Warum wurde RISC-V entwickelt?

Von offenen Bussen zur Open Architecture

Anfangs verstand man unter diesem Begriff leicht erweiterbare Computer, bei denen der Bus öffentlich spezifiziert war, was es Dritten ermöglichte, Erweiterungskarten auch ohne die Zustimmung des Computerherstellers selbst zu produzieren. Zu den frühen offenen Architekturen gehört der S-100-Bus (1974), der im frühen Computer Altair 8800 (1975) verwendet wurde und der zur Grundlage für Hardware-Designs wurde, die im bedeutenden Homebrew Computer Club entstanden, wo frühe 8-Bit-Heimcomputer entwickelt wurden. Später folgten die offenen Bus-Standards ISA (Industry Standard Architecture, 1981) und PCI (Peripheral Component Interconnect, 1992), die den meisten Besitzern von Personal Computern bekannt sind. Wer sich dabei grundsätzlich fragt „Was ist CPU“ oder „Was ist ein Prozessor“, stößt schnell auf die zentrale Rolle der Prozessorarchitektur, die bestimmt, wie Befehle verarbeitet und Hardwarefunktionen umgesetzt werden.

In den 90er Jahren des letzten Jahrhunderts begann sich im Softwarebereich die Open-Source-Bewegung durchzusetzen, angeführt von bedeutenden Persönlichkeiten wie Richard Stallman, der sich seit den Anfängen der Heimcomputer dafür einsetzte, dass Programme frei verbreitet werden sollten, einschließlich des Quellcodes, den jeder nicht nur lesen, sondern auch für seine eigenen Bedürfnisse anpassen können sollte. Die Open-Source-Bewegung stellt sich gegen urheberrechtlich geschützten Code und insbesondere gegen Softwarepatente und argumentiert im Gegenteil, dass der Zugang zu offenem Code für die schnelle Entwicklung von Computertechnologien und somit für die Menschheit im Allgemeinen von Vorteil ist.

Die Open-Source-Philosophie bei Hardware

Open Architecture ist ein Ansatz, der auf derselben Philosophie basiert. Er definiert die Hardwarefunktionen und nutzt das Prinzip des Copyleft für diese Spezifikationen, sodass jeder, der daran interessiert ist, ein eigenes Gerät zu bauen, dies so tun kann, dass sein Gerät vollständig mit der offenen Definition kompatibel ist. Der Entwickler muss niemanden um Erlaubnis fragen und keine Gebühren zahlen – das gesamte Projekt wird als Gemeinschaftswerk erstellt, und Änderungen werden durch ein Abstimmungssystem eingeführt. Gerade bei einem modernen Prozessor kann dieser offene Ansatz die Entwicklung neuer Varianten und spezialisierter Lösungen deutlich vereinfachen. 

Entwicklung und globale Bedeutung von RISC-V

RISC-V entstand 2010 ursprünglich als akademische Übung, die sich mit den Möglichkeiten einer offenen RISC-Architektur mit Erweiterungsoptionen befasste. Da das Projekt als Open Architecture konzipiert war, wuchs das Interesse von Industrieunternehmen sehr schnell – und so wurde das Projekt 2015 zunächst unter das Dach der RISC-V Foundation verlagert, wo auch eine Unternehmensmitgliedschaft möglich war. Als die Projektgründer erkannten, dass sie immer noch der US-Gesetzgebung unterlagen, wurde es Ende 2019 unter die RISC-V International mit Sitz in der Schweiz verlegt. Dadurch wurde das RISC-V-Projekt zu einem wirklich weltweiten, offenen Projekt, das nicht von der US-Regierung mit einem Embargo belegt werden kann. 

Die Tatsache, dass es sich um einen Standard handelt, der erweiterbar und je nach den Anforderungen des Herstellers oder der Anwendung anpassbar ist und der nicht mit einem Embargo belegt werden kann, hat ihn zu einer sehr interessanten Technologie gemacht. Diese wird derzeit hauptsächlich in China weiterentwickelt, das bereits mehrere Generationen von Mikrocontrollern und Prozessoren dafür hergestellt hat und intensiv mit der Portierung von Open-Source-Betriebssystemen, wie ihren lokalen Linux-Varianten, sowie von Open-Source-Anwendungen wie dem Office-Paket LibreOffice experimentiert. Ein CPU Vergleich zwischen RISC-V und etablierten Architekturen wie x86 oder ARM zeigt dabei vor allem, wie unterschiedlich Offenheit, Erweiterbarkeit und Lizenzmodelle ausgestaltet sein können.

RISC-V entstand im akademischen Umfeld – und da es sich um eine Open Architecture handelt, kann sie auch für Lehr- und Forschungszwecke völlig uneingeschränkt genutzt werden. In den letzten 40 Jahren der Entwicklung ähneln sich die meisten erfolgreichen Architekturen – und da RISC-V nicht geschützt ist, kann damit uneingeschränkt experimentiert werden. Viele kleinere Unternehmen, die sich mit Prozessorarchitekturen beschäftigten, gingen bankrott, weil sie nicht über genügend Mittel verfügten, um ihr Design durchzusetzen und gleichzeitig ihr geistiges Eigentum zu schützen. Die Tatsache, dass RISC-V von einer Allianz von Unternehmen entwickelt wird, reduziert die Risiken für jeden Partner erheblich, wobei die offene Architektur es ihnen weiterhin ermöglicht, die endgültige Form der finalen Prozessoren nach ihren eigenen Anforderungen anzupassen. Für einen Prozessor Vergleich sind deshalb nicht nur Leistung und Energieverbrauch relevant, sondern auch Aspekte wie Lizenzierung, Erweiterbarkeit und die langfristige Verfügbarkeit einer Architektur.

Michal Rybka

Michal Rybka ist Publizist und Enthusiast mit 20 Jahren Erfahrung in den Bereichen IT und Gaming. Er ist Kurator des AlzaMuseums und des YouTube-Kanals AlzaTech. Er hat mehrere Fantasy- und Science-Fiction-Kurzgeschichten verfasst, die in Buchform erschienen sind, und berichtet regelmäßig freitags für das Online-Magazin PCTuning.