জানুন কীভাবে ডেভিড প্যাটারসনের RISC চিন্তা ও হার্ডওয়্যার‑সফটওয়্যার কো‑ডিজাইন পারফরম্যান্স‑প্রতি‑ওয়াট উন্নত করেছে, CPU‑কে আকৃতি দিয়েছে এবং আজকের RISC‑V‑কে প্রভাবিত করেছে।
ডেভিড প্যাটারসনকে প্রায়ই “RISC পায়োনিয়ার” হিসেবে পরিচয় করানো হয়, কিন্তু তার স্থায়ী প্রভাব কোনো একটি CPU ডিজাইনের চেয়েও বড়। তিনি কম্পিউটার নিয়ে একটি ব্যবহারিক চিন্তার পথ জনপ্রিয় করেছিলেন: পারফরম্যান্সকে মাপুন, সরল করুন এবং শেষ থেকে শেষ পর্যন্ত উন্নত করুন—চিপ যে নির্দেশগুলো বুঝে তা থেকে নিন পর্যন্ত সফটওয়্যার টুলস যা সেই নির্দেশগুলো তৈরি করে।
RISC (Reduced Instruction Set Computing) ধারণাটি যে একটি প্রসেসর দ্রুত এবং আরও পূর্বানুমেয়ভাবে চলতে পারে যখন এটি একটি ছোট সেটের সরল নির্দেশনার উপর ফোকাস করে। জটিল অপারেশনগুলোর একটি বিশাল মেনু হার্ডওয়্যারে তৈরি করার পরিবর্তে সাধারণ অপারেশনগুলোকে দ্রুত, নিয়মিত এবং পাইপলাইনের জন্য সহজ করুন। ফলাফল কোনোভাবে “কম সক্ষমতা” নয়—বরং, সহজ নির্মাণ ব্লকগুলো কার্যকরভাবে চালিত হলে বাস্তব ওয়ার্কলোডে প্রায়ই জয়লাভ করে।
প্যাটারসন হার্ডওয়্যার‑সফটওয়্যার কো‑ডিজাইনেরও প্রবক্তা ছিলেন: এটি একটি ফিডব্যাক লুপ যেখানে চিপ আর্কিটেক্টরা, কম্পাইলার লেখকরা এবং সিস্টেম ডিজাইনাররা একসাথে পুনরাবৃত্তি করে।
যদি একটি প্রসেসর সাদামাটা প্যাটার্ন ভালোভাবে এক্সিকিউট করার জন্য ডিজাইন করা হয়, তাহলে কম্পাইলারগুলো নির্ভরযোগ্যভাবে সেই প্যাটার্ন তৈরি করতে পারে। যদি কম্পাইলারগুলো দেখায় যে বাস্তব প্রোগ্রামগুলো নির্দিষ্ট অপারেশনে (যেমন মেমরি অ্যাক্সেস) সময় কাটায়, হার্ডওয়্যার সেসব কেস আরও ভালভাবে সামলাতে সমন্বয় করা যায়। এ কারণে ISA (instruction set architecture) নিয়ে আলোচনা স্বাভাবিকভাবেই কম্পাইলার অপ্টিমাইজেশন, ক্যাশিং এবং পাইপলাইনিং‑এর সাথে যুক্ত হয়।
আপনি জানতে পারবেন কেন RISC ধারণাগুলো কেবল কাঁচা গতি নয় বরং পারফরম্যান্স‑প্রতি‑ওয়াটের সাথে কিভাবে জড়িত, কেন “পূর্বানুমেয়তা” আধুনিক CPU ও মোবাইল চিপগুলোকে আরও দক্ষ করে তোলে, এবং এই নীতি আজকের ডিভাইসে—ল্যাপটপ থেকে ক্লাউড সার্ভার পর্যন্ত—কিভাবে দেখা যায়।
যদি আপনি গভীরে যাওয়ার আগে মূল ধারণাগুলোর মানচিত্র দেখতে চান, তবে /blog/key-takeaways-and-next-steps এ যান।
শুরুতে মাইক্রোপ্রসেসরগুলো কঠোর সীমাবদ্ধতায় নির্মিত হত: চিপে সারের সার্কিটের জায়গা সীমিত ছিল, মেমরি ব্যয়বহুল ছিল, এবং স্টোরেজ ধীর ছিল। ডিজাইনাররা এমন কম্পিউটার পাঠানোর চেষ্টা করছিলেন যা সাশ্রয়ী এবং “যথেষ্ট দ্রুত”, প্রায়ই ছোট ক্যাশ (বা কোনও ক্যাশই নেই), মার্জিত ক্লক স্পিড, এবং সফটওয়্যারের চাহিদার তুলনায় খুব সীমিত মেইন মেমরি নিয়ে।
সেই সময়ে একটি জনপ্রিয় ধারণা ছিল যে যদি CPU আরো শক্তিশালী, উচ্চ‑স্তরের নির্দেশ অফার করে—যেগুলো একসাথে একাধিক ধাপ করতে পারে—তাহলে প্রোগ্রামগুলো দ্রুত চলবে এবং লেখা সহজ হবে। যদি এক নির্দেশেই “কয়েকটি কাজ করে ফেলা” যায়, তাতে সময় ও মেমরি বাঁচবে—এই যুক্তি চলে।
এটাই অনেক CISC (complex instruction set computing) ডিজাইনের অন্তর্নিহিত অনুভূতি: প্রোগ্রামার ও কম্পাইলারকে ফ্যান্সি অপারেশনের একটি বড় টুলবক্স দিন।
ধরা হয়েছিল যে বাস্তব প্রোগ্রামগুলো (এবং এগুলোকে অনুবাদ করা কম্পাইলারগুলো) সেই জটিলতাকে অভিন্নভাবে উপভোগ করে না। সবচেয়ে জটিল অনেক নির্দেশই বিরলভাবে ব্যবহৃত হত, আর একটি ছোট সেটের সরল অপারেশন—লোড ডেটা, স্টোর ডেটা, যোগ, তুলনা, ব্রাঞ্চ—বারবার দেখা যেত।
একই সময়ে, জটিল নির্দেশগুলোর বিশাল মেনু সমর্থন করা CPU গুলোকে নির্মাণে কঠিন ও অপ্টিমাইজ করতে ধীর করত। জটিলতা চিপের এলাকা ও ডিজাইন প্রচেষ্টাকে শোষণ করত যা সাধারণ, দৈনন্দিন অপারেশনগুলোকে দ্রুত এবং পূর্বানুমেয় করার দিকে ব্যবহার করা যেতে পারত।
RISC সেই ফাঁকটির প্রতিক্রিয়া: CPU‑কে সেভাবে ফোকাস করুন যা সফটওয়্যার বাস্তবে সবচেয়ে বেশি করে, এবং সেই পথগুলোকে দ্রুত করুন—তারপর কম্পাইলারকে আরও ‘বিগ বাজেট’ কাজ করতে দিন একটি পদ্ধতিগতভাবে।
CISC (Complex Instruction Set Computing) একটি কর্মশালার মতো যেখানে অনেক বিশেষায়িত, ফ্যান্সি টুলস আছে—প্রতিটি এক ধাক্কায় অনেক কিছু করতে পারে। একটি একক “নির্দেশ” হয়তো মেমরি থেকে ডেটা লোড করে, হিসাব করে, এবং ফলাফলটি সংরক্ষণ করে—সব কিছু একসাথে।
RISC (Reduced Instruction Set Computing) হল একটি ছোট সেট নির্ভরযোগ্য টুল কাঁধে নেওয়ার মতো—যেগুলো আপনি নিয়মিত ব্যবহার করেন: হাতোড়া, স্ক্রু‑ড্রাইভার, পরিমাপের টেপ—এবং সবকিছু পুনরাবৃত্তির ধাপে তৈরি করেন। প্রতিটি নির্দেশ সাধারণত একটি ছোট, স্পষ্ট কাজ করে।
যখন নির্দেশগুলো সরল এবং ইউনিফর্ম হয়, CPU সেগুলোকে একটি পরিষ্কার assembly line (পাইপলাইন) দিয়ে নির্বাহ করতে পারে। সেই assembly line ডিজাইন করা সহজ, উচ্চ ক্লক‑স্পিডে চালানো সহজ, এবং ব্যস্ত রাখা সহজ।
CISC‑ধাঁচের “একটায় অনেক” নির্দেশগুলোর সঙ্গে CPU প্রায়শই একটি জটিল নির্দেশ ডিকোড করে অভ্যন্তরীণভাবে ছোট ধাপে ভেঙে দেয়। এতে জটিলতা বাড়ে এবং পাইপলাইনকে মসৃণ রাখাটা কঠিন হয়ে পড়ে।
RISC লক্ষ্য করে পূর্বানুমেয় নির্দেশ সময়—অনেক নির্দেশ প্রায় একই সময় নেয়। পূর্বানুমেয়তা CPU‑কে কাজ শিডিউল করতে সাহায্য করে এবং কম্পাইলারকে এমন কোড জেনারেট করতে সুবিধা দেয় যা পাইপলাইনকে খালি না করে।
RISC সাধারণত একই কাজ করতে আরও নির্দেশ প্রয়োজন করে। এর মানে হতে পারে:\
কিন্তু যদি প্রতিটি নির্দেশ দ্রুত হয়, পাইপলাইন মসৃণ থাকে, এবং সাধারিত ডিজাইন হয়—তাহলে তা এখনও ভাল সমঝোতা হতে পারে। বাস্তবে, ভাল অনুকূলিত কম্পাইলার ও ভালো ক্যাশিং “আরও নির্দেশ”‑এর নেতিবাচকতা কাটিয়ে দিতে পারে—এবং CPU সময়ের বেশি অংশ কাজে ব্যয় করে, জটিল নির্দেশ খোলার সময়ে নয়।
বার্কলে RISC শুধুমাত্র একটি নতুন ISA ছিল না। এটি একটি গবেষণা মনোভাব ছিল: কাগজে সৌন্দর্যপূর্ণ যা মনে হয় তা দিয়ে শুরু করো না—প্রোগ্রামগুলো বাস্তবে কী করে সেই দিয়েই শুরু করে CPU‑কে সেই বাস্তবতার চারপাশে গঠন করো।
ধারণাগত স্তরে বার্কলে দলটি এমন একটি CPU কোরের লক্ষ্যে ছিল যা এতটাই সরল যে তা খুব দ্রুত এবং পূর্বানুমেয়ভাবে চালাতে পারে। বহু জটিল নির্দেশের ‘চালচিত্র’ হার্ডওয়্যারে ভরানোর পরিবর্তে তারা কম্পাইলারের উপর বেশি কাজ রেখেছিল: সরল নির্দেশ বেছে নেওয়া, সেগুলো ভালোভাবে শিডিউল করা, এবং ডেটা যতটা সম্ভব রেজিস্টারে রাখা।
এই শ্রমবিভাগটি গুরুত্বপূর্ণ ছিল। ছোট, পরিষ্কার কোরটি কার্যকরভাবে পাইপলাইন করা সহজ, বোঝা সহজ, এবং প্রতি ট্রানজিস্টরে প্রায়ই দ্রুত। কম্পাইলার, পুরো প্রোগ্রাম দেখে, এমনভাবে পরিকল্পনা করতে পারে যা হার্ডওয়্যার অন‑দ‑ফ্লাই সহজে করতে পারে না।
ডেভিড প্যাটারসন মাপার উপর জোর দিলে কারণ কম্পিউটার ডিজাইনে প্রচুর মোহনীয় মিথ আছে—এমন ফিচারগুলো যেগুলো শুনতে ব্যবহারযোগ্য মনে হয় কিন্তু বাস্তবে কোডে বিরল। বার্কলে RISC বেঞ্চমার্ক ও ওয়ার্কলোড ট্রেস ব্যবহার করে হট পাথগুলো (লুপ, ফাংশন কল, মেমরি অ্যাক্সেস) খুঁজে পেতে বলেছিল।
এটি সরাসরি “সাধারণ কেসকে দ্রুত করো” নীতির সাথে জড়িত। যদি বেশিরভাগ নির্দেশ সহজ অপারেশন ও লোড/স্টোর হয়, তবে সেই ঘন ঘন ঘটিত কেসগুলোর অপ্টিমাইজেশন বিরল জটিল নির্দেশকে দ্রুত করার চেয়েও বেশি ফল দেবে।
স্থায়ী শিক্ষাটি হল RISC ছিল একদিকে আর্কিটেকচার, অন্যদিকে একটি মানসিকতা: যা ঘনঘন হয় তা সরল করো, ডেটা দিয়ে যাচাই করো, এবং হার্ডওয়্যার ও সফটওয়্যারকে একটি সিস্টেম হিসেবে বিবেচনা করো যা একসাথে টিউন করা যায়।
হার্ডওয়্যার–সফটওয়্যার কো‑ডিজাইন ধারণাটি হল যে আপনি CPU আলাদাভাবে ডিজাইন করো না। আপনি চিপ এবং কম্পাইলার (কখনো‑কখনো অপারেটিং সিস্টেম) একে অপরকে মাথায় রেখে ডিজাইন করো, যাতে বাস্তব প্রোগ্রামগুলো দ্রুত এবং দক্ষভাবে চলে—শুধু সিন্থেটিক “বেস্ট‑কেস” নির্দেশ ধারার জন্য নয়।
কো‑ডিজাইন একটি ইঞ্জিনিয়ারিং লুপের মতো কাজ করে:\
এখানে একটি ছোট C লুপ যা সম্পর্কটিকে হাইলাইট করে:
for (int i = 0; i < n; i++)
sum += a[i];
RISC‑ধাঁচের ISA‑তে, কম্পাইলার সাধারণত sum ও i রেজিস্টারে রাখে, a[i]‑এর জন্য সরল load নির্দেশ ব্যবহার করে, এবং একটি লোড ফ্লাইট আছে এমন সময় CPU ব্যস্ত রাখার জন্য নির্দেশ শিডিউলিং করে।
যদি একটি চিপ জটিল নির্দেশ বা বিশেষ হার্ডওয়্যার যোগ করে যা কম্পাইলারগুলো অপ্রায়ই ব্যবহার করে, সেই এলাকা তখনও শক্তি এবং ডিজাইন প্রচেষ্টা খরচ করে। এসময় কম্পাইলারের উপর নির্ভর করা “বিরক্তিকর” জিনিসগুলো—যেমন পর্যাপ্ত রেজিস্টার, পূর্বানুমেয় পাইপলাইন, কার্যকর কলিং কনভেনশন—অবহেলিত থাকতে পারে।
প্যাটারসনের RISC চিন্তা বাস্তব সফটওয়্যারের লাভবান হওয়ার সম্ভাবনা থাকা জায়গায় সিলিকন খরচ করার উপর জোর দিয়েছিল।
একটি মূল RISC ধারণা ছিল CPU‑এর “অ্যাসেম্বলি লাইন” রাখার কাজ আরও সহজ করা। ওই assembly line হল পাইপলাইন: প্রতিটি নির্দেশ সম্পূর্ণ শেষ হওয়ার আগে পরেরটি শুরু করার বদলে, প্রসেসর কাজকে পর্যায়ে ভাগ করে (fetch, decode, execute, write‑back) এবং এগুলো ওভারল্যাপ করে। সবকিছু 흐িত হলে, আপনি প্রায় এক নির্দেশ প্রতি সাইকেল পূর্ণ করতে পারেন—যেমন বহু‑স্টেশন ফ্যাক্টরিতে গাড়ি এগিয়ে চলে।
পাইপলাইন তখনই ভালো কাজ করে যখন লাইনের উপর আসা প্রতিটি আইটেম একরকম। RISC নির্দেশগুলো আপাতত ইউনিফর্ম ও পূর্বানুমেয় (প্রায়শই ফিক্সড লেংথ, সরল অ্যাড্রেসিং) হওয়ার জন্য ডিজাইন করা হয়। এতে "স্পেশাল কেস" কমে—কোনো এক নির্দেশ অতিরিক্ত সময় বা বিরল রিসোর্স দাবি করে না।
বাস্তব প্রোগ্রামগুলো নিখুঁতভাবে মসৃণ নয়। কখনও কখনও একটি নির্দেশ পূর্ববর্তীটির ফলাফলের ওপর নির্ভর করে (আপনি কোনো মান আগে তৈরি হওয়ার আগেই ব্যবহার করতে পারবেন না)। অন্য সময় CPU‑কে মেমরি থেকে ডেটার জন্য অপেক্ষা করতে হয়, বা ব্রাঞ্চ‑এর পর কোন পথ নেওয়া হবে তা না জানায়।
এই পরিস্থিতিগুলো স্টল সৃষ্টি করে—ক্ষুদ্র বিরতি যেখানে পাইপলাইনের একটি অংশ নির্গত থাকে। সরল ব্যাখ্যা: স্টল ঘটে যখন পরবর্তী স্টেজটি কাজ করতে পারে না কারণ যা দরকার তা পৌছায়নি।
এখানেই হার্ডওয়্যার‑সফটওয়্যার কো‑ডিজাইনের সুবিধা স্পষ্টভাবে দেখা যায়। যদি হার্ডওয়্যার পূর্বানুমেয় হয়, তাহলে কম্পাইলার সাহায্য করতে পারে—নির্দেশগুলোর ক্রম পুনরায় সাজিয়ে (প্রোগ্রামের অর্থ বদলায় না) ফাঁকগুলো পূরণ করতে। উদাহরণস্বরূপ, কোনো মান উৎপন্ন হওয়ার জন্য অপেক্ষা করার সময় কম্পাইলার এমন একটি স্বাধীন নির্দেশ শিডিউল করতে পারে যা ঐ মানের ওপর নির্ভর করে না।
ফলাফল হল শেয়ার করা দায়িত্ব: সাধারণ কেসে CPU সহজ ও দ্রুত থাকে, আর কম্পাইলার বেশি পরিকল্পনা করে। একসাথে তারা স্টল কমায় এবং থ্রুপুট বাড়ায়—প্রায়ই জটিল নির্দেশ সেট ছাড়াই বাস্তব কর্মক্ষমতা উন্নত করে।
একটি CPU কয়েক সাইকেলে সরল অপারেশন করতে পারে, কিন্তু মেইন মেমরি (DRAM) থেকে ডেটা ফেচ করতে কয়েক শত সাইকেল লাগতে পারে। সেই ফাঁক রয়েছে কারণ DRAM শারীরিকভাবে দূরে, ক্ষমতা এবং খরচের জন্য অপ্টিমাইজ করা, এবং ল্যাটেন্সি (একটি অনুরোধ কতক্ষণ নেয়) ও ব্যান্ডউইথ (এক সেকেন্ডে কত বাইট পাঠানো যায়) দ্বারা সীমাবদ্ধ।
যেহেতু CPU দ্রুত হলো, মেমরি একই হারে তাল মিলাতে পারেনি—এই বাড়তে থাকা অমিলকে প্রায়ই মেমরি ওয়াল বলা হয়।
ক্যাশ হল CPU‑র কাছে রাখা ছোট, দ্রুত মেমরি যাতে প্রতিটি অ্যাক্সেসে DRAM‑জালে পড়তে না হয়। এগুলো কাজ করে কারণ বাস্তব প্রোগ্রামগুলোতে লোক্যালিটি থাকে:
আধুনিক চিপগুলো কেশ স্ট্যাক করে (L1, L2, L3), চেষ্টা করে কাজের সেটকে কোরের কাছে রাখা।
এখানেই হার্ডওয়্যার‑সফটওয়্যার কো‑ডিজাইন তার ফল দেয়। ISA ও কম্পাইলার একসাথে প্রোগ্রামের কতটা কেশ‑চাপে চাপ সৃষ্টি করে তা আকৃত করে।
দৈনন্দিন কথায়, মেমরি ওয়ালই হলো কারণ একটি উচ্চ ক্লক‑স্পিড CPU তবুও স্লগিশ লাগতে পারে: একটি বড় অ্যাপ খোলা, ডাটাবেস কুয়েরি চালানো, একটি ফিড স্ক্রল করা, বা বড় ডেটাসেট প্রসেস করা—প্রায়ই ক্যাশ মিস ও মেমরি ব্যান্ডউইথেই বাধা পড়ে, কাঁচা আরিথমেটিক স্পিড না।
অনেক বছর CPU আলোচনা একটি দৌড়ের মতো ছিল: যে চিপটি একটি কাজ দ্রুত শেষ করে সে “জিতেছে”। কিন্তু বাস্তব কম্পিউটারগুলো শারীরিক সীমার মধ্যে থাকে—ব্যাটারি ক্ষমতা, তাপ, ফ্যান শব্দ, এবং বিদ্যুৎ বিল।
এর কারণে পারফরম্যান্স‑প্রতি‑ওয়াট একটি মূল মেট্রিক হয়ে উঠেছে: আপনি যে শক্তি ব্যয় করে কতটা ব্যবহারযোগ্য কাজ পাচ্ছেন।
এটি শক্তির প্রতি দক্ষতা হিসেবে ভাবুন, কৌতুকিক নয় শীর্ষ শক্তি। দুটি প্রসেসর দৈনন্দিন ব্যবহারে সমানভাবে দ্রুত অনুভূত হতে পারে, তবুও একটি কম শক্তিতে ঠিক করতে পারে—ঠান্ডা থাকে এবং একই ব্যাটারিতে বেশি সময় চলে।
ল্যাপটপ ও ফোনে এটি সরাসরি ব্যাটারি লাইফ ও আরামকে প্রভাবিত করে। ডেটা‑সেন্টারে এটি হাজার হাজার মেশিনের পাওয়ার ও কুলিং খরচ প্রভৃতি প্রভাবিত করে।
RISC চিন্তা CPU ডিজাইনকে হার্ডওয়্যারে কম কিছুর প্রতি উৎসাহিত করেছে, আরও পূর্বানুমেয়ভাবে কাজ করে। একটি সরল কোর শক্তি কমাতে কয়েকটি কারণ আছে:\
উদ্দেশ্যটি নয় যে “সরল সবসময় ভালো।” বরঞ্চ জটিলতার একটি শক্তি খরচ আছে, এবং সুচিন্তিত ISA ও মাইক্রোআর্কিটেকচার কিছু কল্পনা দিয়ে অনেক দক্ষতা বিনিময় করতে পারে।
ফোন ব্যাটারি ও তাপ নিয়ে চিন্তিত; সার্ভার পাওয়ার ডেলিভারি ও কুলিং নিয়ে। ভিন্ন পরিবেশ হলেও একই শিক্ষা: সবথেকে দ্রুত চিপ জরুরি নয়। জিতেছে সেই ডিজাইনগুলো যা ধারাবাহিক থ্রুপুট দেয় কম শক্তি ব্যবহার করে।
RISC কে প্রায়ই সংক্ষেপে “সরল নির্দেশ জিতলো” বলে বলা হয়, কিন্তু দীর্ঘস্থায়ী পাঠ আরও সূক্ষ্ম: ISA‑টি গুরুত্বপূর্ণ, তবু বাস্তব‑বিশ্বে অনেক লাভ এসেছে চিপগুলো কিভাবে নির্মিত হলো তাতে—শুধু কागজে ISA‑র চেহারা নয়।
শুরুতে RISC যুক্তি ছিল যে পরিষ্কার, ছোট ISA স্বয়ংক্রিয়ভাবে কম্পিউটারকে দ্রুত করে তুলবে। বাস্তবে, সবচেয়ে বড় স্পিডআপগুলো প্রায়ই সেই বাস্তবায়ন পছন্দ থেকেই এসেছে যা RISC সহজতর করেছিল: সরল ডিকোডিং, গভীর পাইপলাইনিং, উচ্চ ক্লক, এবং কম্পাইলার‑শিডিউলিং।
এই কারণেই দুইটি ভিন্ন ISA‑য়ের CPU পারফরম্যান্সে আশ্চর্যজনকভাবে কাছাকাছি হতে পারে যদি তাদের মাইক্রোআর্কিটেকচার, ক্যাশ সাইজ, ব্রাঞ্চ প্রেডিকশন, এবং ম্যানুফ্যাকচারিং প্রসেস আলাদা। ISA নিয়ম নির্ধারণ করে; মাইক্রোআর্কিটেকচার খেলা চালায়।
প্যাটারসন‑যুগীয় একটি বড় শিফট ছিল ডেটা থেকে ডিজাইন করা, অনুমানের উপর নয়। যেগুলো ব্যবহারিকভাবে প্রোগ্রামগুলো করে না সেসব নির্দেশ যোগ করার বদলে দলগুলো মাপা ওয়ার্কলোড দেখে হট কেসগুলো অপ্টিমাইজ করত।
এই মনোভাব প্রায়ই “ফিচার‑ড্রিভেন” ডিজাইনকে ছাড়িয়ে গিয়েছে, যেখানে জটিলতা সুবিধার তুলনায় দ্রুত বৃদ্ধি পায়। এটি ট্রেড‑অফগুলিকে পরিষ্কার করে তোলে: একটি নির্দেশ কয়েকটি লাইন কোড বাঁচাতে পারে, কিন্তু তা অতিরিক্ত সাইকেল, শক্তি, বা চিপ এলাকা খরচ করলে সেই খরচ সর্বত্র প্রভাব ফেলে।
RISC চিন্তা শুধু “RISC চিপ”‑কেই আকৃত করেছে না। সময়ের সাথে অনেক CISC CPU RISC‑সদৃশ অভ্যন্তরীণ কৌশল গ্রহণ করেছে (উদাহরণস্বরূপ, জটিল নির্দেশগুলোকে অভ্যন্তরীণভাবে সরল অপসে ভাঙা) তবে তাদের সামঞ্জস্যপূর্ণ ISA রেখেছে।
ফলাফল ছিল না “RISC CISC‑কে হারালো।” বরং এটা বিকাশ—পরিমাপ, পূর্বানুমেয়তা, এবং শক্ত হার্ডওয়্যার‑সফটওয়্যার সমন্বয়কে মূল্যায়ন করা—যা যেকোনো ISA‑র ক্ষেত্রে প্রযোজ্য।
RISC গবেষণায় থেকে আধুনিক অনুশীলনে পৌঁছাবার সবচেয়ে পরিষ্কার থ্রেডগুলোর একটা MIPS থেকে RISC‑V পর্যন্ত—দুইটি ISA যেগুলো সরলতা ও স্পষ্টতাকে বৈশিষ্ট্য হিসেবে গ্রহণ করেছে।
MIPS একে প্রায়ই শিক্ষামূলক ISA হিসেবে মনে রাখা হয়—and কারণে: নিয়মগুলো বোঝাতে সহজ, নির্দেশ ফরম্যাটগুলো ধারাবাহিক, এবং load/store মডেল কম্পাইলারকে অশান্তি দেয় না।
এই পরিষ্কারতা কেবল একাডেমিক নয়—MIPS প্রসেসর বাস্তবে বহু পণ্যেই পাঠিয়েছিল (ওয়ার্কস্টেশন থেকে এমবেডেড সিস্টেম), কারণ একটি সরল ISA দ্রুত পাইপলাইন, পূর্বানুমেয় কম্পাইলার, এবং কার্যকর টুলচেইন বানানো সহজ করে। হার্ডওয়্যারের আচরণ নিয়মিত হলে সফটওয়্যার সেটি ঘিরে পরিকল্পনা করতে পারে।
RISC‑V RISC চিন্তাকে নতুন জীবন দিয়েছে একটি বড় ধাপ নিয়ে MIPS কখনো করেনি: এটি একটি ওপেন ISA। এটি প্রণোদনা বদলে দেয়। বিশ্ববিদ্যালয়, স্টার্টআপ এবং বড় কোম্পানিগুলো পরীক্ষানিরীক্ষা, সিলিকন চালিয়ে দেওয়া, এবং টুলিং শেয়ার করতে পারে ISA‑র অ্যাক্সেস নিয়ে আলোচনায় আটকে না থেকে।
কো‑ডিজাইনের জন্য ওপেন হওয়া গুরুত্বপূর্ণ কারণ “সফটওয়্যার দিক” (কম্পাইলার, OS, রানটাইম) পাবলিকভাবে হার্ডওয়্যারের সাথে বিবর্তিত হতে পারে, কৃত্রিম বাধা ছাড়া।
আরেকটি কারণ RISC‑V কো‑ডিজাইনের সাথে ভাল মানায় হল এর মডিউলার দৃষ্টিভঙ্গি। আপনি একটি ছোট বেস ISA থেকে শুরু করেন, তারপর নির্দিষ্ট চাহিদার জন্য এক্সটেনশন যোগ করেন—যেমন ভেক্টর ম্যাথ, এমবেডেড কনস্ট্রেইন্ট, বা নিরাপত্তা ফিচার।
এটি একটি স্বাস্থ্যকর ট্রেড‑অফ উৎসাহিত করে: সব সম্ভাব্য ফিচার একক মনোলিথিক ডিজাইনে ভরার পরিবর্তে, দলগুলো হার্ডওয়্যার ফিচারগুলোকে বাস্তবে চালিত সফটওয়্যারের সাথে মিলিয়ে নিতে পারে।
যদি আপনি একটি গভীর প্রাইমার চান, দেখুন /blog/what-is-risc-v।
কো‑ডিজাইন RISC যুগের একটি ঐতিহ্যগত পাদছায়া নয়—এটি আধুনিক কম্পিউটিং আরও দ্রুত এবং দক্ষ হতে থাকার উপায়। মূল ধারণা এখনও প্যাটারসন‑স্টাইল: আপনি শুধু হার্ডওয়্যার বা শুধু সফটওয়্যার দিয়ে জিতবেন না। জয় তখনই যখন দুটোই একে অপরের শক্তি ও সীমাবদ্ধতার সাথে মিলবে।
স্মার্টফোন ও অনেক এমবেডেড ডিভাইস RISC নীতির উপর জোর দেয় (অften ARM‑ভিত্তিক): সরল নির্দেশ, পূর্বানুমেয় এক্সিকিউশন, এবং শক্তি ব্যবহারে জোর।
পূর্বানুমেয়তা কম্পাইলারকে দক্ষ কোড জেনারেট করতে সাহায্য করে এবং ডিজাইনারদের এমন কোর বানাতে দেয় যা স্ক্রল করার সময় কম শক্তি নিচ্ছে, কিন্তু ক্যামেরা পাইপলাইন বা গেমের জন্য ঝটপট বর্ষণ করতে পারে।
ল্যাপটপ ও সার্ভারও একই লক্ষ্য অনুসরণ করছে—বিশেষত performance‑per‑watt‑এ।_instruction set‑টি ঐতিহ্যগতভাবে “RISC” না হলেও, অনেক অভ্যন্তরীণ ডিজাইন পছন্দ RISC‑সদৃশ দক্ষতার লক্ষ্য রাখে: গভীর পাইপলাইনিং, বিস্তৃত এক্সিকিউশন, এবং বাস্তব সফটওয়্যার আচরণের সাথে টিউন করা শক্তি ব্যবস্থাপনা।
GPU, AI অ্যাক্সেলারেটর (TPU/ NPU), এবং মিডিয়া ইঞ্জিনগুলো অনুশীলনে কো‑ডিজাইনের একটি রূপ: সাধারণ উদ্দেশ্যের CPU‑র মাধ্যমে সব কাজ চাপানোর বদলে প্ল্যাটফর্ম এমন হার্ডওয়্যার দেয় যা সাধারণ ক্যালকুলেশন প্যাটার্নের সাথে মিলে।
এটি কেবল “অতিরিক্ত হার্ডওয়্যার” নয়; যা এটাকে কো‑ডিজাইন করে তা হল আশেপাশের সফটওয়্যার স্ট্যাক:
যদি সফটওয়্যার অ্যাক্সেলারেটরকে টার্গেট না করে, তাত্ত্বিক গতি তাত্ত্বিকই থেকে যায়।
দুইটি প্ল্যাটফর্ম схожих স্পেস‑স্পেসই ভিন্ন অনুভূতি দিতে পারে কারণ “বাস্তব পণ্য”‑এর মধ্যে কম্পাইলার, লাইব্রেরি, এবং ফ্রেমওয়ার্ক অন্তর্ভুক্ত। একটি ভাল অনুকূলিত ম্যাথ লাইব্রেরি (BLAS), একটি ভালো JIT, বা একটি স্মার্ট কম্পাইলার অনেক বড় লাভ দিতে পারে চিপ না বদলে।
এই কারণেই আধুনিক CPU ডিজাইন প্রায়ই বেঞ্চমার্ক‑চালিত: হার্ডওয়্যার টিমগুলো কম্পাইলার ও ওয়ার্কলোডগুলো কী করে তা দেখে, তারপর কমন কেস দ্রুত করার জন্য ফিচার (ক্যাশ, ব্রাঞ্চ প্রেডিকশন, ভেক্টর নির্দেশ, প্রিফেচিং) গুছায়।
একটি প্ল্যাটফর্ম (ফোন, ল্যাপটপ, সার্ভার, বা এম্বেডেড বোর্ড) মূল্যায়ন করলে কো‑ডিজাইন সিগন্যালগুলো খুঁজুন:\
আধুনিক কম্পিউটিং অগ্রগতি একটি একক “দ্রুত CPU” দিয়ে কম নয়; বরং একটি সমগ্র হার্ডওয়্যার‑প্লাস‑সফটওয়্যার সিস্টেমের ফলে হয় যা বাস্তব ওয়ার্কলোডের চারপাশে গঠন—মাপা, তারপর ডিজাইন।
RISC চিন্তা ও প্যাটারসনের বৃহত্তর বার্তা কয়েকটি স্থায়ী পাঠে সিদ্ধ করা যায়: যা দ্রুত হওয়া উচিত তা সরল করো, বাস্তবে যা ঘটে তা মাপো, এবং হার্ডওয়্যার ও সফটওয়্যারকে এক সিস্টেম মনে করো—কারণ ব্যবহারকারীরা সমগ্র অভিজ্ঞতাটাই দেখে, উপাদান নয়।
প্রথমত, সরলতা একটি কৌশল, নান্দনিকতা নয়। একটি পরিষ্কার ISA এবং পূর্বানুমেয় এক্সিকিউশন কম্পাইলারকে ভালো কোড জেনারেট করতে এবং CPU‑কে সেই কোড দক্ষভাবে চালাতে সহজ করে।
দ্বিতীয়ত, মাপা অনুমানের চেয়ে ভালো। প্রতিনিধিত্বমূলক ওয়ার্কলোড দিয়ে বেঞ্চমার্ক করুন, প্রোফাইলিং ডেটা সংগ্রহ করুন, এবং বাস্তব বটল‑নেকগুলি ডিজাইন সিদ্ধান্তকে গাইড করে—চাই সেটা কম্পাইলার অপ্টিমাইজেশন টিউন করা, একটি CPU SKU বেছে নেওয়া, বা একটি হট পাথ পুনরায় ডিজাইন করা হোক।
তৃতীয়ত, কো‑ডিজাইনে লাভ একত্রে বাড়ে। পাইপলাইন‑বন্ধু কোড, কেশ‑সচেতন ডেটা স্ট্রাকচার, এবং বাস্তব পারফরম্যান্স‑প্রতি‑ওয়াট লক্ষ্যগুলি সাধারণত তাত্ত্বিক শীর্ষ থ্রুপুটের চেয়ে বেশি ব্যবহারিক গতি দেয়।
যদি আপনি একটি প্ল্যাটফর্ম (x86, ARM, বা RISC‑V ভিত্তিক সিস্টেম) নির্বাচন করছেন, ব্যবহারকারীরা কিভাবে ব্যবহার করবে তা অনুযায়ী এটিকে মূল্যায়ন করুন:\
আপনি যদি এই মাপগুলোকে বাস্তব সফটওয়্যার রিলিজে পরিণত করার কাজ করেন, তাহলে বিল্ড–মাপ লুপটি সংক্ষিপ্ত করা সহায়ক হতে পারে। উদাহরণস্বরূপ, দলগুলো Koder.ai ব্যবহার করে চ্যাট‑চালিত ওয়ার্কফ্লো (ওয়েব, ব্যাকএন্ড, মোবাইল) দিয়ে বাস্তব অ্যাপ প্রোটোটাইপ ও বিবর্তিত করে, তারপর প্রতিটি পরিবর্তনের পরে একই এন্ড‑টু‑এন্ড বেঞ্চমার্ক পুনরায় চালায়। প্ল্যানিং মোড, স্ন্যাপশট, ও রোলব্যাকের মতো ফিচারগুলো প্যাটারসন যে “মাপো, তারপর ডিজাইন করো” শৃঙ্খলাকে আধুনিক প্রোডাক্ট ডেভেলপমেন্টে প্রযোজ্য করে।
দক্ষতার উপর একটি গভীর প্রাইমারের জন্য দেখুন /blog/performance-per-watt-basics। পরিবেশগুলি তুলনা করে খরচ/পারফরম্যান্স ট্রেড‑অফ অনুমান করতে /pricing সাহায্য করতে পারে।
স্থায়ী শিক্ষা: সরলতা, মাপা, এবং কো‑ডিজাইন—এই আইডিয়াগুলো আজও লাভ দিচ্ছে, বাস্তবায়নগুলি MIPS‑যুগের পাইপলাইন থেকে আধুনিক হেটেরোজিনিয়াস কোর ও নতুন ISA‑গুলোর (যেমন RISC‑V) দিকে বিবর্তিত হলেও।
RISC (Reduced Instruction Set Computing) জোর দেয় একটি ছোট, সরল এবং নিয়মিত নির্দেশনার সেট‑এর উপর যা পাইপলাইনে রাখা এবং অপ্টিমাইজ করা সহজ। উদ্দেশ্যটি "কম ক্ষমতা" নয়, বরং অধিক পূর্বানুমেয়, দক্ষ সম্পাদন — যেসব অপারেশন বাস্তবে প্রোগ্রামগুলো সবচেয়ে বেশি ব্যবহার করে (লোড/স্টোর, অ্যারিথমেটিক, ব্রাঞ্চ) তাদের দ্রুত ও নির্ভরযোগ্য করা।
CISC অনেক জটিল, বিশেষায়িত নির্দেশ দেয়, মাঝে মাঝে একটানা বহু ধাপ একত্রে করে ফেলে। RISC সহজ নির্মাণ ব্লক ব্যবহার করে (আধিকাংশ ক্ষেত্রে load/store + ALU অপস) এবং সেই ব্লকগুলোকে দক্ষভাবে একত্রিত করার জন্য কম্পাইলারের উপর বেশি নির্ভর করে। আধুনিক CPUs‑এ সীমারেখা ম্লান, কারণ অনেক CISC চিপই জটিল নির্দেশগুলোকে অভ্যন্তরীণভাবে সহজ অপারে ভেঙে নেয়।
সহজ এবং বেশি ইউনিফর্ম নির্দেশ CPU‑কে একটি মসৃণ পাইপলাইন নির্মাণে সাহায্য করে (নির্দেশ নির্বাহের জন্য একটি “অ্যাসেম্বলি লাইন”)। এর ফলে থ্রুপুট বাড়ে (প্রায় এক নির্দেশ প্রতি সাইকেলে) এবং বিশেষ কেসগুলোর হ্যান্ডলিং কমে—যা কর্মক্ষমতা ও শক্তি ব্যবহারে সুবিধা দেয়।
একটি পূর্বানুমেয় ISA ও এক্সিকিউশন মডেল কম্পাইলারকে নির্ভরযোগ্যভাবে সুযোগ দেয়:
\
হার্ডওয়্যার–সফটওয়্যার কো‑ডিজাইন হল একটি পুনরাবৃত্ত ইঞ্জিনিয়ারিং লুপ যেখানে ISA‑নির্বাচন, কম্পাইলার কৌশল এবং মাপা ওয়ার্কলোড ফলাফল একে অপরকে প্রভাবিত করে। CPU আলাদাভাবে ডিজাইন না করে, হার্ডওয়্যার, টুলচেইন এবং কখনো‑কখনো OS/runtime‑কেও একসঙ্গে টিউন করা হয় যাতে বাস্তব প্রোগ্রামগুলো দ্রুত এবং দক্ষভাবে চলে।
স্টলগুলো তখন হয় যখন পাইপলাইন কিছু জন্য অপেক্ষা করছে:
\
“মেমরি ওয়াল” হল দ্রুত CPU এক্সিকিউশন বনাম ধীর মেইন‑মেমরি (DRAM) অ্যাক্সেসের বাড়তে থাকা ফাঁক। কেশগুলো (L1/L2/L3) লোক্যালিটি (টেম্পোরাল ও স্প্যাশিয়াল) কাজে লাগিয়ে DRAM‑এর জরুরি ভ্রমণগুলো কমায়, কিন্তু কেশ মিস এখনও রানটাইমকে প্রায়ই নিয়ন্ত্রিত করে—ফলে অনেক অবস্থায় প্রোগ্রামগুলো মেমরি‑বাউন্ড হয়ে পড়ে।
এটি দক্ষতার মাপকাঠি: আপনি প্রতি ইউনিট শক্তিতে কতটা ব্যবহারযোগ্য কাজ পাচ্ছেন। বাস্তবে এটা ব্যাটারি লাইফ, তাপ, ফ্যান শব্দ এবং ডেটা‑সেন্টারের পাওয়ার/কুলিং খরচকে প্রভাবিত করে। RISC‑প্রভাবিত ডিজাইনগুলো প্রায়ই পূর্বানুমেয় এক্সিকিউশন ও কম অপ্রয়োজনীয় সুইচিং লক্ষ্য করে, যা performance‑per‑watt উন্নত করতে সহায়ক।
অনেক CISC ডিজাইন RISC‑সদৃশ অভ্যন্তরীণ কৌশল (পাইপলাইনিং, মাইক্রো‑অপস ইত্যাদি) গ্রহণ করেছে কিন্তু তাদের লিগ্যাসি ISA রেখেছে। দীর্ঘমেয়াদে ‘জয়’ ছিল একটি মাইন্ডসেট: বাস্তব ওয়ার্কলোড মেপে, সাধারণ কেসকে অপ্টিমাইজ করে এবং হার্ডওয়্যারকে কম্পাইলার/সফটওয়্যারের সাথে সারিবদ্ধ করা।
RISC‑V একটি ওপেন ISA যা ছোট বেস এবং মডিউলার এক্সটেনশন দেয়—এটি কো‑ডিজাইনের সাথে খুব মানায়: হার্ডওয়্যার ফিচারগুলোকে নির্দিষ্ট সফটওয়্যার চাহিদার সাথে সামঞ্জস্য করা যায় এবং টুলচেইনগুলো জনসম্মুখে বিবর্তিত হতে পারে। এটি "সহজ কোর + শক্ত টুলস + মাপা" ধারণার আধুনিক ধারাবাহিকতা হিসেবে দেখা হয়।