RISC-V คืออะไร ? และมันต่างจาก RISC ตรงไหน ?

RISC-V คืออะไร ? ต่างจาก RISC ตรงไหน ?

ก่อนหน้านี้ เราได้เคยมีบทความที่อธิบายถึง สถาปัตยกรรม ARM กันไปแล้ว ซึ่งเมื่อพูดถึงสถาปัตยกรรมของ CPU เราก็มักจะได้ยินอยู่ 2 สถาปัตยกรรม คือ x86, x64 และ ARM โดยในคอมพิวเตอร์ส่วนใหญ่จะเป็น x86 (ยกเว้นค่าย Apple ที่เปลี่ยนที่ใช้ ARM แล้ว) ในขณะที่สมาร์ทโฟนก็จะเป็น ARM แต่อันที่จริงสถาปัตยกรรมของ CPU ยังมีอีกมากมายนะ เช่น MSP430, Milkymist, Transputer, Z80 ฯลฯ

ในบทความนี้เราจะมากล่าวถึงอีก 2 สถาปัตยกรรมที่น่าสนใจไม่แพ้กัน นั่นคือ RISC และ RISC-V แม้ชื่อของทั้งคู่จะคล้ายคลึงกัน แต่มันมีแนวคิดในการพัฒนาคนละทิศทางกันนะ มาศึกษากันสักหน่อยดีกว่าว่ามันแตกต่างกันอย่างไร ?

RISC คืออะไร ?
(What is Reduced Instruction Set Computer ?)

RISC ย่อมาจาก "Reduced Instruction Set Computer" ที่แปลว่า "คอมพิวเตอร์แบบลดชุดคำสั่ง" โดยพื้นฐานแล้ว RISC คอมพิวเตอร์ออกแบบมาให้รันชุดคำสั่งด้วยขั้นตอนที่เรียบง่าย เมื่อเทียบกับคอมพิวเตอร์แบบ CISC ย่อมาจาก "Complex Instruction Set Computer หรือแปลว่า "คอมพิวเตอร์แบบชุดคำสั่งซับซ้อน"

ซึ่งใน หน่วยประมวลผลกลาง (CPU) แบบ RISC ก็จะมีชุดคำสั่งที่มีความยาวเท่ากันเกือบทั้งหมด เพื่อลดความซับซ้อน ต่างจาก CISC ที่มีชุดคำสั่งอยู่หลายรูปแบบมีความซับซ้อนในการทำงานสูง สามารถแยกการประมวลผลออกเป็นหลายระดับตั้งแต่ระดับต่ำ ไปจนถึงระดับสูงที่ต้องมีการคำนวณหลายขั้นตอน

เนื่องจาก RISC เป็นเหมือนคำนิยามในการออกแบบวิธีทำงานของ CPU ดังนั้นจึงมี CPU อยู่หลายสถาปัตยกรรมที่สามารถนับว่าเป็น RISC หนึ่งในนั้นที่มีชื่อเสียงมากที่สุด ก็คือ "ARM" ที่เราน่าจะคุ้นชื่อกันดีนั่นเอง CPU ในเครื่องเกมหลายรุ่น อย่าง GameCube, PlayStation 3, Wii, Wii U และ Xbox 360 ก็เป็นสถาปัตยกรรม PowerPC ซึ่งก็นับว่าเป็น RISC เช่นกัน ในขณะที่ x86 เป็นสถาปัตยกรรมที่มีความซับซ้อน จึงอยู่ในกลุ่มสถาปัตยกรรมแบบ CISC

เปรียบเทียบโครงสร้างการทำงานของสถาปัตยกรรม RISC กับ CISC
ภาพจาก : https://www.sciencedirect.com/topics/computer-science/complex-instruction-set-computer-architecture

RISC-V คืออะไร ?
(Reduced Instruction Set Computer V ?)

ถึงแม้ว่า RISC จะไม่ได้เจาะจงหมายถึงสถาปัตยกรรมตัวใดตัวหนึ่งเป็นพิเศษ แต่หากคุณเห็นชื่อสถาปัตยกรรม "RISC-V" แล้วจะคิดว่ามันเป็นสถาปัตยกรรมตัวเดียวกัน หรือคิดว่าเป็น RISC เวอร์ชัน 5 ก็คงไม่ใช่เรื่องแปลกอะไร

RISC-V เป็นสถาปัตยกรรมชุดคำสั่ง (Instruction Set Architecture หรือ ISA) ในรูปแบบ เปิดเผยซอร์สโค้ด (Open Source) ที่พัฒนาขึ้นมาโดยมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ เพื่อรวบรวมหลักการทำงาน และชุดคำสั่งสำหรับใช้ในสถาปัตยกรรม RISC ที่ทุกคนสามารถนำไปใช้งานได้ฟรี โดยไม่ต้องเสียค่าใช้จ่าย แตกต่างจาก ARM ที่มีกรรมสิทธิ์คุ้มครองอยู่ หากใครต้องการผลิตชิป ARM ขึ้นมาก็ต้องเสียค่าลิขสิทธิ์เสียก่อน

RISC-V เริ่มต้นพัฒนาขึ้นมาตั้งแต่ปี ค.ศ. 2010 (พ.ศ. 2553) และถูกเผยแพร่ให้ชุมชนสาธารณะในปี ค.ศ. 2015 (พ.ศ. 2558) ในตอนที่ RISC-V เปิดตัว ณ เวลานั้น สมาร์ทโฟนหลายล้านเครื่องทั่วโลกต่างก็ใช้ ARM เป็น CPU หลักเป็นที่เรียบร้อยแล้ว แต่เป้าหมายของ RISC-V ไม่ใช่การแข่งขันกับ ARM ตั้งแต่ต้น

โครงการ RISC-V ต้องการให้มีการออกแบบพัฒนา CPU แบบใหม่ ที่มีความเป็น Open-Source, ปรับขนาดได้ และสามารถนำไปใช้งานกับอุปกรณ์ได้ทุกประเภท โดยที่ไม่ต้องเสียค่าลิขสิทธิ์แม้แต่บาทเดียว ซึ่งทางผู้พัฒนา RISC-V เชื่อว่าการทำแบบนี้จะช่วยลดต้นทุนการผลิต และทำให้เกิดการแข่งขันในตลาดที่แข็งแกร่งขึ้นด้วย

แม้ในปัจจุบันนี้ การใช้งาน RISC-V จะไม่ได้แพร่หลายมากนัก หันมองไปทางไหนก็เจอแต่ ARM หรือไม่ก็ x86 แต่บริษัทยักษ์ใหญ่หลายรายก็ให้ความสนใจในโครงการนี้นะ อย่างชิปรักษาความปลอดภัย อย่างชิปรักษาความปลอดภัย Titan M2 ที่ Google ใช้ในสมาร์ทโฟน Pixel 6 Pro, CPU Nios^® V Processor จาก Intel, ชิปที่ใช้ควบคุมการทำงานของฮาร์ดดิสก์จากค่าย Seagate ฯลฯ ต่างก็ใช้สถาปัตยกรรม RISC-V ในการทำงาน

RISC และ RISC-V แตกต่างกันอย่างไร ?
(What is the difference between RISC and RISC-V ?)

ถ้าหากมองแบบผิวเผิน บางคนอาจจะเข้าใจว่า RISC เป็น Instruction Set Architecture รูปแบบหนึ่ง ส่วน RISC-V จัดเป็น RISC ประเภทหนึ่ง เพราะชื่อมันเหมือนกันเหลือเกิน แต่ความจริงแล้วมันแตกต่างกันอย่างสิ้นเชิง

อย่างที่เราบอกไปตั้งแต่ต้น RISC นั้นเหมือนเป็นคำนิยามเมื่อเอ่ยถึงคอมพิวเตอร์ที่มีการลดชุดคำสั่งในการทำงาน นั่นทำให้มันครอบคลุมถึงสถาปัตยกรรมที่ออกแบบ CPU มาอย่างเรียบง่ายหลายตัว ในขณะที่หากเราพูดถึงคอมพิวเตอร์ที่มีชุดคำสั่งแบบซับซ้อน หรือ CISC มันแทบจะเป็นการกล่าวถึงสถาปัตยกรรมแบบ x86 เพียงอย่างเดียวเท่านั้น

ในขณะที่ RISC-V เป็นชุดคำสั่ง ที่อยู่บนพื้นฐานของการออกแบบตามสถาปัตยกรรมแบบ RISC แต่ที่แตกต่างจากพวก RISC ตัวอื่น ๆ อย่าง ARM ก็เพราะมันเป็น Open-Source ที่ใครก็สามารถนำไปใช้ได้ฟรี โดยไม่มีค่าใช้จ่าย

สรุปง่าย ๆ RISC เป็นคำอธิบายถึงการออกแบบสถาปัตยกรรม CPU ชนิดหนึ่ง ในขณะที่ RISC-V เป็นสถาปัตยกรรม CPU ประเภทหนึ่ง เหมือนกับ ARM หรือ RISC ประเภทอื่น ๆ นั่นเอง