在过去的十年里, 开源软件已经成为了科技世界最大的催化剂. 现在开源的力量带来了自由发展, 生成的社区也在硬件世界中得以立足. 正是基于这些原因, RISC-V赢得了极高的人气. 下面将会介绍RISC-V和它带来的机会, 以及CEVA如何帮助芯片制造商充分利用它们.
什么是RISC-V?
RISC-V是一个开放的指令集架构 (ISA) , 最初由加州大学伯克利分校的计算机科学系开发. 它基于流行的精简指令集 (RISC) , 和ARM, MIPS和其它常见的商业处理器架构一样.
RISC-V自2010年开始, 现在已经成长为一个巨大的全球合作项目, 横跨多个大学和工业领域. 它的一致性是由非营利的RISC-V基金会(https://riscv.org/)保证的, 既指导底层指令集架构 (ISA) 规范, 又扮演市场引擎的角色来推广RISC-V.
需要澄清的是RISC-V的指令集架构, 正如它的名字, 是一个指令集的架构规范, 而不是一个具体的处理器设计. 从开源指令集架构开始, 很多的学术和行业团队创造了多个不同设计的处理器, 但本质上讲都是同一种语言. 快速浏览RISC-V基金会的网站, 上面展示了大量的处理器实现, 从完整的开源处理器设计, 比如 Rocket, Orca和PULPino, 到生产商业处理器核的公司, 如SiFive, Codasip, Andes和Cortus.
这些处理器的实现范围十分广泛, 从简单物联网处理器到运行Linux的应用处理器, 都是基于一套共同的指令集, 从而反映出相较于一个封闭的商业ISA来说, RISC-V的关键优势, 即差异化和自由选择权, 可以更换处理器供应商而不遭受产品重构的痛苦.
免费的所以一定存在风险, 不对?
在这一点上, 谨慎的做法是考察实际情况, 查看新产品设计中影响处理器选择的因素. 如同大多数设计决策一样, 涉及到很多技术和商业因素, 一些是基于硬性指标, 一些则基于难以量化的方面.
技术指标是不言而喻的: 包括处理器具备足够的马力, 支持后续产品的可扩展性, 是否匹配包络功率, 是否满足所需的安全级别, 有没有友好熟悉的软件开发/调试环境, 用户能否继承之前的代码库. 商业上要考虑成本, 比如面积 (包括门数和内存大小) , 版税和整个授权许可费用. 它还要考虑其它商务方面的因素, 包括供应商锁定, 保证与赔偿, 商业报告义务, 进行修改的合法权利等等.
考虑所有这些因素, 大多数设计往往采取一种 '安全' 选项, 通常使用一个专有的商业处理器, 并且经常绑定在以前使用的系列上. 然而站在战略层面, 很多公司对选择限制日益增强但强大的商业处理器IP供应商感到不安. 人们渴望更多的商业自由, 打破封闭指令集的锁定, 这不光是在授权许可和版权使用费方面有意义, 也有利于差异化.
这种需求使得RISC-V扬帆起航. RISC-V开源的指令集架构为芯片公司提供了现实的选择, 超越普通的商业选项, 避免承担过度的战略风险, 就如同linux, FreeRTOS和许多其它开源RTOS在今天无可争辩的替代了商业操作系统. 特别在那些消费物联网设备上使用的小型嵌入式处理器上, 这种选择非常现实. 许多知名的一流公司, 包括西部数据和英伟达, 已经公开宣布了自己的意图, 甚至已经进行了大规模的生产. 更多的公司正在评估RISC-V, 其中一些秘密开始了先进的设计.
CEVA在RISC-V上的经验
和这些公司一样, CEVA已经被RISC-V的潜力所吸引, 特别是我们RivieraWaves的 Wi-Fi和蓝牙IP产品. 这些通信技术需要一个小型处理器执行协议栈, 我们的目标是创建一个预先集成的参考平台, 支持我们的客户自由选择处理器. 由于IP的架构设计满足超低功耗的操作, 即使是高级的无线网络配置, 对于处理器马力的需求也很温和. 简要来说, 我们需要逻辑门数少, 能效比高, 处理器成熟, 加上一个熟悉的商用软件开发环境, 可以生成面积节约的紧凑代码. 处理器设计必须容易部署(全速运行)在FPGA和ASIC / ASSP上, 它必须有一个法律框架与我们的授权IP业务兼容.
我们选择的RISC-V处理器内核在20K门这个量级, 可以达到2.44 Coremark / MHz这个不错的成绩, 和硬件需求完全吻合. 我们内部的性能和代码密集度测试结果显示, 已经达到了比肩一流处理器的水平. 同样重要的是根据我们的经验, 将一个完整的系统移植到RISC-V所需的工作量非常少. 以更复杂的Wifi平台为例, 用嵌入式RISC-V处理器取代商业处理器, 我们只花了一个星期就完成了集成, 仿真和创建一个新的FPGA二进制文件, 实现RivieraWaves完整的Wi-Fi 演示平台. 此外, 现有的协议软件已经在多个不同的商业处理器上进行了开发和部署, 移植到RISC-V平台上只花了两周时间, 包括移植, 测试和系统级验证. 这没有什么奇怪的, 多亏了熟悉的GNU GCC / GDB调试器和LLVM编译器/环境.
总的来说, 这个项目是一个伟大的成功, RISC-V真正兑现了承诺. CEVA现在是RISC-V基金会的新成员, 很高兴能够提供RISC-V基础平台作为搭载我们的Wi-Fi 和蓝牙IP核的一个选项.