RISC-V am Edge und IoT: Warum offene Architektur wichtig ist

Auf dem Hardwaremarkt herrscht die bequeme Annahme, dass die heute vorherrschenden Prozessorarchitekturen neutral, stabil und austauschbar sind. Sie wählen ARM oder x86, bezahlen die Lizenz und das Problem ist gelöst. Was diese Annahme verbirgt, ist, dass jeder unter diesen Architekturen lizenzierte Chip eine Abhängigkeitskette trägt, die über London oder Santa Clara verläuft – eine Abhängigkeit, die zu einer Risikovariable für Regierungen und Unternehmen wurde, die dies erst zu spät erkannten. RISC-V kam als Antwort auf dieses Problem, mit einer Konsistenz, die bereits zur skalierten Produktion geführt hat.

Was RISC-V im Grunde unterscheidet?

RISC-V ist eine ISA – Instruction Set Architecture, die Spezifikation, wie ein Prozessor Anweisungen versteht und ausführt. Es ist kein Chip, es ist kein Unternehmen, es ist kein Produkt. Es ist eine Sprache, die jeder Hersteller zum Bau von Silizium verwenden kann, ohne um Erlaubnis zu fragen und ohne Lizenzgebühren zu zahlen.

Die Architektur wurde 2010 an der Universität Berkeley geboren und wird heute von RISC-V International verwaltet, einer gemeinnützigen Stiftung mit Mitgliedern auf allen Kontinenten. Der strategisch relevante Punkt: Keine Regierung kontrolliert diese Vorgabe. Es ist nicht amerikanisch, es ist nicht britisch, es gehört weder SoftBank noch Intel. Diese Eigentumsneutralität ist das wichtigste Kapital.

ARM Holdings ist ein britisches Unternehmen in japanischem Besitz, das seine Architektur an jeden lizenziert, der dafür bezahlt. Als die USA Huawei Beschränkungen auferlegten, musste ARM die Lieferungen einstellen. x86, kontrolliert von Intel und AMD, unterliegt gleichermaßen der amerikanischen Handelspolitik. Ein Unternehmen oder Land, das seine Chip-Infrastruktur vollständig auf von Dritten lizenzierten Architekturen aufbaut, birgt ein Risiko, das in Anbieteranalysen selten berücksichtigt wird.

Warum Edge und IoT der natürliche Nährboden für RISC-V sind

Es ist kein Zufall, dass RISC-V zuerst am Edge und im IoT Fortschritte gemacht hat, nicht bei den Servern. Das Profil dieses Marktes begünstigt gleichzeitig eine offene Architektur in drei Dimensionen.

Der erste Faktor ist die Sensibilität hinsichtlich Volumen und Kosten. Ein Mikrocontroller für das industrielle IoT kann weniger als einen Dollar kosten. Architekturgebühren, die bei einem Rechenzentrumsserver irrelevant wären, machen einen erheblichen Teil der Kosten eines eingebetteten Chips aus, der in Milliarden von Einheiten hergestellt wird. Der ESP32-C3 von Espressif mit integriertem WLAN und Bluetooth läuft mit RISC-V und ist in Millionen von Verbraucher- und Industriegeräten verbaut – nicht als Experiment, sondern als Produkt in der Produktion.

Die zweite Möglichkeit ist die Anpassung. Edge-Chips benötigen oft spezifische Erweiterungen: Beschleunigung für ein Sensorprotokoll, für lokale Audiokomprimierung, für einen Anomaliealgorithmus, der mit Batteriestrom läuft. Aufgrund der Offenheit von RISC-V ISA können Sie diese Erweiterungen hinzufügen, ohne mit einem Lizenzgeber verhandeln zu müssen. Sie entwerfen, fertigen und Silizium führt aus.

Der dritte Grund ist, dass diese Chips einfacherer Natur sind – 32-Bit-Prozessoren, bescheidene Frequenzen, Milliampere-Verbrauch. Die Unreife des RISC-V-Software-Ökosystems, die bei komplexen Nutzlasten zu beobachten ist, spielt weit weniger eine Rolle, wenn die Firmware mehrere zehn Kilobyte groß ist und die Nutzlast deterministisch ist. SiFive stellt mehreren Produktionskunden RISC-V-Farben zur Verfügung. Western Digital verwendet RISC-V in seinen SSD-Controllern. Es handelt sich nicht um Laborprototypen.

Der geopolitische Aspekt, den niemand erwartet hatte

Die Einführung von RISC-V in China verdient besondere Aufmerksamkeit, da sie die strategische Dynamik deutlicher veranschaulicht als jedes technische Argument.

Als amerikanische Beschränkungen den Zugang Chinas zu fortschrittlichen Chips und den sie unterstützenden Architekturen einschränkten, ging die chinesische Industrie mit einer Dringlichkeit auf RISC-V um, die unter normalen Bedingungen nicht zu beobachten gewesen wäre. Inländische Chipprogramme begannen mit der Einführung einer offenen Architektur, um außerhalb der Reichweite amerikanischer Exportkontrollen zu operieren. Es ist keine technische Präferenz; es ist eine Reaktion auf echte Zugangsbeschränkungen.

Europa und Indien folgten aus unterschiedlichen, nuancierten Gründen. Die Europäische Union hat die Unabhängigkeit der ISA in die breitere Diskussion über technologische Souveränität integriert. Indien sieht in RISC-V eine Möglichkeit, lokale Kapazitäten aufzubauen, ohne eine neue Abhängigkeit von der Stiftung zu schaffen. Eine Architektur, die kein Land kontrolliert, ist zur bevorzugten Souveränitätsalternative für Länder mit gegensätzlichen Interessen geworden – und wenn China, Europa und Indien sich auf die gleiche technische Wette einigen, lohnt es sich, auf dieses Signal zu achten.

Was RISC-V fehlt, um über den Rand hinauszuwachsen

Die Reife des Ökosystems ist immer noch das Haupthindernis für schwerere Nutzlasten. Die Unterstützung in den GCC- und LLVM-Compilern existiert und entwickelt sich weiter, aber es gibt Lücken in spezialisierten Bibliotheken – für maschinelles Lernen an der Edge verfügen Frameworks wie TensorFlow Lite und ONNX Runtime über RISC-V-Unterstützung in der Entwicklung, aber die Erfahrung ist noch nicht so etabliert wie auf ARM. Auch die Anzahl der Fertigfarben für komplette Anwendungssysteme ist geringer.

Es macht keinen Sinn, aktuelle Einschränkungen mit strukturellen Einschränkungen zu verwechseln. Es dauerte ein Jahrzehnt, bis das Linux-Ökosystem ausgereift war. Es dauerte Jahre, bis ARM vom Mobiltelefon zum Server gelangte. RISC-V folgt einem erkennbaren Verlauf, und die relevante Frage für diejenigen, die entscheiden, ist nicht, ob das Ökosystem ausgereift sein wird, sondern wie schnell dies in dem für das Unternehmen wichtigen Segment geschehen wird.

Was diese Kurve für Entscheidungsträger in den Bereichen Hardware und Lieferkette bedeutet

Die operative Frage ist nicht, ob RISC-V ARM in Servern schlagen wird. Die Frage ist, wo die Abhängigkeit von einer geschlossenen Architektur ein konkretes Risiko für den Betrieb darstellt – und ob es an dieser konkreten Stelle der Kette eine sinnvolle Alternative gibt.

Für diejenigen, die eingebettete Hardware in großem Umfang entwickeln, rechtfertigt die Analyse der Lizenzgebühren über die Nutzungsdauer des Produkts eine ernsthafte Bewertung der offenen Architektur. Die Berechnung ändert sich, wenn das Volumen von tausend auf eine Million Einheiten steigt. Für diejenigen, die IoT-Geräte von Drittanbietern kaufen, erscheint die Chip-Architektur selten im Katalog – aber die Frage ist einfacher geworden, da die RISC-V-Antwort keine Seltenheit mehr ist. Für diejenigen, die über eine Diversifizierung der Lieferkette nachdenken: Unterschiedliche ISA reduzieren die Konzentration, ohne dass eine eigene Infrastruktur erforderlich ist.