aan CPU-ontwerpen en software, wat beide de bruikbaarheid beperkt en de adoptie vermindert. Deze bevinding, uit de documentatie van RISC-V, vat tientallen jaren aan lessen samen die in de halfgeleiderindustrie zijn geleerd: het maakt niet uit hoe elegant je architectuur is als er geen software is die er gebruik van maakt.

David Patterson, één van de grondleggers van RISC en mede-oprichter van RISC-V, begreep dit vanaf het begin. Toen hij het project in 2010 aan de Universiteit van Californië, Berkeley lanceerde, wist hij dat de strijd niet in chipontwerplaboratoria zou worden uitgevochten, maar in ontwikkelaars-ecosystemen en programmeursgemeenschappen.

Het is duidelijk dat hoewel ARM een volwassen ecosysteem heeft ontwikkeld, dat een grotere verscheidenheid aan besturingssystemen (zoals Android, GNU/Linux, iOS, macOS en meer) en gecompileerde software ondersteunt, RISC-V het nog moeilijk heeft om deze voordelen te evenaren. Dit ecosysteem heeft decennia gekost om op te bouwen.

De Lasten van RISC-V

Ondanks de veelbelovende vooruitgang, staat RISC-V voor een moeilijke realiteit. De ondersteuning van RISC-V is minimaal, terwijl ARM een uitgebreid ondersteuningsnetwerk heeft. Aangezien RISC-V een relatief nieuw CPU-platform is, zijn de mogelijkheden voor software en ontwikkelomgevingen nog zeer beperkt.

Deze beperking is niet alleen technisch. Ian Ferguson van SiFive, één van de belangrijkste commerciële verhalenvertellers van RISC-V, erkent dat hoewel veel werk aan software is verricht, er nog veel werk op de plank ligt voor de RISC-V-gemeenschap.

De cijfers zijn onthullend. Terwijl ARM zijn dominantie behoudt als de meest voorkomende instructieset en meer dan 95% van de smartphone-markt beheerst, heeft RISC-V slechts meer dan 10 miljard implementaties over verschillende toepassingen weten te realiseren. Het schaalverschil is enorm.

De Netwerkeffecten die Voordelen Behouden

De technologie-industrie opereert onder wat economen de “netwerkeffecten” noemen: de waarde van een platform neemt exponentieel toe met elk nieuw lid dat toetreedt. ARM heeft decennia lang van dit fenomeen geprofiteerd. Hun licentiemodel heeft geleid tot een breed scala aan producten gebaseerd op ARM, met tot nu toe meer dan 180 miljard ARM-chips die zijn verzonden.

Dit ecosysteem is niet slechts een verzameling van bedrijven; het is een organisch netwerk van ontwikkelaars, tools, softwarebibliotheken, geoptimaliseerde besturingssystemen en, misschien wel het belangrijkste, verzamelde ervaring.

Vooruitgang in 2024

Desondanks zou het oneerlijk zijn om een volledig pessimistisch beeld van RISC-V te schetsen. Het jaar 2024 heeft significante vooruitgang geboekt op het gebied van software. Er zijn belangrijke verbeteringen in de Linux-kernel, met nieuwe doelen die mogelijk zijn gemaakt en ondersteuning voor nieuwe instructies om de algehele software-ecosystemen van RISC-V te versterken.

Bedrijven zoals NVIDIA hebben ook sterk ingezet op RISC-V. Een niet-officieel geschat aantal plaatst RISC-V inmiddels op ongeveer een miljard gekopieerde chips in NVIDIA-producten voor 2024. Google heeft ook zijn betrokkenheid aangetoond door aan te geven dat Android 15 officiële ondersteuning zal bieden voor microprocessors op basis van RISC-V.

De Erfenis van CISC

Terwijl RISC-V vecht om zijn ecosysteem vanaf nul op te bouwen, wordt CISC geconfronteerd met een tegenovergesteld probleem: de verstikkende last van legacy-systemen. Dankzij hun hybride aanpak kunnen moderne x86-processors van Intel en AMD, ondanks hun CISC-architectuur, op intern niveau functioneren als RISC. Dit stelt hen in staat om compatibiliteit te behouden met decennia aan software, terwijl ze enige efficiëntievoordelen van RISC behalen.

Maar deze oplossing komt met kosten. De complexe vertalingen van CISC naar microbewerkingen zoals die in Intel en AMD microprocessors leiden tot extra verbruik van energie en siliconentegemoetkomingen die voor andere functies gebruikt konden worden.

De Sluitende Venster van Kansen

De paradox is dat RISC-V duidelijke technische voordelen heeft: het is eenvoudiger en efficiënter, terwijl ARM complexer en krachtiger is. De modulaire aard van RISC-V stelt ontwerpers in staat om alleen de instructies op te nemen die zij nodig hebben, en biedt de mogelijkheid van een open-architectuur zonder de dure licentiekosten die ARM en x86 kenmerken.

Maar deze voordelen vervagen voor de inerte realiteit van bestaande software. Totdat ontwikkelaars en vroege adopters de grenzen van RISC-V blijven verleggen via software-innovatie, blijft de vraag of ze voldoende tijd hebben voordat hun kanssluiting sluit.

Geopolitieke Uitdagingen

Als ware de technische uitdagingen niet genoeg, ziet RISC-V zich ook geconfronteerd met geopolitieke druk die de ontwikkeling ervan kan fragmenteren. Een groep Amerikaanse senatoren, waaronder Marco Rubio en Mark Warner, pleit ervoor de Biden-regering te adviseren beperkingen op te leggen bij de toegang tot architecturen die op RISC-V zijn gebaseerd.

De zorgen ontstaan omdat China een consortium van bedrijven en onderzoeksinstituten heeft opgericht om chips te ontwikkelen op basis van de RISC-V-architectuur. Dit wekt zorgen in de Amerikaanse regering.

De Realiteit van Hardware

De situatie binnen het hardwarelandschap is gemengd. Veel beschikbare RISC-V-systemen zijn traag en de meer geavanceerde (snellere) opties zijn moeilijk te verkrijgen. Deze beperking creëert een vicieuze cirkel: zonder breed beschikbare en concurrerende hardware is het moeilijk om ontwikkelaars te overtuigen hun tijd te investeren in het optimaliseren van software voor RISC-V.

Toch zijn er hoopvolle signalen. Canonical heeft de DC-ROMA RISC-V Laptop II aangekondigd, een laptop met een octa-core RISC-V-processor die binnenkort met Ubuntu Linux zal worden verzonden. Framework Computer heeft ook aangekondigd te werken aan een RISC-V-moederbord voor de Framework Laptop 13.

De Tijdsfactor: De Race Tegen de Klok

De fundamentele vraag is niet of RISC-V technisch superieur is — dat is het in veel opzichten — maar of het voldoende tijd heeft om een concurrerend ecosysteem te ontwikkelen voordat de gevestigde voordelen van ARM en x86 onoverkomelijk worden.

RISC-V vordert, en de verwachting is dat ze in de komende jaren gelijk kunnen komen te staan. Maar “enkele jaren” in technologie kan een eeuwigheid lijken, vooral als concurrenten niet stilstaan.

Meer dan een Technische Strijd

Wat we hier meemaken gaat verder dan een eenvoudige concurrentie tussen processorarchitecturen. Het is een strijd tussen ontwikkelingsmodellen: open source versus proprietary, flexibiliteit versus compatibiliteit, disruptieve innovatie versus incrementele evolutie.

De rijkdom van de software-ecosystemen die voor elk platform zijn ontwikkeld, heeft de mate van succes sterk beïnvloed. Je kunt geen Ferrari hebben zonder er iets substantieels mee te kunnen doen.

Het Vonnis: Een Strijd die Decennia Bepaal

De strijd tussen RISC en CISC, belichaamd in de concurrentie tussen RISC-V, ARM en x86, is lang niet opgelost. RISC-V heeft duidelijke voordelen op het gebied van efficiëntie, flexibiliteit en kosten, maar staat voor de enorme uitdaging om een software-ecosysteem vanaf nul op te bouwen.

Uiteindelijk zal de dominantie in de toekomst van computers niet door hardware, maar door software worden bepaald. En in deze strijd heeft RISC-V nog een lange weg te gaan. De vraag is niet of RISC ooit CISC zal overtreffen, maar of RISC-V zijn software tekortkomingen kan overwinnen voordat het te laat is.

Tijd zal, zoals altijd in technologie, de uiteindelijke rechter zijn.