RISC-V una tecnología joven con una vieja historia

A finales de los años 50, Jack Kilby, ingeniero eléctrico y físico estadounidense que trabajaba en Texas Instruments sentó las bases de la electrónica moderna con la invención de los circuitos integrados, más conocidos posteriormente como "chips". Comenzó así el gran desarrollo de la sociedad de la información actual con el uso masivo de los microprocesadores, introducidos comercialmente en la década de 1970 con la primera unidad procedente de Intel Corporation. Eran físicamente bastante complejos de implementar ya que necesitaban una gran cantidad de transistores para su funcionamiento. A ello contribuía su ISA (Instruction Set Architecture) que era una “lista” detallada de todas las instrucciones u operandos que puede entender y ejecutar un microprocesador, los tipos de datos nativos que soporta, sus modos de direccionamiento de memoria y tamaño, los registros y otros aspectos como la transferencia de datos, las operaciones aritméticas, lógicas, de comparación, operaciones sobre bits, desplazamientos, control, saltos, etc.


Algunos ejemplos de arquitecturas ISA muy conocidas son Motorola 68000 (68K), el DEC VAX, PDP-11, algunas generaciones de los Intel x86, el procesador 8051 y z/Architecture. Estos primeros microprocesadores que implementaban estas arquitecturas internas de complejidad creciente acabaron denominándose CISC (Complex Instruction Set Computer).

Los primeros microprocesadores eran físicamente bastante complejos de implementar ya que necesitaban una gran cantidad de transistores para su funcionamiento.

A principios de la década de 1980, se introdujo la arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computer) que surgió de la necesidad de rediseñar totalmente el trabajo anterior debido a que la arquitectura CISC se estaba volviendo más compleja. Su implementación se atribuye a John Cocke de IBM y se llevaron a cabo algunos cambios importantes en la arquitectura del microprocesador que se convirtió en RISC, incluido un formato uniforme de tamaño fijo para las instrucciones e instrucciones fácilmente segmentables. La segmentación (pipeline) significa que el procesador comienza a ejecutar la siguiente instrucción antes de que se complete la instrucción actual. En la década de 1970 la memoria RAM era costosa por lo que los programas más pequeños eran un objetivo a conseguir.

En 1979, David Patterson iniciaría un proyecto en la Universidad de Berkeley financiado por el DARPA VLSI Program, y rápidamente se opondría al concepto tradicional de más es mejor como en los CISC. Pensó que si el microcódigo era eliminado, podría ser incluso más rápido. Así es como surgiría el chip RISC-I que sería más rápido con solo 1/3 de los transistores.

En 1981, en la Universidad de Stanford se inicia un proyecto similar, este proyecto era el MIPS, por John L. Hennessy. El primer sistema funcional se produciría en 1983, y los primeros programas pudieron comenzar a correr en él en 1984. MIPS hacía hincapié en una agresiva frecuencia de reloj usando la segmentación para hacer que corriese todo lo máximo posible. A pesar de que ambos proyectos se realizaron casi en paralelo, la arquitectura tomó el nombre de RISC.


Tanto de RISC como de MIPS se fueron sucediendo numerosas versiones, como las MIPS I (1985), MIPS II (1989), MIPS III (1991), MIPS IV (1996), MIPS V (1998), MIPS32 (1999), y MIPS64 (1999), pero lo más interesante aquí es la parte del proyecto RISC y la progresión de su desarrollo:

RISC-I: diseñada en 1980, de 32-bit, con 44500 transistores y capaz de operar a 0.5 Mhz, consiguiendo 0.5 MIPS. Y todo con una densidad de código un 30% mayor que un VAX.

El primer sistema funcional MIPS se produciría en 1983, y los primeros programas pudieron comenzar a correr en él en 1984.

RISC-II: apareció en 1983 y agregó más registros, hasta 22 visibles al mismo tiempo, 6 compartidos con la rutina de llamadas, thumb de 16-bit, y mejoras en la densidad del código. Tenía 40760 transistores y funcionando a 3 Mhz @ 1MIPS.

RISC-III (SOAR): fue un rediseño y optimización para Smalltalk. Lanzado en 1984 y con un recuento de transistores de 35700.

RISC-IV (VLSI-BAM): otro rediseño de 1990, optimizado para el código compilado desde Prolog. Esta implementación poseía 112000 transistores, con 20 Mhz y solo 1W de consumo.

El proyecto aparentemente desapareció, aunque su legado continuó en diseños RISC muy populares, como los DEC Alpha, SPARC, PA-RISC, AMD 29k, Power, Arm, MIPS, etc. Y de repente, en 2010, se inicia un proyecto comandado por Krste Asanović en Berkeley. Se reunió a un equipo para investigar sobre un sistema de código abierto y que terminó continuando el legado iniciado por Patterson y que se convirtió en el denominado RISC-V, pero eso ya... es otra historia.