RISC-V: પ્રોસેસરની દુનિયામાં ઓપન-સોર્સ ક્રાંતિ અને તેની હાર્ડવેર ડિઝાઇન પર ઊંડી અસર

કોઈપણ કોમ્પ્યુટર કે સ્માર્ટફોનનું હૃદય તેનું પ્રોસેસર હોય છે, પરંતુ આ પ્રોસેસર કઈ રીતે કામ કરશે તેની સૂચનાઓ એક ખાસ ભાષામાં લખાયેલી હોય છે. આ ભાષાને ટેકનિકલ દુનિયામાં સૂચના સેટ આર્કિટેક્ચર (Instruction Set Architecture - ISA) કહેવામાં આવે છે. અત્યાર સુધી ઇન્ટેલ (Intel) અને આર્મ (ARM) જેવી મોટી કંપનીઓ આ ભાષા પર પોતાનો એકાધિકાર ધરાવતી હતી. જો કોઈ કંપનીએ પોતાનું ચિપ બનાવવું હોય, તો તેણે આ દિગ્ગજ કંપનીઓને કરોડો રૂપિયાની રોયલ્ટી (royalty): ટેકનોલોજી વાપરવા બદલ ચૂકવવી પડતી ફી આપવી પડતી હતી. પરંતુ ૨૦૧૦માં કેલિફોર્નિયા યુનિવર્સિટી, બર્કલે ખાતે એક એવો પ્રોજેક્ટ શરૂ થયો જેણે આ આખી રમત બદલી નાખી. તેનું નામ છે RISC-V (રિસ્ક-ફાઈવ).

RISC-V એ એક મુક્ત અને ઓપન-સોર્સ (open-source): જેનો કોડ કે ડિઝાઇન કોઈપણ જોઈ અને વાપરી શકે તેવું આર્કિટેક્ચર છે. તે રિડ્યુસ્ડ ઇન્સ્ટ્રક્શન સેટ કોમ્પ્યુટર (Reduced Instruction Set Computer - RISC) ના સિદ્ધાંતો પર આધારિત છે. આનો અર્થ એ છે કે તે જટિલ સૂચનાઓને બદલે સરળ અને નાની સૂચનાઓ પર કામ કરે છે, જેનાથી પ્રોસેસર વધુ ઝડપી અને કાર્યક્ષમ બને છે. વિકિપીડિયાના અહેવાલ મુજબ, RISC-V એ બર્કલેમાં ૧૯૮૧થી ચાલી રહેલા સંશોધનોની પાંચમી પેઢી છે. આ પ્રોજેક્ટની શરૂઆત ક્રસ્તે અસાનોવિક (Krste Asanović) અને ડેવિડ પેટરસન (David Patterson) જેવા દિગ્ગજો દ્વારા કરવામાં આવી હતી, જેમણે અનુભવ્યું કે શૈક્ષણિક અને વ્યાપારી ઉપયોગ માટે એક એવું આર્કિટેક્ચર હોવું જોઈએ જે કોઈ એક કંપનીની માલિકીનું ન હોય.

ઇતિહાસ અને સંસ્થાકીય માળખું

RISC-V નો ઇતિહાસ ઘણો રસપ્રદ છે. ૧૯૮૦ના દાયકામાં જ્યારે પ્રોસેસર ડિઝાઇન ખૂબ જ જટિલ બની રહી હતી, ત્યારે ડેવિડ પેટરસને સાબિત કર્યું કે સરળ સૂચનાઓ ધરાવતા પ્રોસેસર વધુ સારું પ્રદર્શન કરી શકે છે. ૨૦૧૦માં જ્યારે બર્કલેની ટીમને સંશોધન માટે એક ઓપન-સોર્સ સીપીયુ (CPU) કોરની જરૂર પડી, ત્યારે તેમણે ઉપલબ્ધ વિકલ્પોને બદલે પોતાનું નવું આર્કિટેક્ચર બનાવવાનું નક્કી કર્યું. આ પ્રોજેક્ટ માત્ર ત્રણ મહિનાના ઉનાળાના પ્રોજેક્ટ તરીકે શરૂ થયો હતો, પરંતુ તેની સફળતા એટલી મોટી હતી કે તે વૈશ્વિક સ્તરે ફેલાઈ ગયો. ૨૦૧૫માં આ ટેકનોલોજીના સંચાલન માટે 'RISC-V ફાઉન્ડેશન'ની સ્થાપના કરવામાં આવી, જે પાછળથી ૨૦૧૯માં અમેરિકાના વેપાર નિયમોની ચિંતાને કારણે સ્વિટ્ઝર્લેન્ડમાં ખસેડવામાં આવી અને તેનું નામ 'RISC-V ઇન્ટરનેશનલ' રાખવામાં આવ્યું.

આજે RISC-V ઇન્ટરનેશનલ પાસે ૪,૫૦૦થી વધુ સભ્યો છે. આ સભ્યોમાં ગૂગલ (Google), એનવીડિયા (Nvidia), ક્વોલકોમ (Qualcomm) અને ઇન્ટેલ (Intel) જેવી મોટી કંપનીઓનો સમાવેશ થાય છે. આ સંસ્થાનું મુખ્ય કામ RISC-V ના ધોરણો નક્કી કરવાનું અને તેને જાળવી રાખવાનું છે. કોઈપણ વ્યક્તિ કે કંપની આ આર્કિટેક્ચરનો ઉપયોગ કરીને પોતાની ચિપ બનાવી શકે છે અને તેના માટે તેમણે કોઈને એક પણ રૂપિયો રોયલ્ટી તરીકે આપવો પડતો નથી. આ બાબત સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગમાં એક મોટી ક્રાંતિ સમાન છે, કારણ કે તે નાની કંપનીઓ અને સ્ટાર્ટઅપ્સ માટે પ્રોસેસર ડિઝાઇનના દરવાજા ખોલી નાખે છે.

મોડ્યુલર ડિઝાઇન: કેવી રીતે કામ કરે છે RISC-V?

RISC-V ની સૌથી મોટી ખાસિયત તેની મોડ્યુલર (modular): અલગ-અલગ ભાગોને જોડીને બનાવી શકાય તેવી ડિઝાઇન છે. પરંપરાગત આર્કિટેક્ચરમાં બધી જ સૂચનાઓ એકસાથે લેવી પડે છે, ભલે તમારે તેની જરૂર હોય કે ન હોય. પરંતુ RISC-V માં એક નાનું 'બેઝ' (base) આર્કિટેક્ચર હોય છે અને તેની ઉપર તમે તમારી જરૂરિયાત મુજબ 'એક્સટેન્શન' (extension): વધારાની સુવિધાઓ ઉમેરી શકો છો. આને એક સાદા ઉદાહરણથી સમજીએ: જેમ તમે એક સાદી કાર ખરીદો અને પછી તેમાં તમારી જરૂર મુજબ એસી, મ્યુઝિક સિસ્ટમ કે સનરૂફ લગાવો, તેમ RISC-V માં પણ તમે પ્રોસેસરની ક્ષમતા વધારી શકો છો.

આ આર્કિટેક્ચરમાં મુખ્યત્વે ૩૨-બીટ અને ૬૪-બીટના બેઝ વેરિઅન્ટ હોય છે. દાખલા તરીકે, RV32I એ ૩૨-બીટનું પાયાનું આર્કિટેક્ચર છે. જો તમારે ગણિતના જટિલ કાર્યો કરવા હોય, તો તમે તેમાં 'M' એક્સટેન્શન ઉમેરી શકો છો. જો તમારે ફ્લોટિંગ પોઈન્ટ (floating point): દશાંશ ચિહ્ન વાળી ગણતરીઓ કરવી હોય, તો 'F' અથવા 'D' એક્સટેન્શન ઉમેરી શકાય. જ્યારે આ બધા મુખ્ય એક્સટેન્શન (I, M, A, F, D) ભેગા થાય, ત્યારે તેને ટૂંકમાં 'G' (General-purpose) કહેવામાં આવે છે. આ મોડ્યુલર અભિગમને કારણે પ્રોસેસરની સાઈઝ નાની રહે છે અને તે ઓછી વીજળી વાપરે છે, જે ખાસ કરીને સ્માર્ટવોચ કે સેન્સર જેવા ઉપકરણો માટે વરદાનરૂપ છે.

આંકડાકીય સરખામણી અને સોફ્ટવેર ઇકોસિસ્ટમ

RISC-V ની લોકપ્રિયતા તેના આંકડાઓ પરથી સમજી શકાય છે. ૨૦૨૫ સુધીમાં તેના સભ્યોની સંખ્યા ૪,૫૦૦ને વટાવી ગઈ છે. લિનક્સ (Linux) જેવી ઓપરેટિંગ સિસ્ટમ હવે RISC-V ને સંપૂર્ણ સપોર્ટ આપે છે. મે ૨૦૨૩માં 'RISE' (RISC-V Software Ecosystem) નામની પહેલ શરૂ કરવામાં આવી, જેમાં સેમસંગ (Samsung) અને રેડ હેટ (Red Hat) જેવી કંપનીઓ જોડાઈ છે જેથી RISC-V પર ચાલતા સોફ્ટવેર વધુ ઝડપથી વિકસી શકે. આ આર્કિટેક્ચર માત્ર શૈક્ષણિક સંશોધન પૂરતું મર્યાદિત નથી, પરંતુ હવે તે સર્વર, ડેસ્કટોપ અને મોબાઈલ માર્કેટમાં પણ પ્રવેશ કરી રહ્યું છે.

ચિપ ડિઝાઇનની પ્રક્રિયામાં RISC-V કેવી રીતે કામ કરે છે તે સમજવા માટે તેના સ્ટેપ્સ જોવા જરૂરી છે. સૌથી પહેલા ડિઝાઇનર પોતાની જરૂરિયાત મુજબ બેઝ ISA પસંદ કરે છે. ત્યારબાદ તેમાં જરૂરી એક્સટેન્શન ઉમેરવામાં આવે છે. આ ડિઝાઇનને વેરીલોગ (Verilog) જેવી હાર્ડવેર વર્ણન ભાષામાં લખવામાં આવે છે અને ત્યારબાદ તેનું સિમ્યુલેશન કરવામાં આવે છે. છેલ્લે, આ ડિઝાઇનને ફેબ્રિકેશન પ્લાન્ટમાં મોકલીને સિલિકોન ચિપ બનાવવામાં આવે છે. આ આખી પ્રક્રિયામાં ક્યાંય પણ લાયસન્સની મંજૂરી લેવાની જરૂર પડતી નથી, જે સમય અને નાણાં બંનેની બચત કરે છે.

ભારત માટે મહત્વ અને ભવિષ્યની દિશા

ભારત માટે RISC-V અત્યંત મહત્વનું છે. ભારત સરકારના 'આત્મનિર્ભર ભારત' અભિયાન હેઠળ સ્વદેશી માઇક્રોપ્રોસેસર બનાવવાની દિશામાં RISC-V પાયાનો પથ્થર સાબિત થઈ રહ્યું છે. IIT મદ્રાસ દ્વારા વિકસાવવામાં આવેલ 'શક્તિ' (SHAKTI) પ્રોસેસર RISC-V આર્કિટેક્ચર પર જ આધારિત છે. આનાથી ભારતને વિદેશી કંપનીઓ પરની નિર્ભરતા ઘટાડવામાં અને પોતાની સુરક્ષિત ચિપ્સ બનાવવામાં મદદ મળશે. જ્યારે હાર્ડવેર ઓપન-સોર્સ હોય, ત્યારે તેમાં કોઈ 'બેકડોર' (backdoor): છુપી રીતે માહિતી ચોરવાનો રસ્તો હોવાની શક્યતા ઘટી જાય છે, જે રાષ્ટ્રીય સુરક્ષા માટે પણ અનિવાર્ય છે.

જોકે, RISC-V સામે હજુ પણ કેટલાક પડકારો છે. આર્મ અને એક્સ૮૬ (x86) પાસે દાયકાઓ જૂની સોફ્ટવેર ઇકોસિસ્ટમ છે, જેની સામે ટકી રહેવા માટે RISC-V ને હજુ વધુ સોફ્ટવેર સપોર્ટની જરૂર છે. વળી, હજુ પણ હાઇ-પર્ફોર્મન્સ ગેમિંગ કે જટિલ સર્વર કાર્યોમાં તે પ્રસ્થાપિત આર્કિટેક્ચરોની સરખામણીએ પાછળ છે. તેમ છતાં, જે રીતે વિશ્વભરની કંપનીઓ અને સંશોધકો તેમાં જોડાઈ રહ્યા છે, તે જોતા કહી શકાય કે ભવિષ્ય ઓપન-સોર્સ હાર્ડવેરનું જ છે. ૨૦૨૬માં લોન્ચ થયેલી 'રેટિફાઇડ સ્પેસિફિકેશન લાઇબ્રેરી' એ એન્જિનિયરો માટે આ ટેકનોલોજીનો ઉપયોગ કરવાનું વધુ સરળ બનાવી દીધું છે.

નિષ્કર્ષમાં, RISC-V એ માત્ર એક ટેકનિકલ ધોરણ નથી, પરંતુ તે હાર્ડવેરની દુનિયામાં આવેલી લોકશાહી છે. તે ટેકનોલોજીના ક્ષેત્રમાં ઇનોવેશન (innovation): નવીનતા લાવવા માટેના અવરોધો દૂર કરે છે. જેમ લિનક્સે સોફ્ટવેરની દુનિયા બદલી નાખી, તેમ RISC-V આગામી દાયકામાં હાર્ડવેર અને સેમિકન્ડક્ટર ઉદ્યોગની શકલ બદલી નાખશે તેવી પૂરેપૂરી શક્યતા છે.