在SoC設(shè)計(jì)中采用多核和RISC-V架構(gòu)

由 RISC-V International 管理的 RISC-V 指令集架構(gòu) （ISA） 的興起正值半導(dǎo)體行業(yè)發(fā)展的激動(dòng)人心的時(shí)刻。新技術(shù)的創(chuàng)造正在推動(dòng)各個(gè)領(lǐng)域的進(jìn)步，包括人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、汽車工業(yè)，甚至太空探索。

這些創(chuàng)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)的到來與新的 ISA 在 SoC 設(shè)計(jì)人員中越來越受歡迎（圖 1）的時(shí)間框架相同。在這個(gè)融合時(shí)刻，RISC-V ISA 在當(dāng)今技術(shù)爆炸的不斷發(fā)展環(huán)境中，為設(shè)計(jì)人員的新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了更廣泛的 CPU、NPU 和 IP 內(nèi)核選項(xiàng)，從而脫穎而出。

1. 該圖顯示了到 2030 年數(shù)十億個(gè) RISC-V SoC 單元的出貨量。什么是 RISC-V？

RISC-V 是一種開源 ISA，代表了微處理器和 SoC 設(shè)計(jì)和開發(fā)的重大轉(zhuǎn)變。RISC-V 可供任何個(gè)人或公司免費(fèi)獲取、修改和分發(fā)，使其成為一個(gè)有吸引力的選擇。

其設(shè)計(jì)理念強(qiáng)調(diào)簡(jiǎn)單性和效率，使用更少的指令集，可以更快地執(zhí)行并消耗更少的功率。這種開放性和靈活性促進(jìn)了創(chuàng)新和協(xié)作，因?yàn)楣竞烷_發(fā)人員可以根據(jù)其特定需求構(gòu)建可定制的處理器，而無需支付與專有 ISA 相關(guān)的許可費(fèi)用和限制。

直到最近，作為主要的 ISA 提供商，Arm 的業(yè)務(wù)模型還在控制訪問。這創(chuàng)造了一個(gè)封閉的環(huán)境，使公司成為半導(dǎo)體行業(yè)的主導(dǎo)力量。這種控制還允許 Arm 通過使用其技術(shù)的制造商收取許可費(fèi)來產(chǎn)生收入，同時(shí)保護(hù)其專有設(shè)計(jì)和創(chuàng)新免受未經(jīng)授權(quán)的使用或修改。

RISC-V 開放模型優(yōu)勢(shì)

如今，多核 SoC 設(shè)計(jì)環(huán)境已經(jīng)從同構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)楫悩?gòu)，任何給定芯片上都出現(xiàn)了多個(gè) ISA。它為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)考慮和評(píng)估競(jìng)爭(zhēng)性 ISA 和供應(yīng)商的機(jī)會(huì)。在這種環(huán)境中，CPU 內(nèi)核現(xiàn)在執(zhí)行一系列任務(wù)，這不需要這些內(nèi)核都來自同一個(gè) IP 供應(yīng)商。

圖 2 顯示了 RISC-V 內(nèi)核在現(xiàn)代 SoC 中交付一系列任務(wù)，其中深度嵌入式有限狀態(tài)機(jī)的可編程替代品是當(dāng)今最大的用例。這些功能之后是 MCU 和協(xié)處理器功能。

SHD 集團(tuán)2. RISC-V 在各種功能中繼續(xù)受到關(guān)注。

有趣的是，隨著 IP 供應(yīng)商將更強(qiáng)大、更高性能的 RISC-V CPU 內(nèi)核引入市場(chǎng)，“Apps Processor”的功能越來越受歡迎。這表明市場(chǎng)上正在進(jìn)行高度的持續(xù)創(chuàng)新，以響應(yīng)市場(chǎng)對(duì)更多功能日益增長(zhǎng)的需求。RISC-V CPU IP 供應(yīng)商之間的競(jìng)爭(zhēng)非常激烈，并孕育了創(chuàng)新。

與專有架構(gòu)相比，RISC-V ISA 是公開可用的，RISC-V 標(biāo)準(zhǔn)由 RISC-V International 發(fā)展和管理。通過多公司 RISC-V 成員委員會(huì)的協(xié)作創(chuàng)建了對(duì)核心 ISA 的擴(kuò)展，然后可以根據(jù)供應(yīng)商和市場(chǎng)需求進(jìn)行定制。

因此，可以更快地開發(fā)滿足不同應(yīng)用精確需求的專用領(lǐng)域特定解決方案。這種靈活性符合對(duì)定制芯片解決方案的日益增長(zhǎng)的需求，這些解決方案可以滿足特定的功能要求，提高目標(biāo)用例的性能和效率。

RISC-V 的開放模型標(biāo)志著行業(yè)的重大轉(zhuǎn)變，使公司首次能夠采用 ISA，而不受任何單一供應(yīng)商的限制。即使是根據(jù) RISC-V 標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)的軟件也可以在不同制造商的設(shè)備上執(zhí)行。這種互作性促進(jìn)了競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境并刺激了創(chuàng)新，同時(shí)也降低了公司的風(fēng)險(xiǎn)和費(fèi)用。

為靈活的 RISC-V ISA 提供多公司支持

靈活性使 RISC-V 成為開發(fā)和部署跨多個(gè)性能范圍的芯片解決方案的越來越有吸引力的選擇。在 RISC-V 領(lǐng)域，多個(gè) CPU IP 供應(yīng)商是一個(gè)社區(qū)的一部分，許多公司同時(shí)設(shè)計(jì)新的解決方案。

此外，RISC-V International 擁有 80 多個(gè)活躍的委員會(huì)，通過啟用多公司流程以標(biāo)準(zhǔn)方式發(fā)展 ISA，繼續(xù)專注于增強(qiáng) ISA。這種集體努力導(dǎo)致了 ISA 的快速發(fā)展 — 以及實(shí)施 ISA 的多樣化 — 從而更快地提高性能并為客戶提供更多選擇。

對(duì)統(tǒng)一 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)的支持正在增長(zhǎng)并得到很好的充實(shí)，現(xiàn)在有多家公司提供解決方案。它包含廣泛的技術(shù)和組件，支持從硬件設(shè)計(jì)到軟件開發(fā)的所有內(nèi)容。

例如，SoC 設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)工作所需的更多構(gòu)建模塊現(xiàn)在已經(jīng)到位，并且來自多個(gè)來源。此外，如果一個(gè)團(tuán)隊(duì)在其設(shè)計(jì)工作的特定領(lǐng)域需要支持，它現(xiàn)在很可能就在那里。因此，它增強(qiáng)了設(shè)計(jì)界對(duì) RISC-V 技術(shù)的信心。

半導(dǎo)體設(shè)計(jì)社區(qū)的更多選擇

現(xiàn)在是進(jìn)入半導(dǎo)體行業(yè)的好時(shí)機(jī)，因?yàn)椴粩鄤?chuàng)新會(huì)催生更新、更強(qiáng)大的應(yīng)用和芯片解決方案。RISC-V 通過提供更多設(shè)計(jì)選擇、鼓勵(lì)競(jìng)爭(zhēng)和促進(jìn) ISA 發(fā)展，正在推動(dòng)一個(gè)新時(shí)代。

上述領(lǐng)域表明 RISC-V ISA 與半導(dǎo)體設(shè)計(jì)界和整個(gè)市場(chǎng)的相關(guān)性越來越大。這種環(huán)境確保 SoC 設(shè)計(jì)人員可以從廣泛的解決方案中自由選擇，從而能夠構(gòu)建更先進(jìn)的系統(tǒng)。