Mengenal Arsitektur Prosesor Sumber Terbuka: RISC-V

Mengenal Arsitektur Prosesor Sumber Terbuka: RISC-V

Teknologi Arsitektur Prosesor RISC-V

Sederhananya, arsitektur prosesor (atau processor architecture) adalah spesifikasi dan desain internal dari CPU, bagaimana prosesor menjalankan instruksi, bagaimana data bergerak, dan bagaimana bagaimana unit-unit internal lainnya diorganisir.

Arsitektur menentukan:

  • Instruction Set Architecture (ISA) \(\to\) kumpulan instruksi (perintah) yang dapat dipahami CPU (misalnya operasi tambah, muat data dari memori, lompat (jump)).
  • Mikroarsitektur \(\to\) bagaimana ISA tersebut diimplementasikan dalam rangkaian transistor, pipeline, unit eksekusi, caching, prediksi cabang, dan lain-lain.
  • Organisasi internal \(\to\) jumlah register, ukuran cache, jalur data (data bus), koneksi ke memori, kontroler, dan lain-lain.

Dengan kata lain, arsitektur adalah “kontrak” antara kode (program, kompiler) dan perangkat keras (CPU). Program menulis instruksi dalam ISA, dan mikroarsitektur bertugas menerjemahkan dan menjalankannya secepat dan seefisien mungkin program tersebut.

Sejarah Singkat Evolusi Arsitektur Prosesor

Berikut linimasa penting dalam perkembangan arsitektur CPU:

Era Ciri & Contoh Catatan Penting
Awal — Komputer Besar / Mainframe & CISC awal IBM System/360 (1964) memperkenalkan model komputer keluarga dengan satu set instruksi generik yang bisa dijalankan di berbagai kelas mesin Pendekatan ini memungkinkan kompatibilitas perangkat lunak di antara generasi mesin berbeda.
1970an — Mikroprosesor & CISC “klasik” Intel 4004 (1971) sebagai mikroprosesor pertama komersial; lalu Intel 8086 (1978) menjadi dasar dari x86 architecture Arsitektur ini dikenal sebagai CISC (Complex Instruction Set Computer) — instruksi kompleks, banyak mode alamat, banyak tugas dalam satu instruksi.
1980an — Kemunculan RISC (Reduced Instruction Set Computer) Proyek IBM 801 sebagai konsep awal RISC ; di akademik muncul proyek MIPS (Stanford) dan proyek RISC Berkeley Prinsip RISC: instruksi sederhana saja (load/store, operasi aritmatik), ukuran kode mungkin lebih besar, tetapi eksekusi bisa sangat cepat karena pipeline dan prediksi cabang.
1990an — Diversifikasi & Optimasi Mikroarsitektur CPU mulai memakai pipeline, superscalar execution, prediksi cabang, out-of-order execution Banyak desain hybrid muncul yang dalam praktiknya menerjemahkan instruksi kompleks jadi mikro‐instruksi sederhana (contohnya beberapa CPU x86 modern).
Era Modern — Dominasi x86 dan bangkitnya RISC lain Arsitektur x86 (Intel / AMD) tetap dominan di desktop/server ; di sisi lain arsitektur ARM (berbasis RISC) memenangkan pasar perangkat mobile dan embedded ARM (Advanced RISC Machines) resmi berdiri 1990, tapi akarnya ada pada ide RISC lebih awal.
Dekade Terbaru — Proses fabrikasi & arsitektur baru Skala transistor makin kecil (nanometer), arsitektur heterogen (CPU + GPU + akselerator) Arsitektur instruksi tetap, tapi kompleksitas mikroarsitektur dan efisiensi daya menjadi sangat penting

Karakteristik Kunci: CISC vs RISC

Untuk memudahkan pemahaman awam, berikut perbedaan pokok:

Aspek CISC RISC
Instruksi Kompleks, bisa memuat, kalkulasi, simpan dalam satu instruksi Sederhana, setiap instruksi punya tugas tunggal (misal operasi aritmatik atau load/store saja)
Desain hardware Lebih kompleks kontrol mikro Lebih simpel, mampu dioptimalkan dengan pipeline
Ukuran kode Instruksi kompleks → kode lebih padat Instruksi sederhana → kode bisa lebih panjang
Kecepatan & efisiensi Karena kompleksitas bisa jadi bottleneck Karena kesederhanaan, bisa dieksekusi sangat cepat pada frekuensi tinggi
Contoh modern Arsitektur x86 (meskipun banyak bagian di-translate menjadi mikro‐instruksi RISC internal) Arsitektur ARM (mobile, embedded), MIPS, Power, dan kini RISC-V

Mengenal RISC-V: Arsitektur Milenium Baru

Apa Itu RISC-V?
  • RISC-V (dibaca “risk-five”) adalah ISA terbuka (open-source) berdasarkan prinsip RISC.
  • Karena terbuka dan bebas royalti, siapa pun bisa mengimplementasikannya tanpa harus membayar lisensi kepada pemilik hak.
  • Versi ISA-nya mencakup berbagai ekstensi, seperti F (floating point), M (multiplication), A (atomics), dan V (vector).
Sejarah Singkat & Momentum
  • RISC-V dimulai tahun 2010 di University of California, Berkeley, diprakarsai oleh Krste Asanović, Andrew Waterman, Yunsup Lee.
  • Pada 2015, pengelolaan RISC-V diserahkan kepada RISC-V International, yang kini beranggotakan banyak perusahaan dan institusi global.
  • Selama beberapa tahun, RISC-V awalnya digunakan di mikrokontroler & embedded. Kini beberapa prosesor kelas server dan desktop sedang dikerjakan oleh berbagai pihak.
  • Implementasi nyata: misalnya prosesor Xuantie C910 (Alibaba / DAMO)
Kelebihan & Tantangan

Kelebihan:

  1. Lisensi bebas & terbuka Pengembang bisa menggunakan, memodifikasi, dan menyebarkan desain tanpa biaya lisensi.

  2. Modular & bisa diperluas Arsitektur inti bisa ditambah ekstensi sesuai kebutuhan aplikasi (misalnya penambahan unit vektor, matematika tinggi, keamanan).

  3. Independen dari vendor besar Tidak terkait dengan satu perusahaan tertentu, sehingga memungkinkan inovasi dan kompetisi lebih terbuka.

Tantangan:

  1. Ekosistem perangkat lunak & kompiler Meski dukungan Linux, GCC, LLVM sudah cukup baik, masih butuh lebih banyak optimasi dan kompatibilitas khusus.
  2. Persaingan dengan arsitektur mapan x86 dan ARM sudah sangat matang, dengan ekosistem luas, optimasi mendalam, dan dukungan perangkat lunak besar.
  3. Produksi dan efisiensi mikroarsitektur Arsitektur terbuka tidak menjamin setiap implementasi efisien — tantangannya terletak di desain sirkuit, manajemen daya, pipeline, dan caching.

Tren & Masa Depan: Apa Selanjutnya?

  • Arsitektur hybrid / heterogen — CPU tidak lagi berdiri sendiri; sekarang banyak chip juga menyatukan GPU, NPU (neural processing unit), akselerator khusus.
  • Pertarungan efisiensi daya vs performa — di era AI, data center, edge computing, arsitektur yang hemat energi sangat penting.
  • RISC-V sebagai pesaing arsitektur besar — banyak negara dan perusahaan ingin mengurangi ketergantungan pada arsitektur berlisensi (contoh: x86, ARM).
  • Perkembangan ekosistem software — agar RISC-V benar-benar kompetitif, perlu dukungan kompilator, library, OS, dan optimasi ekstensif.

Penutup

  • Arsitektur prosesor telah berkembang dari model kompleks (CISC) menuju filosofi yang lebih sederhana dan cepat (RISC), lalu ke arah modular dan terbuka (RISC-V).
  • RISC-V adalah arsitektur terbuka yang menjanjikan fleksibilitas dan potensi inovasi bebas lisensi, namun masih harus membuktikan dirinya dalam hal ekosistem dan performa.
  • Bagi pembaca awam: bayangkan prosesor sebagai “mesin penerjemah instruksi”. Arsitektur adalah aturan penerjemahan itu, dan mikroarsitektur adalah bagaimana mesin itu dirancang supaya bekerja cepat, hemat daya, dan andal.
Referensi
  1. History of general-purpose CPUs - Wikipedia
  2. x86 - Wikipedia
  3. RISC and CISC in Computer Organization - GeeksforGeeks
  4. IBM 801
  5. Reduced instruction set computer - Wikipedia
  6. RISC vs. CISC - Stanford Computer Science
  7. ARM architecture family - Wikipedia
  8. The Official History of Arm
  9. RISC vs. CISC: the Post-RISC Era: A historical approach to the debate
  10. RISC-V
  11. From Berkeley Lab to Global Standard: RISC‑V's 15-Year Journey
  12. About RISC-V International

Tambah komentar

Previous Post Next Post