RISC-V e sicurezza nei microcontrollori: verso un futuro dell’embedded open source

RISC-V è aperta, flessibile e accessibile. Con applicazioni che spaziano dall’IoT alla medicina, dall’automotive all’automazione industriale, questa architettura potrebbe essere una delle opzioni più promettenti per il futuro della tecnologia embedded.

L'architettura RISC-V, nata nei laboratori dell'Università della California a Berkeley, ha guadagnato tanta popolarità nel panorama dei microcontrollori e dei sistemi embedded adattandosi perfettamente. La sua natura aperta rende più accessibili i progetti tecnologici favorendo la personalizzazione in molti usi e applicazioni, allo stesso tempo, porta con sé non poche sfide soprattutto sul fronte della sicurezza. La sua adozione è cresciuta in pochi anni e sono tante le realtà aziendali che collaborano per accelerarne l'uso e lo sviluppo. In questo articolo, parleremo di RISC-V e delle implicazioni per la sicurezza e cercheremo di capire come potrebbe essere un futuro embedded.

Cos'è RISC-V

RISC-V è un'architettura di set di istruzioni (ISA) open source. Chiunque, con le giuste competenze, può usarla, modificarla o estenderla senza dover pagare licenze. Ed è questa la caratteristica principale che la distingue da altre ISA concesse in licenza.
Tra queste, in particolare, ci sono due tipologie che dominano il mercato e sono la britannica ARM (Advanced RISC Machine) e x86 utilizzata da aziende come Intel e AMD. Entrambe rappresentano uno standard per la maggior parte delle applicazioni, dai dispositivi consumer ai sistemi enterprise ma sono anche architetture proprietarie e hanno decisamente una maggiore rigidità per quanto riguarda le configurazioni. Ciò le rende meno flessibili e meno adatte alle personalizzazioni.

RISC-V agisce come il "cervello", un vero e proprio motore logico che guida l'esecuzione delle operazioni, e viene utilizzata in diversi settori per le sue caratteristiche: nell'automazione industriale per il controllo di sensori e attuatori, nei dispositivi intelligenti come termostati, lampadine smart e sensori ambientali, nei monitor per la pressione sanguigna o dispositivi indossabili per il monitoraggio della salute oppure nei veicoli dove i microcontrollori possono gestire sistemi come il controllo della velocità, i sensori per il parcheggio fino alle funzioni avanzate di guida autonoma. Rispetto ad alternative proprietarie, oltre alla natura open source che elimina le barriere economiche ha molti altri vantaggi come:

Modularità: la struttura modulare di RISC-V consente agli sviluppatori di aggiungere o rimuovere istruzioni specifiche per includere solo ciò che è necessario. Ad esempio, si possono integrare estensioni crittografiche per la sicurezza nei dispositivi IoT.

Efficienza energetica: i microcontrollori basati su RISC-V sono progettati per migliorare l'efficienza e sono perfetti per dispositivi alimentati a batteria o per applicazioni che richiedono un consumo ridotto.

Personalizzazione: le aziende possono sviluppare soluzioni su misura, integrando solo le funzionalità necessarie, senza vincoli imposti da fornitori esterni.

Ecosistema: l'adozione di RISC-V è in crescita, con un numero sempre maggiore di strumenti software, progetti open source e aziende che supportano l’architettura, questo ha creato intorno a sé e in poco tempo, un ecosistema importante e consistente.

Inoltre, essendo standardizzata e open source, facilita l'integrazione in diversi progetti e supporta aggiunte anche per il futuro, come estensioni per calcolo vettoriale o sicurezza avanzata.

Origini di RISC-V

RISC-V esiste dal 2010 ed è stata creata come parte di un progetto accademico all'Università della California, nella Bay Area, a 16 chilometri da San Francisco. L'obiettivo iniziale del gruppo di ricerca che ne ha seguito lo sviluppo era quello di ideare una ISA che fosse open source, progettata per essere facile da implementare e da utilizzare. Ed è nata a partire da altre architetture (RISC-I, RISC-II) sviluppate sempre nella stessa Università ma almeno vent’anni prima. Dopo pochi anni, nel 2015 è nata la RISC-V Foundation, oggi diventata RISC-V International, una organizzazione no-profit che gestisce l’intero ecosistema RISC-V a cui hanno aderito aziende, istituzioni accademiche e molti singoli membri, una comunità intorno a RISC-V particolarmente attiva che contribuisce allo sviluppo di strumenti, simulatori e software per supportarne l'architettura. SiFive è una delle aziende più rilevanti nell’ecosistema RISC-V e il progetto Freedom è una delle sue offerte più popolari. La famiglia SiFive Freedom comprende microcontrollori e SoC (System-on-Chip) progettati per applicazioni IoT, embedded e industriali. Include estensioni per la sicurezza, come l'isolamento della memoria e il supporto crittografico e per strumenti open source come GNU Compiler Collection (GCC) e LLVM.

Tra i progetti di ricerca c'è, invece, BOOM (Berkeley Out-of-Order Machine) sviluppato sempre all'interno dell'Università della California, ed è una CPU superscalare, quindi, in grado di eseguire più istruzioni nello stesso ciclo di clock, basata, appunto, su RISC-V. La CPU è stata progettata per prestazioni elevate ed è utilizzata nella ricerca accademica e in sistemi sperimentali per applicazioni avanzate. Tra le aziende che utilizzano RISC-V compaiono Western Digital nei propri controller per dischi rigidi; Alibaba T-Head che ha sviluppato processori RISC-V per applicazioni IoT e cloud. NVIDIA e Intel che supportano l'ecosistema RISC-V attraverso collaborazioni e anche investimenti. Tra gli eventi più importanti nati intorno all'ecosistema open source ci sono il SEC RISC-V e il RISC-V Summit. C'è una comunità globale di sviluppatori e aziende che si è stretta intorno e ha promosso numerose iniziative per la condivisione di conoscenze e l'interazione tra professionisti del settore ma anche tra ricercatori e appassionati. Il dibattito e le discussioni sull'evoluzione di RISC -V è costante e, a volte, anche fortemente dibattuto.

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