¿Qué arquitectura de procesador embebido liderará la próxima década?

Ankur Tomar, Solutions Marketing Manager de Farnell, analiza las diferentes opciones disponibles y destaca los pros y los contras que podrían marcar la diferencia a la hora de tomar decisiones en el futuro.

Desde hace algún tiempo, un animado debate sobre el futuro de las arquitecturas de procesadores embebidos capta la atención de muchos ingenieros y desarrolladores.

Aunque existen líderes claramente establecidos en el mercado de la arquitectura de chips embebidos, el sector se está expandiendo a un ritmo tan rápido que se espera que surjan muchas nuevas oportunidades en los próximos años y, por supuesto, siempre habrá lugar para la innovación y para nuevos actores en un campo tan movido.

Entonces la gran pregunta sigue siendo: ¿Qué tecnología va a dominar el mercado durante la próxima década?

Tres actores principales lideran el campo actualmente

Con más de 80 años de experiencia en la distribución de componentes electrónicos, Farnell está bien situada para conocer a fondo el mercado de los chips embebidos.

La empresa reconoce tres participantes destacados en la contienda: los microprocesadores x86, ARM y RISC-V. Estas tres arquitecturas de conjuntos de instrucciones (ISA por sus siglas en inglés) representan enfoques muy diferentes.

Estas arquitecturas de conjuntos de instrucciones no se usan de forma exclusiva en aplicaciones embebidas. Mientras que los procesadores x86 (Intel y AMD) se suelen usar principalmente en ordenadores y servidores, los procesadores ARM (Qualcomm y MediaTek) suelen ser la arquitectura preferida para smartphones y tabletas. ARM ha tenido una presencia significativa en los sistemas embebidos que actualmente dominan el mercado. El actor más reciente es RISC-V que fue concebido en 2011, 26 años después de que se fabricara el primer procesador ARM.

Si analizamos más detenidamente las respectivas ofertas, resulta útil entender que los procesadores RISC-V y ARM se basan en la arquitectura de conjunto de instrucciones reducido (RISC), mientras que los procesadores x86 emplean la arquitectura de conjunto de instrucciones complejas (CISC). Por supuesto, ambos tienen muchas ventajas y desventajas, lo que divide la opinión de los observadores del mercado. En los sistemas embebidos, sin embargo, el menor consumo energético de las arquitecturas RISC las hace más adecuadas para las aplicaciones de potencia limitada, en particular los dispositivos alimentados por baterías.

Estándar abierto y cerrado

x86 es un producto propietario de Intel, pero AMD ha creado procesadores que son compatibles y pueden ejecutar el mismo código. ARM es también una arquitectura de conjuntos de instrucciones propietaria que se licencia a las empresas junto con el diseño para que el núcleo del procesador implemente el conjunto de instrucciones. Por otro lado, RISC-V adopta un enfoque muy diferente. Es una arquitectura de conjuntos de instrucciones de estándar abierto, lo que significa que cualquiera puede utilizarla para diseñar sus propios chips sin pagar ningún coste de licencia. También la puede personalizar el desarrollador.

Según un estudio de Semico Research de 2019, cada vez son más las empresas de diversos tamaños que están empezando a diseñar soluciones RISC-V, hasta el punto de que se espera que el mercado consuma 62.400 millones de núcleos RISC-V en 2025 (de los que el sector industrial representará 16.700 millones). Esto es aproximadamente el doble del número de núcleos ARM comercializados en 2022.

Sin embargo, parece que los ingenieros no creen que esta migración a RISC-V se vaya a materializar, ya que la mayoría de los que participaron en una encuesta reciente de la comunidad element14 de Avnet cree que el sector seguirá dominado por los 32 bits.

Arquitecturas de conjuntos de instrucciones RISC modulares

Teniendo en cuenta los puntos fuertes de las distintas arquitecturas de software embebido, el 51 % de los encuestados por Farnell afirma que ARM dominará el mercado en la próxima década, en comparación con el 23 % que apostó por RISC-V, y el 13 % que optó por x86. Entre el 13 % restante que pensaba que habría un ganador diferente, la mayoría opinaba que era más probable que se desarrollara una nueva arquitectura en los próximos diez años que llegara a dominar el mercado y reemplazara todas las arquitecturas existentes, en lugar de que una arquitectura ya existente, como MIPS, pasara a primer plano.

Casi la mitad del mercado de los sistemas embebidos es de 32 bits, según la empresa californiana Grand View Research, por lo que no es de extrañar que los ingenieros piensen que las arquitecturas de 32 o 64 bits sean las que dominarán. Es interesante que consideren que los costes potencialmente más bajos y la mayor flexibilidad de la RISC-V de código abierto no la harán más atractiva que las arquitecturas de conjuntos de instrucciones propietarias.

Sin embargo, ARM se ha ganado la confianza de muchos ingenieros y empresas de sistemas embebidos que han invertido en desarrollar su experiencia en esta arquitectura, escribiendo código que puede reutilizarse y adquiriendo una serie de nuevas herramientas de desarrollo. Esta fe en la arquitectura se mantiene a pesar de que existe cierta incertidumbre en torno al futuro inmediato de ARM, incluida una posible salida a bolsa en 2023.

Respuesta a todas las opciones

Aunque puede haber sido sorprendente ver que menos de una cuarta parte de los ingenieros y desarrolladores consultados por Farnell consideraban que RISC-V sería la arquitectura de procesador embebido dominante dentro de diez años, fue menos impactante que x86 saliera tan mal parado en la encuesta. Eso era de esperar debido a que el enfoque en la optimización para PC suele implicar que los procesadores basados en esta arquitectura son menos adecuados para aplicaciones embebidas, y la revolución del IoT está impulsando una enorme demanda de productos embebidos de muy bajo consumo y que funcionen con baterías. No obstante, se espera que la arquitectura x86 se siga usando en un número significativo de sistemas embebidos en el futuro cercano.

Cualquiera que sea la dirección que tome el mercado (y Farnell se ha posicionado para poder responder a todas las opciones), es esencial que quienes trabajan en el mercado de los procesadores embebidos sigan de cerca las tendencias y los avances, ya que deben evitar el riesgo de quedar atrapados en una arquitectura que no resulte exitosa y que, por tanto, tenga menos procesadores en el mercado. Si los ingenieros y desarrolladores apuestan por la opción incorrecta, la oferta en el mercado podría reducirse considerablemente y no les quedaría más remedio que utilizar dispositivos subóptimos en sus diseños. Evidentemente, esto es simplemente impensable si se quiere que el mercado se desarrolle de forma que pueda satisfacer las exigentes necesidades de los usuarios.