Wie wird RISC-V Lieferketten für fortschrittliche Chips verändern?

Von innovativer neuer Elektronik bis hin zu den leistungsfähigsten Anwendungsfällen künstlicher Intelligenz (KI) bilden fortschrittliche Chips das Rückgrat der neuesten Technologien – die aktuelle Innovationsrate hängt von mehr Leistung in kleineren Paketen ab. 

Seit Jahren verfügen viele Branchen weder über das Fachwissen noch über die Ressourcen, um eigene Chipdesigns zu verfolgen, obwohl solche Chips eine riesige Bandbreite an Funktionen in verschiedenen Anwendungen bieten würden, wie zum Beispiel die Nutzung der Kraft der KI in der Unterhaltungselektronik, im Computing, in der Datenspeicherung und -aggregation, in der Mobilität und so weiter. 

Aber die Fähigkeit und Kapazität, solche Komponenten zu liefern, liegt mehrheitlich bei einer Handvoll großer Hersteller weltweit. Während einige Länder in diesem Bereich aufstrebend sind – sie bauen Fertigungskapazitäten auf, weil ihre Wirtschaften davon abhängen – besteht ein Oligopol aus den USA, China und Taiwan. Verschiebungen finden weltweit statt, aber die maßgeblichen Kräfte (China und die USA) nutzen ihre Autorität in einem Krieg um Importe und Exporte.

Während diese Länder untereinander kämpfen, erwägen Teileentwickler eine Quelle der Flexibilität in ihren Entwicklungs- und Fertigungsbemühungen. Die fünfte Version der Reduced Instruction Set Computing-Architektur (RISC-V) könnte vielen Unternehmen eine Plattform bieten, um maßgeschneiderte Halbleiterprodukte zu erheblich reduzierten Kosten anzubieten, sowie die Eliminierung kostspieliger IP-Lizenzen für eine neue Komponente.

Was ist RISC-V?

Es gibt eine Debatte, die eine Linie zwischen zwei Formen von Computerprozessoreinheiten (CPU)-Strukturen zieht, die heute verfügbar sind. Allgemein verwenden zwei der leistungsstarken Chiphersteller Intel und AMD die x86-Struktur. Alternativ gibt es die ARM-CPU – eine häufige Wahl des Complex Instruction Set Computer (CISC). Aber mit einer frei nutzbaren Open-Source-Lösung haben Entwickler die Möglichkeit, eine Plattform mit größerer Flexibilität zu nutzen; die für verschiedene Anwendungen angepasst werden kann.

In Bezug auf die Benutzerfreundlichkeit wird RISC-V—als „RISC-five“ bezeichnet—als eine flexiblere Architektur angesehen, um innovativere CPUs ohne von den Herstellern selbst abgeleitete Einschränkungen zu bauen. Eingeführt von der University of California (UC) Berkeley im Jahr 2014 und jetzt von einer gemeinnützigen Organisation namens RISC-V International überwacht, kommt RISC-V mit weniger Anforderungen für das Entwerfen und Iterieren von CPUs. Wenn man RISC-V mit der traditionellen CISC-Architektur vergleicht, ist ersteres anpassungsfähiger an verschiedene Anwendungen, die eine hohe Verarbeitungsleistung erfordern. 

Gebührenfreie Chip-Entwicklungsmöglichkeiten

Abgesehen von der gelobten Benutzerfreundlichkeit ist die Open-Source-Plattform RISC-V auch frei von Lizenzgebühren. Historisch gesehen haben sich Halbleiterdesigner an x86 und ARM gewandt und ihren jeweiligen Eigentümern für die Nutzung ihrer Plattformen bezahlt. Es ist keine Überraschung, dass das Element der Freiheit RISC-V viel Lob unter seinen Nutzern einbringt. Darüber hinaus bietet die Open-Source-Unterstützung Designern Zugang zu Fähigkeiten und Designideen, die in x86 oder ARM möglicherweise nicht offensichtlich oder verfügbar sind.

China vs USA: Einschränkungen für Open-Source-ISA

Die Nutzung von RISC-V und die Entwicklung fortschrittlicherer Technologien werden von Konflikten zwischen China und den USA überschattet. Aufgrund von Sicherheitsbedenken, aber auch wegen des Wettbewerbs auf dem EDA-Markt, unterstützen die USA Maßnahmen, um die Nutzung von RISC-V durch China einzuschränken, indem die Zusammenarbeit zwischen amerikanischen und chinesischen Forschern zu Themen, die RISC-V betreffen, untersagt wird. China hat stark in die Forschung und Entwicklung von Komponenten investiert, die die offene RISC-V ISA als Alternative zu den britischen Unternehmen ARM und dem amerikanischen Unternehmen Intel nutzen.

Auswirkungen von RISC-V auf die Halbleiter-Lieferkette

Es gibt einige Faktoren, die die langfristigen Auswirkungen von RISC-V auf die globale Lieferkette für elektronische Designautomatisierung (EDA) bestimmen werden, einschließlich der von den USA auferlegten Beschränkungen für China sowie des Potenzials für neue Designorganisationen und die Annahme von fabless Fertigungsmodellen.

Werden OEMs zu fabless Chip-Unternehmen?

Die Open-Source-Natur von RISC-V könnte auch die Lieferkette aufmischen, da Designteams nun Zugang zu einer ISA und Designbeispielen haben, was Unternehmen die Möglichkeit gibt, fortgeschrittenere Komponenten intern und ohne Bindung an bestimmte Hersteller zu entwickeln. Mit dem erweiterten Zugang zu Gießereikapazitäten von Unternehmen wie Intel und TSMC haben Unternehmen eine viel größere Chance, ihre eigenen benutzerdefinierten Chips ohne die Lizenzkosten und mit geringerem Risiko zu bauen. Mehr Technologieunternehmen wie Microsoft, Tesla und Northrop Grumman haben ihre Chip-Design-Aktivitäten intern verlagert, und RISC-V gibt anderen Unternehmen die Chance, diesem Beispiel zu folgen.

Verstehen Sie die Vor- und Nachteile von RISC-V

Vorteile

• Kosten und Anpassung: Als Open-Source-Befehlssatz fallen keine Lizenzgebühren für dessen Nutzung an. Unternehmen können ihre eigenen Prozessoren entwickeln, ohne anfängliche Ausgaben, was die Innovationsrate beschleunigen und es ihnen ermöglichen könnte, die Stückkosten zu senken. 
• Flexibilität: Volle Anpassung gibt dem Entwickler die Kontrolle über verschiedene Faktoren von der Funktion bis zur Sicherheit. Erweiterungen können zum Basis-ISA hinzugefügt werden, was wesentlich mehr Flexibilität bietet, als wenn Designer die führende gekaufte Architektur verwenden würden. 
• Reduzierter Energieverbrauch: Unternehmen haben mehr Kontrolle darüber, wie sie ihre Teile entwickeln, was bedeutet, dass sie Anpassungen vornehmen können, um den Energieverbrauch zu reduzieren. Bei der Verwendung von Lösungen wie x86 sind Designer in den Effizienzänderungen, die sie vornehmen können, begrenzt. 
• Leichtigkeit der Beschaffung: Beim Entwerfen eines Produkts könnten Unternehmen RISC-V-Teile nutzen, wenn x86-basierte oder ARM-basierte Lösungen nicht verfügbar sind. Unternehmen sind nicht ausschließlich auf proprietäre Technologien angewiesen. 

Nachteile

• Weniger ausgereiftes Ökosystem: RISC-V ist relativ neu, was bedeutet, dass die Werkzeuge und Software, die für die Entwicklung mit dieser Architektur benötigt werden, sich noch in der Entwicklung befinden. In einigen Fällen gibt es möglicherweise weniger Optionen, um Entwürfe anzupassen, verglichen mit etablierten Entwürfen. 
• Begrenzte Unterstützung von Anbietern: Obwohl die fabless Fertigung Potenzial hat, gibt es immer noch weniger Unternehmen, die RISC-V-Chips herstellen, was die Optionen für Designer einschränken könnte. In dieser Situation könnte eine angemessene Einbindung von Lieferanten den Unterschied zwischen erfolgreicher Lieferung und der Unfähigkeit zur Herstellung ausmachen. 
• Nationale Einschränkungen: Aufgrund laufender Diskussionen über die US-Kontrolle könnten chinesische Hersteller von RISC-V größeren Einschränkungen unterliegen oder die Architektur aufgrund des anhaltenden Konflikts zwischen den beiden Nationen einstellen. 
• Sicherheit: Chinesische Forscher fanden einige Sicherheitslücken in der Open-Source-CPU-Architektur. Allgemein wird erwartet, dass CISC sicherer ist als RISC.

Eine sich entwickelnde EDA-Industrie und sich verändernde Fab-Macht

Während die Verwendung von RISC-V nicht unbedingt alle großen Hersteller beeinflusst – insbesondere den Marktführer Taiwan Semiconductor Manufacturing Co. TSMC – könnte die fortgesetzte Nutzung offener ISA mit fortschrittlichen Verpackungstechniken bedeutende Verschiebungen in der Art und Weise bewirken, wie bestimmte OEMs ihre Systeme entwerfen. Während die USA und China darum kämpfen, ihre Positionen auf dem Markt zu bestimmen, könnten andere Regionen die Open-Source-Lösung nutzen, um zu teilen und zu erobern – d.h. Designer und Hersteller halten sich an das, was sie am besten können. 

Dies könnte mehr Möglichkeiten für die Branche bieten, aber auch mehr Volatilität fördern, da Teiledesigner eine zunehmende Fertigungskapazität in aufstrebenden Märkten sehen. Europa und Asien könnten hiervon profitieren, da sie ihre Aufmerksamkeit auf die Chipproduktion richten, um entweder ihre Wirtschaft zu stärken (Asien) oder unabhängiger zu werden (Europa).