RISC-V
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/7/7a/Yunsup_Lee_holding_RISC_V_prototype_chip.jpg/220px-Yunsup_Lee_holding_RISC_V_prototype_chip.jpg)
RISC-V (výslovnost [ˌrisk ˈfaiv]; V je římská číslice 5) je otevřená instrukční sada z rodiny RISC. Je vyvíjena od roku 2010 na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Původně šlo o “tříměsíční projekt”, který měl vytvořit novou otevřenou instrukční sadu (architekturu) na základě existujících technologií a překonat tak omezení související s proprietárními architekturami, mezi něž patří:
- Patentová ochrana – vyšší náklady
- Provázanost mezi vlastnictvím architektury a návrhem procesorů – nemožnost změny dodavatele
- Složitost mnoha architektur – často zbytečná
- Architektura může zaniknout zároveň se společností, která ji vlastní – riziko v čase
Na rozdíl od starších projektů majících rovněž za cíl vytvářet procesory jako otevřený hardware (např. DLX a OpenRISC) je RISC-V navržen pro široké použití od vestavěných systémů přes mobilní telefony až po cloudové počítače, tedy s důrazem na výkon i na spotřebu.
Instrukční sada RISC-V je od počátku otevřená, nicméně velký komerční zájem vedl v roce 2015 k založení oficiální neziskové organizace RISC-V Foundation, jejímž cílem bylo podpořit počáteční přijetí RISC-V a dále tuto instrukční sadu udržovat a rozvíjet. Původní autoři a vlastníci se vzdali svých práv ve prospěch organizace. RISC-V Foundation měla 36 zakládajících členů a svými členy je nadále řízena. V roce 2020 došlo k transformaci na mezinárodní sdružení RISC-V International, které sídlí ve Švýcarsku a je zodpovědné za další vývoj architektury RISC-V[1].
Softwarová podpora
Z operačních systémů ohlásilo podporu jako první FreeBSD. To podporuje RISC-V od verze 11.0 z října 2016.[2] Začátkem dubna 2018 byl po zhruba roce příprav oficiálně založen port operačního systému-linuxové distribuce Debian na 64bitovou variantu RISC-V.[3]
28. května 2024 oznámila firma Canonical verzi operačního systému Ubuntu pro jednodeskové počítače Milk-V Mars se čtyřjádrovými procesory RISC-V s jádry StarFive JH7110 až na 1,5 GHz, první výkonný procesor RISC-V s operační pamětí až 8GiB LPDDR4 a grafickým procesorem Imagination BXE-4–32.[4][5][6][7]
Mezi další operační systémy, které podporují RISC-V, patří FreeRTOS[8] a ThreadX.
Vlastnosti
Instrukční sada RISC-V má několik specifik. Předně nestanovuje žádnou konkrétní mikroarchitekturu ani licenční model, je vysoce modulární a díky podpoře RISC-V International nezávislá na konkrétním dodavateli.
Na rozdíl od podobných projektů, které se zaměřují na otevřený hardware, RISC-V stanoví pouze instrukční sadu (ISA); mikroarchitektura záleží na konkrétní implementaci a nemá žádná omezení daná standardem RISC-V.
Vývojáři procesorových jader založených na RISC-V si navíc mohou zvolit libovolný licenční model. Někteří používají komerční licence, jiní otevřené (viz dále).
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/e/ee/RISC-V_open_instruction_set_architecture.svg/512px-RISC-V_open_instruction_set_architecture.svg.png)
Nejdůležitější vlastností instrukční sady RISC-V je však její univerzálnost. Tvůrci měli na paměti, že různé aplikace vyžadují různou složitost architektury, proto vytvořili vysoce modulární standard: Základní instrukční sada RISC-V je velmi minimalistická (pouze 49 instrukcí pro 32bitový procesor) a nabízí množství volitelných standardních rozšíření. Navíc je k dispozici dobře definovaná možnost vytvořit si vlastní, nestandardní instrukce podle potřeby.
![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/1b/RISC-V_Modular_Instruction_Set.svg/512px-RISC-V_Modular_Instruction_Set.svg.png)
Ukazuje se, že přidání vhodných vlastních instrukcí představuje velmi výhodnou cestu ke zvýšení výkonu procesoru[9][10].
Implementace
Komerčně licencovaná jádra RISC-V
- Andes Technology Corporation nabízí několik různých sérií jader s volitelným rozšířením instrukční sady, včetně možností pro návrh vícejádrových systémů[11]:
- Série N(X) zahrnuje jak 32bitová jádra (N), tak i 64bitová (NX). Délka pipeline (zřetězené linky) je různá, od dvoustupňové u jádra N22 až po osmistupňovou u N45. Jádro NX27V podporuje vektorové rozšíření RISC-V neboli sadu “V”[12].
- Série D(X) nabízí jádra s instrukční sadou “P”, která podporuje operace SIMD, a na výběr jsou opět jádra 32bitová (D) i 64bitová (DX).
- Série A(X) se zaměřuje na aplikační procesorová jádra s podporou Linuxu a délkou pipeline od pěti do osmi stupňů. Dále nabízí podporu operací s plovoucí desetinnou čárkou a jednotku pro správu paměti (MMU).
- Původem česká společnost Codasip s.r.o. (dnes součást skupiny Codasip GmbH) v lednu 2016 uvedla na trh historicky první komerční jádro založené na RISC-V (Codix)[13] a dnes má v nabídce několik sérií vestavěných i aplikačních procesorových jader RISC-V. Jádra od Codasipu jsou navržena v proprietárním jazyce CodAL[14] a firma je vyvíjí s pomocí patentované technologie a vlastního návrhového nástroje zvaného Codasip Studio.
- Série L nabízí minimalistická 32bitová jádra s nízkou spotřebou, pipeline o délce tří nebo pěti stupňů a volitelným rozšířením pro operace s plovoucí desetinnou čárkou.
- Série H nabízí 64bitová vestavěná jádra s vysokým výkonem. Volitelně je opět k dispozici rozšiřující sada pro operace s desetinnou čárkou.
- Série A obsahuje 64bitová jádra, která podporují Linux a lze je rozšířit o instrukční sadu “P”. Jádra mají sedmistupňovou pipeline, podporu operací s desetinnou čárkou (FPU) a správu paměti (MMU). Verze jader rodiny A s příponou -MP navíc obsahují cache (vyrovnávací paměti) L1 a L2 a nabízejí podporu pro vícejádrový systém o maximálním počtu čtyř jader[15].
- Jádro uRISC-V, které je součástí nástroje Codasip Studio, slouží ke vzdělávacím a výukovým účelům[16].
- Společnost SiFive začala prodávat v květnu 2017 jednodeskový počítač kompatibilní s Arduinem a postavený na RISC-V procesoru Freedom E310. Táž společnost oznámila v říjnu 2017 dokončení návrhu čtyřjádrového 64bitového procesoru U54-MC Coreplex, který je navržen pro taktovací kmitočet 1,5 GHz a na kterém bude možné spustit plnohodnotný desktopový operační systém, například Linux.[17][18] V únoru 2018 tato společnost spustila prodej jednodeskového počítače HI-Five Unleashed.[19] Společnost SiFive momentálně nabízí tři hlavní řady produktů:
- Série E zahrnuje 32bitová vestavěná jádra s dvou- až osmistupňovou pipeline. Nejpokročilejší z této série je čtyřjádrový procesor E76-MC.
- Série S zahrnuje 64bitová vestavěná jádra s dvou- až osmistupňovou pipeline. Nejpokročilejší z této série je S76-MC.
- Série U představuje nabídku 64bitových aplikačních jader o délce pipeline 5–12 stupňů. Varianty U54 a U74 jsou k dispozici ve vícejádrové verzi. Superskalární jádro U84 nabízí nejvyšší výkon z této série[20].
- Intelligence X280 je aplikační jádro odvozené ze série U, které navíc podporuje vektorové rozšíření „V“[21].
- Společnost SiFive oznámila výkonné jádro P870, které je podle společnosti o 50% vyšší výkon jednoho vlákna v SPECint2006. Jádry předchozí generace jsou jádra P650 a P670. Nové jádro umožňuje SoC procesory s maximálně až 32 CPU jádry.[22]
Otevřená jádra RISC-V
- Kalifornská univerzita v Berkeley vyvinula řadu procesorových jader RISC-V s využitím jazyka Chisel:
- 64bitové jádro Rocket[23] vhodné pro kompaktní zařízení s nízkou spotřebou, jako je přenosná osobní elektronika.
- 64bitové superskalární jádro Berkeley Out of Order Machine (BOOM)[24] s instrukční sadou RV64GC, určené jak pro osobní počítače, tak i pro superpočítače a databázové servery.
- Pět návrhů 32bitového procesoru Sodor[25], které slouží primárně pro studentské projekty.
- PULPino (Riscy a Zero-Riscy), projekt Spolkové vysoké technické školy v Curychu / Boloňské univerzity[26]. Jádra PULPino implementují jednoduchou instrukční sadu RV32IMC pro mikrokontroléry (Zero-Riscy) nebo výkonnější sadu RV32IMFC s rozšířením pro zpracování digitálního signálu (DSP).
- Společnost Western Digital vyvinula několik vlastních RISC-V jader pod názvem SweRV Cores a poskytla je volně pod otevřenou licencí prostřednictvím CHIPS Alliance. Komerční podporu těchto jader poskytuje ve spolupráci s Codasipem[27]. Jádra SweRV cílí na výkonné vestavěné systémy a implementují základní sadu RV32IMC:
- SweRV Core EH1 je dvouvláknové superskalární jádro s devítistupňovou pipeline.
- SweRV Core EH2[28] je superskalární jádro se dvěma hardwarovými vlákny a devítistupňovou pipeline.
- SweRV Core EL2 je minimalistické jednovláknové jádro se čtyřstupňovou pipeline.
Počítače s procesory RISC-V
DeepComputing DC-ROMA II
Na podzim roku 2022 přišla hongkongská společnost DeepComputing s notebookem DC-ROMA, s procesorem typu SoC T-Head TH1520 se čtyřmi jádry XuanTie C910, který byl určen zejména pro vývojáře a který se brzy vyprodal. Proto firma DeepComputing přišla s novým notebookem DC-ROMA II s osmijádrovým RISC-V procesorem typu SoC SpacemiT K1[29][30], s taktem CPU až 2 GHz, GPU podporuje standardy OpenGL ES 3.2, OpenCL 3.0, Vulkan 1.2, a VPU může operovat s grafickými standardy H.265, H.264, VP9 a VP8, při schopností kódování/dekódování do rozlišení 4K, s NPU AI Fusion Computing Engine (s výkonem 2 TOPS), s operační pamětí (RAM) až 16 GiB LPDDR4X, s úložištěm SSD o kapacitě 1 TB, s LCD s úhlopříčkou 14.1", který má rozlišení 1920 x 1080 pixelů. Počítač je také vybaven porty 2x USB typ-C, 2x USB 3.0 typ-A, microSD čtečku, sluchátkovým jackem a osmipinovým vývojářským konektorem. Dále je také vybaven bezdrátovými připojeními Wifi a Bluetooth. Pro přenos obrazu se místo konektoru HDMI používá USB typ-C. Na tomto počítači je předinstalován operační systém Ubuntu 23.10[31][32][33]
Sipeed LicheeBook4A
Parametry počítače LicheeBook4A jsou odvozeny od použitého SoM (System-On-Module), a ty jsou následující. CPU je čtyřjádro Alibaba T-Head RISC-V Xuantie C910 na frekvenci 2.5 GHz, GPU je Imagination Technologies BXM-4-64 (s podporou OpenGL ES 3.0/3.1/3.2, OpenCL 1.1/1.2/2.0, Vulkan 1.1/1.2), dále NPU s výkonem 4 TOPS, dále VPU. Použité paměti jsou RAM 8 GiB nebo 16 GiB, a SSD 32 GB nebo 128 GB, LCD 14.1" s rozlišením 1920 x 1080 pixelů. Počítač je také vybaven porty 1x USB 3.0 typ-A, 1x USB 3.0 typ-C a 1x USB 2.0 typ-A. Dále je také vybaven bezdrátovými připojeními Wifi a Bluetooth. Operační systém je Linux. Hmotnost notebooku je 1,3 kg[31]
Desky s procesory RISC-V
Milk-V Jupiter
V červenci 2024 čínská společnost Milk-V (vyslovte zhruba jako Milky Way) představila základní desku Jupiter. Deska je ve formátu mini-ITX a má běžný 24pinový ATX konektor, jako na jakékoliv jiné základní desce. Je osazena integrovaným procesorem architektury RISC-V konfigurace SoC, buď typu SpacemiT K1 na 2 GHz, nebo SpacemiT M1 na 1.6 GHz. Operační paměť (RAM) má velikost 4, 8 nebo 16 GiB LPDDR4X. GPU je Imagination Technologies IMG BXE-2-32 podporující standardy Vulkan 1.3, OpenGL ES 3.x/2.0/1.1, OpenCL 3.0, EGL 1.5, a dále neuronový akcelerátor (NPU) má výkon 2 TOPs. SSD úložiště je typu M.2 NVMe a eMMC, dále je k dispozici MicroSD slot. Dále jsou dispozici metalické porty 2x USB 3 typ-A, 2x USB 2 typ-A, 1x USB 2 typ-C, HDMI a zvukový vstup/výstup (jack). Také je k dispozici slot PCIe 2.0 x8. Pro síťovou komunikaci může sloužit 2x Gigabit RJ45 port s podporou PoE, pro bezdrátovou komunikaci potom Wi-Fi 6, Bluetooth 5.2.[34][35][36][37][38]
Historie
Reakce konkurence RISC-V
Holding ARM, významný designér procesorů a software, spustil v červenci 2018 PR kampaň mířící proti architektuře RISC-V; ta se snaží v pěti bodech potenciálním zákazníkům vysvětlit, jak riskantní volbou je pro ně RISC-V oproti ARMu.[39]
Reakce ze strany RISC-V
Vícero významných výrobců čipů aktuálně ohlásilo iniciativu, jejímž cílem je podpora prosazení procesorové architektury RISC-V. Za novou iniciativou jsou spoločnosti Robert Bosch, Infineon Technologies, Nordic Semiconductor, NXP Semiconductors a Qualcomm.[40]
Odkazy
Reference
- ↑ RISC-V International [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ FIKAR, Jan. Vydáno FreeBSD 11.0 s podporou RISC-V. Unixy. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 11. říjen 2016 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309.
- ↑ KRČMÁŘ, Petr. Debian přidává podporu pro 64bitovou architekturu RISC-V. Linux. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 5. duben 2018 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309.
- ↑ ZATLOUKAL, Filip. Ubuntu na Marsu s RISC-V, schválen nový spin Fedory. Root.cz [online]. [cit. 2024-06-03]. Dostupné online.
- ↑ KRČMÁŘ, Petr. Ubuntu má podporu pro jednodeskový počítač s RISC-V zvaný Milk-V Mars. Root.cz [online]. [cit. 2024-05-29]. Dostupné online.
- ↑ Ubuntu pro Milk-V Mars. www.abclinuxu.cz [online]. [cit. 2024-05-28]. Dostupné online.
- ↑ LTD, Canonical. Canonical enables Ubuntu on Milk-V Mars, a credit-card-sized RISC-V SBC. Canonical [online]. [cit. 2024-05-28]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ FreeRTOS for RISC-V RV32 and RV64. FreeRTOS [online]. [cit. 2021-07-28]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Download Codasip Whitepaper on RISC-V Processor Customization. us17.campaign-archive.com [online]. [cit. 2021-07-30]. Dostupné online.
- ↑ BELHADJ AMOR, Hela; BERNIER, Carolynn; PRIKRYL, Zdenek. A RISC-V ISA Extension for Ultra-Low Power IoT Wireless Signal Processing. IEEE Transactions on Computers. 2021, s. 1–1. Dostupné online [cit. 2021-07-30]. ISSN 1557-9956. DOI 10.1109/TC.2021.3063027.
- ↑ CORPORATION, Andes Technology. Andes Announces New RISC-V Processors: Superscalar 45-Series with Multi-core Support and 27-Series with Level-2 Cache Controller. GlobeNewswire News Room [online]. 2020-11-30 [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ DAHAD, Nitin. EETimes [online]. 2019-12-10 [cit. 2021-06-01]. Dostupné online.
- ↑ Codasip Joins RISC-V Foundation and Announces Availability of RISC-V Compliant Codix Processor IP. Design And Reuse [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ What is CodAL?. Codasip [online]. 2021-02-26 [cit. 2021-06-17]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Codasip announces RISC-V processor cores providing multi-core and SIMD capabilities. www.newelectronics.co.uk [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2020-12-23.
- ↑ Codasip Releases a Major Upgrade of Its Studio Processor Design Toolset with a Tutorial RISC-V core. Design And Reuse [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ FIKAR, Jan. SiFive začalo licencovat první RISC-V procesor, na kterém poběží Linux. Kompilery a procesory. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 9. říjen 2017 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309.
- ↑ OLŠAN, Jan. První plnohodnotný procesor RISC-V podporující Linux je tu, budou i vývojářské desky. Hardware. cnews.cz [online]. Mladá fronta a. s., 14. říjen 2017 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online.
- ↑ KRČMÁŘ, Petr. Hi-Five Unleashed: první linuxový počítač s procesorem RISC-V. PC a notebooky. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 9. únor 2018. Dostupné online. ISSN 1212-8309.
- ↑ SiFive Announces U8-Series 2.6GHz High-Performance Out-of-Order RISC-V Core IP. Hackster.io [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ SCHILLING, Andreas. Neuer Intelligence X280 von SiFive verbindet RISC-V mit Vektorbeschleunigung. Hardwareluxx [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (německy)
- ↑ DSL.sk - Predstavené výkonnejšie RISC-V jadro. DSL.sk [online]. [cit. 2023-10-12]. Dostupné online.
- ↑ chipsalliance/rocket-chip. github.com [online]. 2021-05-31 [cit. 2021-06-01]. Original-date: 2014-09-12T07:04:30Z. Dostupné online.
- ↑ riscv-boom/riscv-boom. github.com [online]. 2021-05-29 [cit. 2021-06-01]. Original-date: 2014-01-21T17:18:10Z. Dostupné online.
- ↑ ucb-bar/riscv-sodor. github.com [online]. 2021-05-25 [cit. 2021-06-01]. Original-date: 2013-07-17T22:10:42Z. Dostupné online.
- ↑ PULP platform. www.pulp-platform.org [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online.
- ↑ Codasip partners with Western Digital on open‑source processors. eeNews Europe [online]. 2019-12-10 [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ SHILOV, Anton. Western Digital Rolls-Out Two New SweRV RISC-V Cores For Microcontrollers. www.anandtech.com [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online.
- ↑ SNEDDON, Joey. Canonical Announce First RISC-V Laptop Running Ubuntu. OMG! Ubuntu [online]. 2024-06-13 [cit. 2024-08-14]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ SpacemiT K1 8 core RISC-V chip Brief. BananaPi Docs [online]. [cit. 2024-08-14]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ a b Tři nové RISC-V notebooky | Diit.cz. diit.cz [online]. [cit. 2024-06-24]. Dostupné online.
- ↑ SNEDDON, Joey. Canonical Announce First RISC-V Laptop Running Ubuntu. OMG! Ubuntu [online]. 2024-06-13 [cit. 2024-06-24]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ KRČMÁŘ, Petr. DC-ROMA II bude osmijádrový notebook s RISC-V a Ubuntu. Root.cz [online]. [cit. 2024-06-24]. Dostupné online.
- ↑ Milk-V Jupiter - mini-ITX deska s RISC-V | Diit.cz. diit.cz [online]. [cit. 2024-07-19]. Dostupné online.
- ↑ IMG BXE-2-32. Imagination [online]. [cit. 2024-07-19]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ ISZHENG. Introducing the Mini-ITX motherboard ‘Milk-V Jupiter’ equipped with a RISC-V processor – RISC-V International [online]. [cit. 2024-07-19]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ Milk-V Jupiter - levná a vybavená RISC-V deska | ALT-F4. alt-f4.cz [online]. [cit. 2024-07-19]. Dostupné online.
- ↑ Milk-V. milkv.io [online]. [cit. 2024-07-20]. Dostupné online. (anglicky)
- ↑ ARM v kampani útočí na RISC-V. Periferie. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 10. červenec 2018 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309.
- ↑ DSL.sk - Významní výrobcovia čipov začali podporovať RISC-V architektúru. DSL.sk [online]. [cit. 2023-08-04]. Dostupné online.
Externí odkazy
Obrázky, zvuky či videa k tématu RISC-V na Wikimedia Commons
- (anglicky) Oficiální stránka projektu
- (anglicky) Supported platforms | seL4 docs. docs.sel4.systems [online]. [cit. 2024-05-14]. Dostupné online. - Podporované platformy RISC-V pro systém seL4, včetně verifikovaného
- (slovensky) DSL.sk - Po ARM notebookoch prichádza aj výkonnejší RISC-V notebook. DSL.sk [online]. [cit. 2024-06-13]. Dostupné online.
- (slovensky) DSL.sk - RISC-V má rýchlo rásť, má byť v miliardách procesorov. DSL.sk [online]. [cit. 2023-11-08]. Dostupné online.
- (slovensky) DSL.sk - Ďalší Debian bude aj pre RISC-V, stala sa oficiálnou architektúrou. DSL.sk [online]. [cit. 2023-07-24]. Dostupné online.
- (česky) JEŽEK, David. Fwupd 1.9.6 umí aktulizace Radeonů, KDE předělává systémová nastavení. Root.cz [online]. [cit. 2023-10-08]. Dostupné online. - Patche pro 64core RISC-V mATX desku Milk-V
- (česky) TIŠNOVSKÝ, Pavel. Instrukční sada procesorových jader s otevřenou architekturou RISC-V. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 5. listopad 2015 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309.
- (česky) TIŠNOVSKÝ, Pavel. Otevřené RISCové architektury OpenRISC a RISC-V. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 29. říjen 2015 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309.
Média použitá na této stránce
Autor: Codasip Group, Licence: CC BY-SA 4.0
Unlike many commercial ISAs, RISC-V has a modular approach with three main categories. The base integer ISA is very small for a given wordlength and must be present. Optionally standard extensions such as those for multiplication, single and double precision floating point. Thirdly custom instructions can be created.
Autor: Derrick Coetzee (User:Dcoetzee), Licence: CC0
Yunsup Lee holding RISC V prototype chip. At UC Berkeley Par Lab Winter Retreat, January 2013.
Autor: Codasip Group, Licence: CC BY-SA 4.0
RISC-V is an open instruction set architecture that neither prescribes microarchitecture nor business models. RISC-V can be implemented as commercially licensed cores with proprietary microarchitecture or as open source cores.