Open source procesor s architekturou RISC-V jde do reálné výroby na 65 nm

0

O procesorové architektuře, či
spíše instrukční sadě RISC-V, která byla vyvinuta jako otevřená
a svobodná alternativa k v současnosti používaným
proprietárním instrukčním sadám, jsme zde zatím moc nepsali.
Existují sice pokusy
o její komerční implementaci
, ale jelikož RISC-V vznikla
takříkajíc od stolu, zůstává hlavně teoretickým projektem.
Minulý týden se ale mezi různými hardwarovými zprávami objevila
informace, která příznivce alternativních CPU (a také
otevřeného hardwaru) potěší: reálná křemíková implementace
RISC-V se zřejmě chystá do výroby.

Jde o dílo vytvořené kolektivem
vědců ze Švýcarského
federálního technologického institutu v Curychu
(ETH
Zürich) a Boloňské Univerzity, nazvané PULPino (název je
odvozen od souvisejícího projektu PULP, Parallel ultra low power).
Jak již název naznačuje, PULPino je malý, nepříliš komplexní
procesor, který nebude konkurovat velkým CPU, ale zatím jen
mikrořadičům. Jeho autoři jeho možnosti vidí zejména
v segmentu „IoT“ (internet věcí, nositelná elektronika
jako hodinky a podobně) a různých podobných zařízení
vyžadujících co nejnižší spotřebu.

Schéma procesoru PULPino
Schéma procesoru PULPino

Zatímco projekt PULP počítá
s čtryřjádrovým SoC (ovšem tam je to nikoli s architekturou
RISC-V, ale OpenRISC, pokud se dobře dívám), PULPino se omezuje na
jedno jádro s označením RI5CY se zjednodušenou instrukční
sadou. Autoři jej srovnávají s Cortexem-M4. Implementována
je základní 32bitová sada RISC-V, komprimované instrukce RV32C
(obdoba instrukcí Thumb u ARMu) a částečná podpora
násobení (RV32M).

 

Kromě toho by jádro mělo mít také
nestandardní rozšíření pro roli mikrořadiče a částečnou
implementaci privilegované architektury, což umožňuje, aby na
procesorech PULPino běžel FreeRTOS. Procesor se také umí při
neaktivitě přepnout do úsporného režimu, kdy je většina částí
neaktivních pro snížení příkonu a čeká s probuzením
na vnější impulz.

Toto by měl být čip Imperio, první implementace PULPina na 65 nm
Toto by měl být čip Imperio, první implementace PULPina na 65 nm   

PULPino má za sebou tape-out v továrně
UMC, který proběhl v lednu 2016 na 65nm procesu. Není jasné,
zda se počítá i s nějakou reálnou výrobou (a poté
prodejem těchto čipů), která by zřejmě nastala až v případě,
že by se našli nějací uživatelé. Tato první implementace
procesoru, nazvaná „Imperio“ má údajně dosahovat taktu až
650 MHz. Na typickém taktu 400 MHz při napájecím napětí
1,2 V má mít příkon jen 32,8 mW. Jádro RI5CY má měřit
0,050 mm² a údajně by na 65 nm mělo být o něco menší
a snad i úspornější než Cortex-M4. Imperio
implementuje pro komunikaci s okolím rozhraní jako UART, I2C, SPI
Master a GPIO.

Jádro RI5CY ve srovnání s ARM Cortex-M4
Jádro RI5CY ve srovnání s ARM Cortex-M4

Kromě této implementace lze čip
simulovat v RTL nebo naprogramovat do v FPGA (Xilinx
Zynq-7010). Zdrojové kódy samotného hardwaru i softwarových
nástrojů by měly být dostupné pod licencí Solderpad
Hardware License
, podobné licencei Apache 2.0. Tím pádem je
také možná návrh využít ve vlastních čipech. Celý projekt má
své stránky
a repozitáře na GitHubu a v rámci Google Summer of
Code běží i softwarové projekty pro tuto platformu,
například přidání podpory do Arduina.

PULPino se dá implementovat v FPGA desce ZedBoard
PULPino se dá implementovat v FPGA desce ZedBoard

Zajímavé je, že podle EE Times se
autorům podařil tape-out také většího procesoru PULP, a to
údajně už loni v listopadu (o čemž zřejmě informace
zapadly). V tomto případě už se jednalo o 28nm proces
a výrobním partnerem jsou GlobalFoundries. V obou
případech jde o univerzitní projekty, takže případné
uchycení těchto čipů v praxi je nejistá věc. Pro
architekturu RISC-V by však tyto pokusy mohly vydláždit cestu
a zároveň praktickým ověřením přispět k jejímu
rozvoji.

Zdroje: ETHZ (1,
2), EE
Times
, CNX
Software

Open source procesor s architekturou RISC-V jde do reálné výroby na 65 nm
Ohodnoťte tento článek!