¿Qué es una máquina RISC avanzada?

¿Qué es una máquina RISC avanzada?

Máquina RISC avanzada es un nombre antiguo para el procesador ARM actual, que representa la principal forma de arquitectura RISC. RISC son las siglas de "reduced instruction set computer" (ordenador de conjunto de instrucciones reducido) y se refiere a un tipo de arquitectura de microprocesador que optimiza el rendimiento limitando el número de ciclos por instrucción dentro de sus programas de CPU.

En esta entrada del blog se analiza el concepto de máquina RISC avanzada, las ventajas de la arquitectura RISC y el uso de máquinas RISC avanzadas en sistemas embebidos.

Historia de la máquina RISC avanzada (ARM)

La profusión de nombres entrelazados tiene una historia interesante. En la actualidad, ARM Holdings -propiedad del gigantesco grupo SoftBank, a través de su Vision Fund- es líder mundial en el diseño de microprocesadores y unidades de procesamiento gráfico (GPU). Pero ARM comenzó su andadura a finales de los setenta como una empresa británica ya desaparecida llamada Acorn, que desarrolló un ordenador RISC pionero. El 26 de abril de 1985, tras seis años de esfuerzos de diseño, un equipo dirigido por Sophie Wilson y Steve Furber entregó el primer prototipo del procesador ARM.

Se llama Acorn RISC Machine 1(ARM1) y fue el procesador RISC más sencillo de la época. Este logro sentó las bases de una de las arquitecturas de procesador más populares de la historia. El Acorn RISC se utilizó en el Acorn Archimedes, uno de los primeros ordenadores domésticos de 32 bits cuyo nombre puede despertar la nostalgia de los lectores más veteranos.

En los noventa, tras su constitución, la empresa sustituyó "Acorn" por "Advanced" y el procesador pasó a denominarse Advanced RISC Machine. En 1998, tras la salida a bolsa de la empresa, su nombre pasó a ser simplemente "ARM Holdings", o "ARM" para abreviar. El nombre de la arquitectura/procesador siguió el mismo camino, cambiando su nombre una vez más a simplemente "ARM".

Ventajas de la arquitectura RISC

Una CPU ejecuta un conjunto de programas, cada uno de cuyos niveles de complejidad depende del conjunto de instrucciones que componen ese programa, y también del número de ciclos por instrucción. Existen dos enfoques para mejorar el rendimiento de la CPU.

• Reducir el número de instrucciones por programa
• Reducción del número de ciclos por instrucción

La arquitectura CISC (Complex Instruction Set Computing) toma el primer camino e intenta reducir el número de instrucciones por programa. Esta arquitectura agrupa las instrucciones, lo que supone más trabajo para el hardware, pero menos para la RAM.

Por otro lado, los procesadores con arquitectura RISC (Reduced Instruction Set Computing) optimizan el rendimiento minimizando el número de ciclos por instrucción. Una sola instrucción sólo ocupa un ciclo de CPU. Las operaciones sólo se realizan en los registros, nunca directamente en la memoria.

Los procesadores RISC simplifican la ejecución de instrucciones empleando un conjunto racionalizado de instrucciones que pueden ejecutarse en un solo ciclo de reloj. Esta filosofía de diseño se traduce en un rendimiento más rápido, un menor consumo de energía y una mayor eficiencia en comparación con las arquitecturas CISC.

Con RISC, los compiladores tienen que dedicar más tiempo a descomponer instrucciones complejas en unidades individuales. Esto puede suponer mucho trabajo.

Sin embargo, el proceso de descodificación en sí es mínimo. Y aquí está el quid: En un chip, se necesitan transistores para descodificar las instrucciones. Así que con una arquitectura RISC se utilizan muchos menos transistores que con una arquitectura CISC.

RISC = Perfecto para sistemas integrados

Tener menos transistores significa construir menos. Y significa costes reducidos, menor consumo de energía y menor disipación del calor. Estas propiedades hacen que la arquitectura RISC sea perfecta para chips utilizados en sistemas integrados, que requieren dispositivos ligeros, portátiles y alimentados por batería, como smartphones y portátiles.

Hoy en día, el término "máquina RISC avanzada" es esencialmente sinónimo de procesador ARM. La arquitectura del conjunto de instrucciones ARM es la principal arquitectura RISC del mundo, con más de 100.000 millones de procesadores ARM en circulación. ARM (la empresa) licencia sus procesadores a varias empresas que los utilizan en sistemas en chip (SoC) y sistemas en módulos (SoM). Estas empresas también diseñan núcleos que implementan el conjunto de instrucciones ARM.

La arquitectura ARM es la opción preferida para dispositivos móviles integrados como Android, Chrome OS, Firefox OS y Windows Mobile. Desde 2012, esta arquitectura es compatible con varias distribuciones de Linux, como Debian, Gentoo, Ubuntu y Raspberry Pi OS.

Las actualizaciones de la arquitectura ARM64 (AArch64) también han llegado a la versión 6. 3 del kernel de Linux. Uno de los aspectos más destacados de los cambios ARM64 en Linux 6.3 es la introducción de compatibilidad en el kernel con Scalable Matrix Extension 2 (SME 2). Esta actualización engloba tanto la compatibilidad con SME 2 como con SME 2.1, aportando mejoras al kernel.

¿Para qué sirve una máquina RISC avanzada?

El objetivo principal de una máquina RISC avanzada (ARM) es ofrecer una arquitectura y un conjunto de instrucciones que prioricen la eficiencia energética, el alto rendimiento y la asequibilidad. El procesador ARM engloba una familia de arquitecturas RISC (reduced instruction set computing), muy utilizadas en diversos dispositivos electrónicos, como smartphones, tabletas y sistemas embebidos, entre otros.

Los procesadores ARM son especialmente adecuados para dispositivos alimentados por batería. Gracias a su menor consumo de energía y menor generación de calor, los procesadores ARM son una opción ideal para este tipo de dispositivos, lo que contribuye a prolongar la duración de la batería y a mejorar la experiencia del usuario. Esto se consigue utilizando un conjunto de instrucciones simplificado que requiere menos ciclos de reloj para ejecutar las instrucciones, lo que reduce el consumo de energía al tiempo que mejora el rendimiento.

ARM tiene un impacto en muchas industrias diferentes. Desde los dispositivos móviles a los sistemas de automoción, pasando por los dispositivos IoT y los centros de datos, el uso de máquinas RISC avanzadas sigue creciendo y potenciando las tecnologías que dan forma a nuestras vidas. Para conectar miles de millones de dispositivos y permitir una comunicación fluida entre ellos, la arquitectura de ARM ofrece una base sólida.

Los dispositivos IoT también necesitan Live Kernel Patching

Conocidos por su eficiencia energética y su rendimiento, los procesadores ARM alimentan miles de millones de dispositivos en todo el mundo. Sin embargo, al igual que cualquier otra tecnología, no son inmunes a las vulnerabilidades.

La red de bots Mirai es uno de los ejemplos más populares de amenazas a la seguridad del IoT. Observada por primera vez en 2016, esta red de bots se ha asociado desde entonces a numerosos ciberataques destacados, en particular el ciberataque Dyn de 2016, que provocó importantes interrupciones en varios sitios web.

En febrero de 2023, se descubrió una nueva variante de la red de bots Mirai, "Mirai v3g4", dirigida a 13 vulnerabilidades no parcheadas en dispositivos del Internet de las Cosas (IoT). Esto demuestra la necesidad de aplicar parches al núcleo de los dispositivos IoT.

A medida que aumenta el uso de dispositivos ARM, es imperativo dar prioridad a la aplicación de parches de vulnerabilidad para mantener una seguridad sólida. Con KernelCare IoT, puede mantener sin esfuerzo la seguridad del ecosistema de Internet de las Cosas (IoT) empresarial basado en Linux de su organización manteniéndose al día con los últimos parches de seguridad.

La solución KernelCare IoT aplica sin problemas los parches de vulnerabilidad más recientes mientras los dispositivos conectados están en funcionamiento. Esto permite a las organizaciones automatizar el despliegue de parches en todo su ecosistema IoT, eliminando la necesidad de programar tiempos de inactividad o reiniciar dispositivos individuales.

Palabras finales

En el campo de la informática, la arquitectura Advanced RISC Machine (ARM) ha demostrado ser revolucionaria. La búsqueda constante de eficiencia y rendimiento por parte de ARM dejará sin duda una huella imborrable en la industria tecnológica durante muchos años.

Mediante la rápida aplicación de parches y actualizaciones, usted fortalece sus dispositivos frente a posibles exploits, ataques de malware y accesos no autorizados. Además, los parches mejoran el rendimiento de los dispositivos, protegen los datos personales y garantizan el cumplimiento de las normas del sector.