Comprendre les différences entre RISC, RISC-V et ARM : Un guide pour les développeurs

Le processeur est le cerveau de tout ordinateur et il évolue constamment pour améliorer son efficacité. La conception d’un processeur détermine le nombre d’instructions qu’il peut exécuter et la rapidité et l’efficacité avec lesquelles il peut le faire. RISC, RISC-V et ARM sont des termes utilisés dans la conception de processeurs pour désigner un type de processeur qui utilise un type spécifique d’architecture de jeu d’instructions (ISA).

Bien qu’ils ne soient pas couramment utilisés dans les ordinateurs grand public, ces processeurs alimentent les smartphones, les microcontrôleurs, les ordinateurs monocarte et toutes sortes d’appareils IoT. Lisez la suite pour en savoir plus sur eux et leurs différences.

Explication de l’architecture du jeu d’instructions et RISC

Il peut être difficile de comprendre la différence entre RISC, RISC-V et ARM si vous ne savez pas comment les processeurs fonctionnent et exécutent le code. Donc, avant de commencer à comparer les termes, parlons d’abord de l’architecture du jeu d’instructions et de la façon dont elle diffère de ce que votre processeur informatique habituel utilise.

Qu’il s’agisse d’un microprocesseur, d’un micro-ordinateur ou d’un ordinateur de bureau ordinaire, leurs processeurs utilisent tous une architecture de jeu d’instructions (ISA). Un ISA est la partie du processeur qui contient toutes les instructions de base qu’un processeur peut exécuter. Ces instructions sont les blocs de construction d’un programme informatique. Ils ne sont généralement pas plus complexes que vos additions et soustractions de base.

Généralement, il existe deux types d’ISA circulant sur le marché. Ce sont les architectures RISC et CISC. RISC signifie Ordinateur à jeu d’instructions réduit, tandis que CISC signifie Ordinateur à jeu d’instructions complexe. Les deux architectures sont courantes aujourd’hui, x86 (processeurs Intel et AMD) étant le meilleur processeur utilisant CISC et ARM (processeurs Qualcomm et MediaTek) étant l’architecture RISC la plus populaire.

Fondamentalement, RISC est une architecture informatique conçue et optimisée pour utiliser moins d’instructions que ses homologues CISC. Ces moins d’instructions et d’autres technologies d’optimisation utilisées dans l’architecture RISC permettent à ces types de processeurs d’utiliser moins d’énergie, ce qui les rend idéaux pour les smartphones, les appareils photo, les smartwatches et tous les types d’appareils IoT.

Qu’est-ce qu’ARM ?

Nous avons établi que les processeurs ARM font partie des meilleures architectures RISC du marché. Alors, qu’est-ce que l’ARM et pourquoi sont-ils les processeurs RISC les plus populaires ?

Avant RISC-V (dont nous parlerons bientôt), les processeurs basés sur ARM étaient la seule option pour quiconque cherchait à créer un produit électronique avec ses propres processeurs personnalisés.

Arm (minuscule “rm”) Ltd. est une société qui conçoit et concède sous licence des puces pour divers fabricants de matériel, tels qu’Apple, MediaTek, Qualcomm et de plus petites entreprises telles que PINE64. Ils utilisent leur source fermée exclusive ARM ISA pour concevoir des microprocesseurs et des systèmes sur puce (SoC) hautement efficaces. Toutes les conceptions réalisées par Arm sont connues sous le nom de processeurs Advanced RISC Machine ou simplement de processeurs ARM (tout en majuscules).

En plus d’être l’une des premières entreprises à vendre et à personnaliser des conceptions de puces, Arm a réussi à être le principal concepteur de puces RISC en raison de ses innovations continues avec les conceptions de processeurs ARM ISA et ARM.

Tout comme l’APU d’AMD, qui combine CPU et GPU dans une seule puce, les processeurs ARM sont connus pour combiner CPU, GPU, mémoire, DSP et divers modems dans une seule puce ou puce. Système sur puce (SoC). Cette intégration étroite de plusieurs modules a permis aux processeurs ARM d’être rapides et efficaces.

Qu’est-ce que RISC-V ?

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RISC-V est une norme ouverte ISA développée à l’Université de Californie à Berkeley. Cet ISA n’introduit aucune nouvelle technologie sur le marché, mais beaucoup pensent qu’il s’agit de l’avenir des processeurs basés sur RISC. Alors pourquoi est-ce?

RISC-V a retenu l’attention d’entreprises telles qu’Amazon, Google, Qualcomm, Intel, Rockchip, SiFive, Sony, ZTE et Western Digital. En effet, RISC-V est un standard ISA ouvert. RISC-V International (une association à but non lucratif pour RISC-V) permet à quiconque d’utiliser RISC-V ISA sur ses processeurs sans payer de frais.

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L’avantage de RISC-V est sa capacité à étendre le jeu d’instructions en fonction des processus dont votre puce a besoin pour un produit donné. RISC-V commence avec seulement un jeu d’instructions de base de 47 instructions. Ces instructions incluent toutes les fonctions de base dont une puce a besoin pour fonctionner et effectuer des tâches de base.

Les concepteurs seront alors libres de choisir les instructions à ajouter au jeu d’instructions de base pour donner à la puce toutes les fonctions dont elle a besoin sans aucune fonction supplémentaire qu’elle n’utilisera pas.

Bien que RISC-V soit encore un ISA relativement nouveau, son potentiel à fournir des puces spécialisées rentables et hautement efficaces pour diverses applications en fait un ISA spécial.

ARM ou RISC V ? Quel est le meilleur?

ARM et RISC-V sont des ISA qui suivent la philosophie de conception RISC, alors lequel est le meilleur ?

Pour comparer, voici la comparaison des performances entre le processeur P670 de SiFive vs. Processeur Cortex-A78 d’Arm :

Comme vous pouvez le voir sur l’illustration, le Cortex-A78 est légèrement en avance sur le P670 en termes de performances maximales à un seul thread. Bien que le Cortex-A78 gagne en performances brutes, le P670 double la densité de calcul du Cortex-A78. Cela signifie que le processeur P670 de SiFive offre des performances de pointe à un seul thread comparables à celles du Cortex-A78, qui est le double de la taille physique du P670.

Dans cette comparaison, le processeur P670 de SiFive l’emporte sur le Cortex-A78 d’Arm pour offrir des performances monothread comparables à la moitié de la taille. Cependant, vous devez également noter que le Cortex-A78 a été lancé par les Vivo X60 et X60 Pro en décembre 2020, tandis que le P670 vient d’être annoncé le 1er novembre 2022.

C’est environ deux ans de différence en termes de recherche et développement. Les derniers processeurs d’Arm fonctionnent désormais sur l’ISA ARMv9, améliorant considérablement l’ARMv8 en utilisant le Cortex-A78. Pour mettre cela en perspective, les derniers processeurs ARMv9 offrent des performances environ 30 % supérieures et sont 50 % plus économes en énergie.

Ainsi, en termes de performances brutes, les processeurs ARM sont toujours à la pointe. Mais avec le P670 de SiFive offrant deux fois la densité de calcul du Cortex-A78, les processeurs RISC-V semblent avoir un avantage sur les processeurs ARM en termes de technologies portables qui bénéficient grandement de l’utilisation de processeurs plus petits.

RISC, RISC-V et ARM sont des architectures de jeu d’instructions différentes

En résumé, RISC est une philosophie de conception qui utilise moins d’instructions que sur un processeur de bureau classique comme le x86. Avec des instructions plus courtes et moins nombreuses, les processeurs RISC peuvent être très économes en énergie.

ARM est un ISA à source fermée basé sur RISC qui est concédé sous licence aux entreprises pour leurs processeurs et SoC. L’ARM ISA permet à Arm de concevoir des processeurs RISC hautes performances tels que les puces M1 d’Apple. D’autre part, RISC-V est un standard ouvert ISA basé sur RISC que n’importe qui peut utiliser pour concevoir ses propres puces sans payer de frais de licence. Sa nature open source permet au RISC-V ISA d’être encore modifié et étendu pour créer des puces spécialisées pour des tâches spécifiques.

Bien que cela puisse sembler peu important, cette concurrence continue entre ARM et RISC-V profitera certainement à tous les consommateurs, en particulier en ce qui concerne les appareils IoT, les microcontrôleurs, les ordinateurs monocartes et les appareils portables tels que les smartphones et les tablettes. Et qui sait, avec les puces M1 d’Apple comme preuve, les processeurs basés sur RISC pourraient en fait concurrencer les processeurs x86 plus tôt que prévu.