Da qualche tempo, c’è un vivace dibattito che tiene occupate le menti di molti ingegneri e sviluppatori e riguarda il futuro delle architetture dei processori embedded. Sebbene vi siano dei leader indiscutibilmente affermati nel mercato dell’architettura dei chip embedded, il settore si sta espandendo a un ritmo così rapido che si prevedono molte nuove opportunità nei prossimi anni e in un campo così affollato, naturalmente, ci sarà sempre spazio per l’innovazione e per nuovi operatori. Rimane quindi la grande domanda: quale tecnologia dominerà il mercato nel prossimo decennio? Di seguito l’approfondimento sul tema di Ankur Tomar, Solutions Marketing Manager di Farnell.
Tre attori principali
Con oltre 80 anni di esperienza nella distribuzione di componenti elettronici, Farnell è nella posizione ideale per comprendere a fondo il mercato dei chip embedded. Secondo l’azienda, ci sono tre protagonisti nella corsa: i microprocessori x86, ARM e RISC-V. Queste tre instruction-set-architecture (ISA) rappresentano approcci molto diversi. Queste ISA non si utilizzano esclusivamente nelle applicazioni embedded. Mentre i processori x86 (Intel e AMD) tendono a essere utilizzati principalmente nei computer e nei server, i processori ARM (Qualcomm e MediaTek) sono di solito l’architettura preferita per smartphone e tablet. ARM è molto diffuso nei sistemi embedded che attualmente dominano il mercato. L’ultimo arrivato invece è RISC-V, concepito nel 2011, 26 anni dopo la produzione del primo processore ARM.
Osservando più da vicino le rispettive offerte, è utile capire che i processori RISC-V e ARM si basano sul reduced instruction set computing (RISC), mentre i processori x86 utilizzano il complex instruction set computing (CISC). Naturalmente, per entrambe le soluzioni vi sono molteplici vantaggi e svantaggi, motivo per cui gli osservatori del mercato hanno opinioni divergenti. Nei sistemi embedded, tuttavia, il minor consumo di energia delle architetture RISC le rende più adatte alle applicazioni a consumo limitato, in particolare ai dispositivi alimentati a batteria.
Standard aperti e chiusi
x86 è brevettato e posseduto da Intel, ma AMD ha creato processori compatibili e in grado di eseguire lo stesso codice. Anche ARM è un’ISA proprietaria che viene concessa in licenza alle aziende insieme al progetto del core del processore per implementare il set di istruzioni. RISC-V, invece, adotta un approccio molto diverso. Si tratta di un’ISA open-standard, il che significa che chiunque può utilizzarla per progettare i propri chip senza pagare alcun costo di licenza. Può anche essere personalizzata dallo sviluppatore.
Secondo uno studio del 2019 di Semico Research, un numero crescente di aziende di varie dimensioni sta iniziando a progettare soluzioni RISC-V, tanto che si prevede che entro il 2025 il mercato consumerà 62,4 miliardi di core RISC-V (di cui 16,7 miliardi andranno al settore industriale). Ciò rappresenta circa il doppio del numero di core ARM distribuiti nel 2022.
Tuttavia, a quanto pare gli ingegneri non credono che questa migrazione verso RISC-V si concretizzerà: la maggior parte di quelli che ha partecipato a un recente sondaggio della community Avnet element14 ritiene che il settore sarà dominato dai 32 bit.
ISA RISC modulari
Considerando i punti di forza relativi delle diverse architetture software embedded, il 51% degli intervistati da Farnell ha dichiarato che sarà ARM a dominare il mercato nel prossimo decennio. Ciò va tenuto in confronto con il 23% che ha sostenuto RISC-V e il 13% che ha optato per x86. Del restante 13% convinto che ci sarà un vincitore diverso, la maggior parte ha ritenuto più probabile che nei prossimi 10 anni verrà sviluppata una nuova architettura in grado di dominare il mercato e di sostituirsi a tutte le architetture esistenti, piuttosto che si affermi un’architettura già esistente, come MIPS. Secondo la società californiana Grand View Research, quasi la metà del mercato embedded è a 32 bit, quindi non sorprende che gli ingegneri ritengano che saranno le architetture a 32 o 64 bit a dominare. È interessante che i partecipanti ritengano che i costi potenzialmente più bassi e la maggiore flessibilità del RISC-V open-source non lo renderanno più allettante delle ISA proprietarie. ARM, tuttavia, ha guadagnato la fiducia di molti ingegneri e aziende embedded che hanno investito nello sviluppo delle loro competenze in questa architettura, scrivendo un codice che può essere riutilizzato e acquistando una serie di nuovi strumenti di sviluppo. Questa fiducia nell’architettura si manifesta nonostante l’incertezza sul futuro immediato di ARM, compresa una potenziale IPO nel 2023.
Tutte le opzioni sono a disposizione
Sebbene possa sorprendere il fatto che meno di un quarto degli ingegneri e degli sviluppatori interpellati da Farnell ritenga che RISC-V sarà l’architettura di processore embedded dominante tra 10 anni, è meno scioccante che x86 abbia ottenuto un risultato così negativo nel sondaggio. Questo risultato era più che prevedibile perché l’attenzione all’ottimizzazione per i PC generalmente rende i processori basati su questa architettura meno adatti alle applicazioni embedded, mentre la rivoluzione dell’IoT sta determinando un’enorme domanda di prodotti a bassissimo consumo e alimentati a batteria. Tuttavia, si prevede che l’architettura x86 sarà ancora utilizzata in un numero significativo di sistemi embedded nel prossimo futuro.
Qualunque direzione prenda il mercato, e Farnell si è attestata in una posizione tale da poter soddisfare tutte le opzioni, è essenziale che coloro che operano nel settore dei processori embedded tengano d’occhio le tendenze e gli sviluppi, per evitare il pericolo di rimanere ancorati a un’architettura che non ha successo e, quindi, ha meno processori sul mercato. Se gli ingegneri e gli sviluppatori puntano sul cavallo sbagliato, la scelta sul mercato potrebbe ridursi notevolmente e i progettisti potrebbero vedersi costretti a utilizzare nei loro progetti dispositivi poco adatti. Ciò è chiaramente fuori discussione se si vuole che il mercato si sviluppi in modo da soddisfare le esigenze degli utenti.
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