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最小RISC-V

有空间的一个更小的版本RISC-V处理器,它可以取代8位微控制器?

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微控制器存在于几乎所有,但可以RISC-V满足这个市场的需求?这是小到足以取代8位处理器吗?怎样帮助人们迁移到更现代的处理器体系结构?

RISC-V定义了一个32位的处理器指令集架构(ISA)开源和免费实现在任意数量的方法。是被作为一个非常小的和有效的架构,同时被定义很容易扩展。许多插件已经批准扩展和大量2021年12月在RISC-V峰会上公布。

但问题依然存在。基础规范小就够了吗?而不是添加额外的功能,有需要删除的东西吗?它是有用的作为一个单片机?8位微控制器市场8 b在2020美元左右,预计将增长4%至5%在可预见的未来,根据多个行业报告。2014年,8位仍然是体积最大,占销售的39.7%,而32位紧随其后,为38.5%。

今天,16位市场已经成为最大的,以48.8%的市场占有率。8位正逐渐失去市场份额,但不一定16位和32位。大多数都是离散的芯片,这显然是一个巨大的和可持续的市场对小型处理器。

控制器无处不在
复杂的设备可能包含一些控制器,但是他们很少得到关注。”有许多包含几个大的Arm核的芯片,被用作应用程序处理器,但是你也会发现很多小得多的处理器在那里,”Simon Davidmann说首席执行官治之软件。“他们是被用来做各种各样的事情,其中的很多很可能是基于RISC-V利基处理器。没有人真正知道它们是什么,因为他们是隐藏的。”

这些处理器不必遵守相同的规则。“你总是有一些cpu做一般的处理和编排数据在一个系统的运动,”迈克尔·弗兰克说的和系统架构师Arteris IP。“他们所做的一切,需要turing的和可编程的特点。但是你有一些专业的东西。硅的,这是最好的使用面积,因为现在你可以把任何你不需要的算法。”

其他大型微控制器市场包括汽车、空调、物联网,和医疗。盖茨RISC-V核心可能需要20000,所以为什么会有人担心试图进一步优化它,当它可能整个芯片可能数以百万计的盖茨吗?在某些情况下,成本是最关键的元素,这意味着最小的区域。对另一些人来说,这就是力量。去年几个月或几年的设备必须在一个电池,坐在那里什么也不做任何逻辑被视为垃圾必须被删除。

最小RISC-V
RISC-V基数很小。它包含了47个指令,每个人都有实现。相比之下,1503年为500 x86和手臂。它使用最简单的加载/存储体系结构,这意味着所有操作执行的内部寄存器,并且有专门的指令寄存器和内存之间传输。

“RISC-V始于一个简单的整数指令集,基本上,一个处理器的梗概,“说Arteris弗兰克。“对于它的必要性没有多少可以剔除。最简单的实现RISC-V处理器有32位整数。这是一个单片机在旧社会。我不明白为什么你想带这个进一步下降。伯克利分校的团队创造了一个好的分层和可扩展的架构。他们之前从他们所做的一切,通过构建一个变异的数量,和扩展集成到架构中,我总是看这个作为基本层而不是可以减少”。

在指令集,可以定义寄存器文件的大小。“RISC-V的一个非常好的方面是,你可以把它切下来,“治之”Davidmann说。“RISC-V试图做什么,作为一个组织,是帮助人们做事。例如,有E版本减少了寄存器的数量。它通常是32,但这个版本只定义了16。”

例如,SiFive最近讨论的实现RV32E可以配置为在13500年实现。ZERO-RISCY,核心开发作为纸浆节能计算平台的一部分,有一个两级管道实现消耗11600门。

规范还允许定义简单的控制器,不需要大量的逻辑围坐在核心。“他们试图让你甚至可以设计它没有特权模式的功能和控制/状态寄存器,所以你可以得到一个非常简单的控制器,“Davidmann说。“这还允许您使用标准的汇编程序,它仍然是一个RISC-V,但它不是要做你的浮点非常快。这只是一个非常小的控制器。”

其中的一些削减来自早期的工作标准。“剥离的原因可能有很多大设计获得小处理器将是有价值的,”说,阿施施Darbari, Axiomise创始人兼首席执行官。“已经有例子从公开可用的处理器。例如,ZERO-RISCY野山羊,从纸浆平台两个RISC-V核心集团RI5CY修剪下来的版本,后来cv32e40p。在这个特定的例子中,RI5CY有自定义指令不是标准RISC-V ISA的一部分。”

一个减少,似乎并没有在考虑涉及文字大小。“如果你减少大小,这个词你失去RISC-V处理器的功能和美丽,在那里你可以做地址计算,整数计算,一切都在同一个寄存器,在同一运算器,”弗兰克说。“很难保持砍伐RISC-V后是有用的东西。RISC-V的美妙之处在于有一个工具链,如果你开始切割东西你自己。”

一个具有讽刺意味的是,一个扩展可能产生的储蓄。“如果你有一堆处理器芯片上,每个人都可以优化或定制特定的任务,“说Zdeněk Přikryl,首席技术官Codasip。”可以是人工智能,它可以安全,它可以不管。我们使处理器被设计在一个高层体系结构描述语言,我们捕捉指令集,这可以称为架构视图,以及微体系结构视图,这基本上是ISA的实现。因为我们有这一个描述在一个高层建筑语言,我们能够生成编译器、汇编、反汇编器、仿真器、最后,RTL。”

这样的一个扩展是压缩指令集,这使代码空间较小。压缩指令允许您将两个指令为一个32位的字。这减少了所需的程序内存,即使它略微增加处理器的复杂性。一个声称是盖茨需要400来实现这个。这可能是由多内存减少的区域。其他试图这样做,比如手臂拇指格式,本质上是一个不同的指令集。

所以一个优化的核心并不总是意味着最小的。“我们有一个客户开始调查批准扩展RISC-V扩展,试图找到最好的权衡,“Codasip的Přikryl说。“他们从基线开始,然后添加的扩展和研究组合不同的扩展。他们不仅看性能,但也在大小和内存占用。关键的一件事是,处理器是一个系统的一部分,和你正试图优化系统。在本例中,它是重要的有高效的代码,因为当你实现一个子系统在硅、指令内存的能源和电力的主要消费者。我们设法减少代码大小的三倍,优化过程中。”

更改确实带来一些复杂的过程。“任何人都可以采取RISC-V并更改它,“Davidmann说。“他们可以添加一些他们喜欢的部分,并扔掉一些他们不喜欢。只要是根深蒂固的系统,没有人关心他们完成了什么。没有会看到它。这就是为什么,在一开始,没有人真正关心兼容性和合规”。

修改后的核心必须核实。“沿着这条路下去所面临的最大挑战是确定增量变化所做的整体功能的核心,以及确定三角洲是什么打算,“Axiomise的Darbari说。“这些都是甜蜜点正式的方法可以找到差异通过检查修剪下来的建筑遵循核心对formalISA组正式指定的建筑属性,应用正式验证RISC-V核心。”

结论
RISC-V ISA指定最小但完整的处理器架构,可以实现在不到20 k盖茨。标准的考虑,在某些情况下只需要最低限度的核心和变化和扩展定义,使其适应等问题代码大小。扩展可能产生更优的核心,不仅完成工作得更快,但可能会减少大小,权力或其他方面是重要的在一个特定的应用程序。

约翰·利德的话说,后来适应了林肯总统,“你可以请一些人所有的时间,你可以请所有的人的一些时间,但你不可能讨好所有的人所有的时间。”

RISC-V国际做了一个很好的工作让大多数人满意的。

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7评论

TMS-EE 说:

我的第一份工作在1984年在TI的8位微TMS7000与同事在日本。在同一部门ppl发展中16和32位局域网和DSP芯片职责。我的老板说,“不要轻视这是公司的面包和黄油和一天甚至你lightswitch会有微”。
我们可能感到兴奋大英特尔、英伟达和AMD芯片,但忽视圣的重要性,TI和其他BoM。(我也在汽车电子工作)。

猜测未来的半晶圆厂像英飞凌,NXP等,是增长和供应的零部件的专业公司仍在继续。现在,更多的发展这样的低能部分是至关重要的。它甚至可以是一个很好的技能为未来建筑师之前做的一个小角色在大的筹码。
我告诉年轻的工程师,詹森说,需要一个3000人的团队3年开发一个新的GPU。Lex弗里德曼可能会采访一些有趣的芯片架构师但是技术产业未能发展人才而臭名昭著。即使是台积电首席执行官表示,美国不能赶上没有更多的人做博士学位。
我目前看到的争论RISC-V HPC和手臂服务器市场的成长,但我想更多关于技术人员应对的机会的机会在新兴技术在许多领域行业。开发技能的一个很好的机会将躺在被忽略太久的问题。
我着迷的发展大硅量子等任何人,但是我想看到人才成长为对半导体行业的重要性的态度已经改变了。
最后,超过35年之后,我lightswitch仍没有远程控制!

说:

“RISC-V基数很小。它包含了47个指令,每个人都有实现。相比之下,1503年为500 x86和手臂。”

这是不正确的,因为我们讨论的是微小的微控制器,与Cortex-M0比较应该,有56个指令和大约12 k盖茨。

布莱恩•贝利 说:

仅供拇指指令,但你是对的,一个最小的控制器可能不会担心这些限制。

美国Meirowsky 说:

你被错误地声称最低欺骗读者的手臂需要执行500条指令。因为你是比较最低RISC-V,那么您需要状态所需的最小实现手臂Cortex-M0或M0 +。请解决这篇文章!

布莱恩•贝利 说:

你是正确的,只有拇指处理器,如Cortex-M0较小,可能适用于许多控制器应用程序。然而,然后有限制,比如地址偏移量有限,缺乏一定的控制寄存器,防止许多操作系统运行。一旦你消除这些限制你需要完整的Arm指令集大约500指令。

安德鲁 说:

RISC-V服务处理器很小和SoC的版本应该是很快就通过谷歌的”项目。任何讨论有限大小的处理器应该调查服务。

卡尔·史蒂文斯 说:

底层的是RISC V的目的是在组装程序。

然而,在现实世界中使用编译语言和每一个小变化有可能影响编译器,要小心。

还记得每一个负载或存储访问内存——需要时间除了处理器执行时间。

那又怎样?首先,芯片嵌入可以分配的内存块,而不是一块共享内存。看看速度!

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