До появления вышеупомянутых новостей ряд гигантов по технологиям указали, что они RISC-V, включая Samsung, NVIDIA, Western Digital (WD) и т. Д., Которые уделяли мало внимания отрасли, но с чипом больше Затронуто внимание на коммерческое использование, внимание начинает увеличиваться. Почему архитектура набора инструкций RISC-V, почему она постепенно поддерживается производителями технологий и новыми предпринимателями? В этой статье мы обсудим это обсуждение ниже.
Intel / Anmou - это собственная архитектура набора инструкций
RISC-V представляет собой архитектуру набора инструкций с открытым исходным кодом. На самом деле ее долгое время называли набором инструкций в отрасли, но она может быть добавлена в архитектуру, чтобы сделать три буквы, которые могут быть сокращены (Архитектура , A).
Набор инструкций относится к набору инструкций в сочетании комбинированных языков (самый примитивный язык на чипе). Набор инструкций состоит из нескольких десятков и сотен инструкций. Если микроконтроллер Микропроцессорный чип может выполнять набор инструкций, а другой может также поддерживать выполнение одного и того же набора инструкций. В принципе, программное обеспечение (программное обеспечение составлено из инструкций) не нуждается в переписывании и может быть свободно по два. Замена между чипами.
Аналогичным образом, производители микросхем внедряют новое поколение чипов с улучшенными характеристиками, которые обычно используют тот же набор инструкций, что и предыдущее поколение, или полностью совместимы, но добавляют новые инструкции, чтобы гарантировать, что многие из разработанных программ не нужно переписывать. Обеспечение защиты клиентов в прошлом, инвестиции в разработку программного обеспечения, покупка инвестиций и выполнение быстрее.
Большинство чипов, которые в настоящее время используются на рынке, используют архитектуру набора инструкций Intel или Amim. Архитектура набора инструкций Intel обычно называется x86 (в прошлом она использовалась для серии чипов, заканчивающихся числом 86, например 8086, 80286, 80386, 80486 и т. Д.). ), IA (архитектура Intel), IA-32 (32-бит между 1982 и 2003 годами), EM64T (технология Extended Memory 64) или AMD64 / x86-64 / x64 (64-разрядная версия под руководством AMD AMD) И т. Д. Заговор напрямую называется архитектурой набора команд Arm.
Интеллектуальная архитектура Intel и Arm - это патентованные архитектуры, разработанные компанией. Они должны быть оплачены за использование. ISA от Intel должен приобрести чипы CPU, продаваемые компанией. ISA от Arm - это непрямые продажи. ISA должен сначала заплатить единовременную плату за техническую лицензию, а затем каждый раз, когда производится чип, он будет взиматься с руки.
Intel x86 ISA-чипы в подавляющем большинстве доминируют на ПК, рабочих станциях, серверах, суперкомпьютерах и т. Д., Поэтому цена высока в течение длительного времени, системные поставщики, конечные потребители должны нести расходы, хотя некоторые производители микросхем также могут производить и продавать X86 ISA, но соотношение цены и предложения не так велико, как Intel, и существует множество ограничений, таких как AMD может использовать x86 ISA, но если компания будет приобретена впоследствии, патентное право x86 ISA должно быть пересмотрено или другое Хотя производители чипов также выпускают x86-совместимые чипы, они должны платить роялти США IBM, чтобы избежать возможных судебных процессов Intel.
С одной стороны, ISA компании Arm обладает огромной долей рынка чипов мобильных устройств и продолжает расширяться во множество встроенных приложений. Arm предоставляет лицензии на лицензии на мягкие и жесткие ядра, а мягкие ядра могут приобретать архитектуры набора инструкций. Твердый сердечник может получить только схему пластины, которая была реализована определенной технологией полупроводникового процесса.
Arm имеет тенденцию предоставлять жесткие лицензии для ядра, чтобы избежать утечки основных технологий, но некоторые тяжеловесы имеют доступ к лицензиям на мягкие ядра, такие как Qualcomm, и, как правило, предполагается, что Apple, Samsung и т. Д. Также перечислены. GreenWave заявила, что хочет получить лицензию на недропользование не менее 15 миллионов долларов и только для использования во времени.
Поскольку технологическая экология ISA становится все более и более полной, когда принимается множество чипов или программного обеспечения, владелец архитектуры ISA будет считаться легким для получения прибыли в будущем. Производители чипов (поставщики чипов без автономии ISA) Системные поставщики и конечные пользователи будут страдать. С этой целью в 2010 году академический и отраслевой сообщество совместно инициировал создание Фонда RISC-V и продолжал продвигать ISA с открытыми техническими деталями и бесплатными техническими лицензиями.
Открытое и бесплатное лицензирование с точки зрения другой ключевой операционной системы в индустрии информационных технологий ранняя операционная система была разработана поставщиками компьютерной системы вместе со своим собственным оборудованием и поставлялась с продажами оборудования, такими как IBM После хоста IBM стремится выйти на рынок ПК, принять операционную систему Microsoft, а затем открыть коммерческий лицензионный режим только для программных продуктов для разных поставщиков систем, но код операционной системы по-прежнему принадлежит Microsoft, а затем Linux поднимается. , код является открытым и бесплатным.
Этот процесс разработки соответствует ISA, ISA от Intel поставляется с собственным чипом, Arm лицензируется по ISA чип-провайдера, но все они проприетарны и заряжены, а RISC-V пытается подражать Linux, открывать и бесплатно Способ развития.
RISC-V принимает лицензию BSD
Хотя RISC-V использует открытый бесплатный маршрут, он отличается от других проектов интеллектуальной собственности с открытым исходным кодом, например, у него есть собственный язык описания аппаратных средств (HDL), который является Chisel (Constructing Hardware In Scala Embedded Language). Из полного написания вы можете понять, что он основан на языке Scala. Chisel также использует политику с открытым исходным кодом. По сравнению с обычно используемым языком описания аппаратных средств Verilog широко используется, но есть инструменты для преобразования схемы, разработанной Chisel в Verilog, затем изменить его дизайн или интегрировать с другими схемами.
RISC-V лицензируется в соответствии с лицензией BSD, а не лицензией GPL, общей для программного обеспечения с открытым исходным кодом. Если GPL разрешен, расширение расширения также должно быть лицензировано GPL. Исходный код должен быть открыт (материк называется исходным кодом, Исходный код), но многие операторы хотят сохранить конкурентное преимущество и рассматривать свои собственные разработанные программы как коммерческую тайну, а не открывать. Фактически, Android также переписывает ядро Linux, так что поставщики оборудования, использующие операционные системы Android, не должны быть открытыми. Его водитель, сохраняя свою конфиденциальность, выиграл множество мобильных телефонов для Android.
Но BSD отличается, BSD позволяет использовать его открытые результаты, но расширенное программное обеспечение не должно быть открытым, очевидно, более щедрым, чем GPL. Что касается компилятора, сопутствующей поддержки программного обеспечения, то уже есть gcc / glibc / GDB, LLVM / Clang, Linux, Yocto, Verification Suite и другое программное обеспечение.
RISC-V - хорошая идея, но если фактический чип не работает хорошо, по-прежнему сложно конкурировать с коммерческим ISA. Ведущий академический отдел RISC-V, UC Berkeley, разработал RISC-V. Микросхема Rocket RISC-V была специально выбрана для сравнения с сердечником Arm (Cortex-A5), реализованным по той же технологии (TSMC 28 нм) (рисунок 2).
Во-первых, сравните тактовую частоту, каждая из которых может достигать 1 ГГц или выше, что считается связью, с точки зрения производительности ракета RISC-V может достигать 1,72 МГц / МГц, что на 10% выше, чем у Arm Cortex-A5; В области пластины, занимаемой ядром, RISC-V Rocket составляет всего 0,14 квадратных миллиметра, только половину Cortex-A5. Даже если оба из них содержат 16 Кбайт кэш-памяти, используется только 70% A5. Каждый квадратный миллиметр производительность Rocket может достигать в 1,5 раза больше, чем у A5. Что касается потребления энергии, Rocket составляет около 40% от A5.
Тем не менее, это сравнение все еще имеет небольшую опору. Rocket использует 64-битную архитектуру, но RISC-V также имеет 32-битную архитектуру. Если используются 32-разрядные или 64-разрядные версии. , возможно, более справедливое сравнение. В дополнение к Rocket существует 8,9 ядер реализации, таких как ORCA, PULPino и т. д. Вышеупомянутый GAP8 основан на PULPino.
В дополнение к основной технологии MCU / CPU RISC-V также активно развивает технологию основного интерфейса, требуемую для ядра, а именно TileLink. Причина в том, что Arm также предоставляет технологии интерфейса и протоколы, необходимые между ядрами и ядрами и периферийными устройствами в дополнение к основным технологиям. Таким образом, существуют соглашения AMBA, шины шины ASB, шины шины APB и т. Д., А затем расширены для разработки AHB, ATB, AXI, ACE, CHI и других интерфейсов.
RISC-V - не первый открытый проект
Хотя RISC-V - это открытый аппаратный проект, который в последнее время все больше привлекает внимание, это не единственный или самый ранний проект. Это OpenRISC, OpenSPARC и т. Д., Но после запуска такие проекты столкнулись с некоторыми ограничениями на разработку. Архитектура OpenRISC старая и медленная для разработки. 64-разрядная версия архитектуры недостаточно зрелая. OpenSPARC поставляется с UltraSAPRC, который постепенно теряет соотношение цены и производительности. Открытое сообщество неактивно (рисунок 3).
Кроме того, некоторые проекты слишком академичны и теоретически функциональны, но когда они реализуются как реальные схемы, нелегко повысить производительность, снизить энергопотребление, уменьшить площадь пластины и т. Д., Или некоторые проекты нелегко импортировать программные активы, уже имеющиеся в других ISA. (драйверы, примеры программ, приложений и т. д.), трудно перекомпилировать и переписать.
Все вышеперечисленное, RISC-V было рассмотрено в начале его создания. Новое определение планирования архитектуры с нуля должно быть близко к коммерческому внедрению, а также удобно управлять программными активами других существующих ISA. Поэтому многие полупроводниковые отрасли были созданы с момента его создания. Большие компании участвуют вместе и обеспечивают, чтобы сообщество развивало энергию.
Стоит отметить, что производители чипов собственной архитектуры изменили свое отношение в последние годы, не только продают полные чипы, но и эмулируют бизнес-модель Arm, позволяя перерабатывать основные технологии чипа, такие как сотрудничество Intel с TSMC в 2008 году. Открытая лицензия на x86, позволяющая другим игрокам разрабатывать собственные чипы с архитектурой x86, или NVIDIA откроет свои основные лицензии на GPU в 2013 году, но в таких лицензиях, ее патентах ISA и последующих тенденциях развития по-прежнему доминируют производители микросхем, а не Участие в разработке, этот производный бизнес до сих пор не проводился.
IoT / AI подходит для RISC-V
Технологическая экосистема ISA может быть успешной и должна иметь преимущества с точки зрения технических характеристик и масштаба. Например, x86 ISA имеет наилучшее соотношение цены и широко используется с ПК, в то время как рычаг имеет маломощное соотношение мощности на ватт. Поэтому он широко используется на мобильных устройствах, таких как мобильные телефоны и встроенные устройства, поэтому RISC-V также максимизирует применимость ISA. Поэтому также разработана 32-разрядная 64-битная архитектура и широко поддерживается метод адресации. 16/32/64/128 бит.
В реальной разработке верно, что все типы приложений находятся в разработке. Вышеупомянутый разработанный GreenWave чип GAP8 предназначен для блокировки приложений IoT с использованием процесса TSMC 55LP (Low Power), целевой рынок похож на Arm Cortex-M0 ~ M7. WD инвестировала в Esperanto Tech, которая использует RISC-V для разработки чипов искусственного интеллекта (AI) с 64-битной архитектурой и разрабатывает 16 основных ET-Maxions и 4096 основных ET-Minions. Используйте процесс TSMC 7 нанометров.
Кроме того, производитель микросхем FPGA MicroSemi также предложил технологию RISC-V с поддержкой RV32IM, которая позволяет разработчикам чипов на ранней стадии использовать оценку чипов FPGA и аналоговый дизайн. Если в будущем они захотят использовать коммерческий чип для массового производства, можно избежать стоимости авторизации ядра. Раньше, если разработка ядра Arm, есть лицензионные сборы, премии и другие проблемы.
Кроме того, некоторые компании пытались использовать архитектуру RISC-V, но применяли такую же модель лицензирования интеллектуальной интеллектуальной модели как Arm. Например, SiFive и Andes, SiFive представили 32-битное (RV32) E31 ядро и 64-битное (RV64) E51 ядро. Используется 28-нм процесс: первый блокирует приложения Cortex-M3 и M4, а последний аналогичен Cortex-A53, однако E31 и E51 не поддерживают Linux. Однако Linux широко используется во встроенной области. По этой причине SiFive Также предлагается ядро U54 / U54-MC (RV64GC), которое поддерживает Linux (рисунок 4).
Andes также предложила архитектуру AndeStar v5 (т. Е. Root на основе RISC-V), включая 32-разрядное ядро N25 и 64-разрядное ядро NX25, также приняв 28-нм процесс HPC и подчеркнув, что требуется лишь несколько логических ворот. Можно предположить, что для N25 требуется только 30 000 логических вентилей, а NX25 - 50 000. Чем меньше логических вентилей используется, тем меньше площадь пластины, что означает, что чип можно реализовать и производить по более низкой цене. CEVA также имеет только 32-разрядный RISC-V (RV32IMC) реализован на 20 000 меньше, чем логические, и установлен для использования в чипах Bluetooth, Wi-Fi приемопередатчиков.
Кроме того, хотя он основан на RISC-V, Andes все еще делает для него различные улучшения, такие как использование пользовательских инструкций для уменьшения размера кода на 10%, что может снизить требования к программной памяти или ускорить мгновенную обработку при прерываниях. Скорость, более подходящая для немедленных приложений или защита стека, чтобы предотвратить неисправность или уменьшить проблемы безопасности.
Группа участников RISC-V сильна
Было много сообщений о RISC-V на большой фабрике, и это было сделано только быстро: например, графический процессор NVIDIA GeForce (GPU) имеет контроллер быстрой логики (Falcon), а новый Falcon примет RISC. -V, Samsung также будет использоваться в своем собственном мобильном чипе, WD также будет использоваться в самых разных чипах. Вышеприведенная причина, по которой отрасль охватила RISC-V без каких-либо причин, эти компании в значительной степени используются или продают чипы, прошлое приняло Arm Ядро должно заплатить огромную техническую плату, и если она будет изменена на RISC-V, это сэкономит много денег.
С правительственной стороны в Соединенных Штатах Америки коммерческие компании, финансируемые DARPA, разрабатывают чипы аэрокосмического оборудования на основе архитектуры RISC-V. Индийское правительство также активно использует RISC-V, в академических учреждениях работают 35 университетов, в том числе многие известные университеты, такие как Массачусетский технологический институт. Принстонского университета и т. Д. (Рис. 5).
Бизнес-модель превращается в самое большое беспокойство
RISC-V, похоже, развивается до сих пор, но на самом деле существует ряд скрытых проблем. Во-первых, RISC-V позволяет усыновителям самим расширять сами инструкции определения. Если каждая строка будет разделять совместимость программного обеспечения, она будет находиться в обратном положении. Программная экосистема более сложна для развития сплочения.
Другим является трансформация бизнес-модели новых предпринимателей. Взяв на себя вышеупомянутый SiFive в качестве примера, первоначальная ожидаемая бизнес-модель основана на бесплатной архитектуре RISC-V, приняв заказную схему заказа клиента и взимая плату за дизайн, но затем превращаясь в Ядро разработанного ядра рассчитано на 300 000 долл. США для E31 и 600 000 долл. США для E51 (64-битная версия Andes претендует на сумму менее 1 миллиона долларов).
Лицензия SiFive по-прежнему более щедра, чем Arm, 300 000, 600 000 долларов США за единовременную плату, Arm дополнительно к единовременной пошлине также за каждый чип для получения роялти, а RISC-V по-прежнему имеет модификации, свободную гибкость Тем не менее, SiFive повернулся к тому же маршруту, что и «Арм», и также обеспокоился, нарушило ли оно первоначальное намерение RISC-V.
Кроме того, в прошлом разработка программного обеспечения с открытым исходным кодом в дополнение к столкновению с неудобствами бездеятельности сообщества, разногласиями последующих путей развития или расставанием способов разработки или по-прежнему сосредоточена на развитии, но маршрут постепенно отклонялся от первоначального намерения или коммерческой ценности и т. Д. Это также может произойти в проекте RISC-V.
Наконец, тайваньские компании также очень заинтересованы в RISC-V в качестве новой возможности для развития, например, TSMC может получить больше инвестиционных заказов от новых производителей чипов, Andes не придерживается своей собственной базовой архитектуры и включает RISC-V Даже если архитектура несовместима, она не откажется от новой машины, а MediaTek (MTK) также присоединится к RSIC-V Foundation, поставщик услуг дизайна чипов Faraday также с нетерпением ждет новой разработки.