《电子技术应用》

SiFive全新商业模式相助 RISC-V有望加速商业化

电子技术应用 作者:王洁
2017/6/6 9:08:00

谈到开源,很容易联想到开源操作系统,与操作系统随算法创新及新的应用需求而不断更新换代相比,指令集体系架构具有更长的生命周期,因而开源指令集似乎更为必要,在开源的大趋势下,RISC-V近年来已经受到业界的不少关注。

虽然现行市场主流的指令集架构属 x86 和 ARM,但Intel的不授权和ARM 的高额授权费与开源的趋势大相径庭。RISC-V是UC Berkeley设计并发布的一种免费而且开放的指令集架构,具有极强的扩展性,其应用可以覆盖IoT设备、桌面计算机、高性能计算机等众多领域。并且允许任何人以非常低的门槛设计、制造和销售RISC-V芯片和软件。

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RISC-V的由来?

早期的微处理器大部分为复杂指令集(CISC)架构,代表:Intel的x86。8086意味着x86架构的诞生,而x86作为特定微处理器执行计算机语言的指令集,定义了芯片的基本使用规则。8086也直接带动了Intel成为全球首屈一指的芯片巨头。

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随着编译器技术以及其他技术的发展,研究人员渐渐发现复杂的指令限制了处理器速度的进一步提高,精简指令集(RISC)技术应运而生,IBM 801是较早用精简指令集的理念来设计的系统,并发展成为了今天的Power架构。1980年,Berkeley的Dave Patterson主导了Berkeley RISC项目并设计了其第一代的处理器RISC I。RISC-V是第五代,是由Berkeley的Krste Asanovic教授团队从2010年夏天开始,大约花了四年的时间,设计和开发的一套完整的新的指令集,同时也包含了移植好的编译器、工具链、仿真器,并经过数次流片验证。为了能够加快开发的效率,以便能够快速评估和修改设计以及提高可复用性,Chisel作为一种新的硬件构建语言也被开发了出来。

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在此之前,OpenRISC也是一种开源指令集,但的许可证为GPL,意味着所有的指令集改动后都必须开源。而RISC-V的许可证为BSD License授权,用完无需开源。这也是Krste团队发展RISC-V的重要原因之一。

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RISC-V优势

(1)避免授权金:RISC-V指令集是一个“活”的、现代的、没有专利问题和没有历史包袱的全新指令集,并且以BSD许可证发布。任何公司都可以在自己的产品中免费使用,而修改也无需再开源。

(2)简单易上手开发:X86 和 ARM 的手册皆有上千多页,对工程师而言是相当大的负担,因为要设计一颗 CPU,工程师就要熟悉 ISA 中的所有规定,越熟悉才能设计出越好的 CPU。至于 RISC-V 则只需要约 100 页左右,大幅缩小工程师的负担。

(3)最安全,后门ByeBye:由于可以提供RISC-V IP源代码,并且这种源代码是开放的,因此客户能够全面检查RTL,以确保最高的信任级别。

RISC-V关键词

关于RISC-V,先来了解2个机构(RISC-V基金会、SiFive)、1个研讨会(Workshop)。

(1)RISC-V基金会是非营利组织,主要工作是维护RISC-V架构的标准规范。

(2)SiFive则是一家以营利为目标的公司,但该公司的主要产品依然维持开放原始码,由柏克莱教授与研究生共同创办。SiFive最新Coreplex IP产品(E31 Coreplex、E51 Coreplex)提供目前访问RISC-V内核最快捷也最简单的方式。

(3)RISC-V研讨会从2015年开始,每半年一次,现已举办六届,2017年5月8日第六届RISC-V研讨会首度登陆中国,在上海交通大学亮相。前两届分别在美国麻省理工学院和谷歌公司举行。

RISC-V正式诞生至今仅两年多的时间,拥有强大的生态系统,涵盖了谷歌、微软、IBM、高通、NVIDIA、三星和美高森美等多家企业。这些成员公司及第三方开源企业为软件和工具链(包括GCC和二进制工具集,两者都已升级)的成熟稳定作出了积极的贡献。面对拥有庞大开源群众基础和移动互联、物联网发展潜力的中国市场,RISC-V希望能够在未来不断深入推广RISC-V技术并加强本土合作,扩大生态系统,以开源、开放并透明的技术为中国本土芯片设计提供新的选择。

SiFive:RISC-V商业化的引领者

但在Intel和ARM组成的处理器架构王朝里,尽管RISC-V的优势显著,要加速RISC-V商业化进程,还需要强有力的推手,SiFive是首家基于RISC-V指令集架构的定制半导体供应商,也是RISC-V研发团队发展起来的,由RISC-V开创者Krste Asanovic,以及Yunsup Lee和Andrew Waterman所创建,目前三分之一的员工为RISC-V研发团队的成员。

SiFive如何加速RISC-V商业化?秘诀在于全新的商业模式。

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SiFive首席技术官和联合创始人Yunsup Lee表示:“通过‘调研-评估-购买’模式,我们让获得Coreplex IP访问许可变得像购买任何软件服务一样易如反掌。”同时,Coreplex IP以其透明的价格、简化的合同以及可下载的RTL文件,实现了对开放RISC-V内核简单、实时的访问。

SiFive产品及业务拓展副总裁刚至坚先生介绍,在SiFive官网上,任何公司都可以轻松获得其想要的服务,直接在官网进行选购,无需反复报价,小公司也不会遭遇如与ARM合作的困难,可帮助系统设计师缩短上市时间,减少成本费用,定制化RISC-V让定制硅芯片产品更加大众化。

随着RISC-V生态系统的快速发展,SiFive Coreplex IP设计已成为RISC-V内核的实际领导者,拥有比任何其他RISC-V架构厂商更多的客户群、硅产品和开发板。但事实上,RISC-V的特性已经决定了用户可以在不同产品阶段灵活选择不同的RISC-V架构厂商。刚至坚先生指出:“不同于ARM和MIPS,一旦客户选择一种架构,将来便只能与其继续进行合作,RISC-V可以使用户在SiFive和其他RISC-V架构厂商进行选择,不同阶段的产品可以选择不同厂商。”

刚至坚先生介绍,SiFive目前有两类产品:一类是CPU Core IP;另一类是Freedom SoC,包括面向低成本的Freedom Everywhere平台(为微控制器、嵌入式产品、物联网和可穿戴应用而设计)及面向高性能的Freedom Unleashed平台(机器学习、存储和网络应用)。

SiFive新品

基于多流片流程的数年研究和持续改进,SiFive的Coreplex IP展示了比其他指令集架构更高的功效。在产品发布时推出了两项最初的Coreplex设计规格:

•  E31 Coreplex – 作为全球部署最为广泛的RISC-V内核,E31 Coreplex专为低功耗、高性能的32位嵌入式应用设计,如边缘运算,智能物联网或可穿戴设备。

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•  E51 Coreplex – 是一款64位嵌入式内核,也是作为控制工具的理想解决方案,或是更大的64位片上系统中的微型内核。该产品的小尺寸和性能效率,使其与典型的大型64位处理器区分开来,同时保留了与主流工具链的全软件兼容。

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在2016年11月举办的第五届RISC-V研讨会上,SiFive推出Freedom Everywhere 310(FE310)片上系统和HiFive1软件开发板。HiFive1也是全球首款基于开源指令集RISC-V架构的商用SoC FE310开发板。

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后记:与Intel和ARM仅擅长PC或移动端处理器领域不同,RISC-V适应各种应用领域,而云计算和物联网作为新兴市场更容易切入。RISC-V在功耗、性能等各方面都不输给ARM,其可扩展性更强,提供免费的开源编译和仿真环境。业界对RISC-V的前景也是各种看好,且待RISC-V生态进一步成熟,相信RISC-V颠覆Intel x86和ARM对市场的统治也不无可能。


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