在SoC設計中采用多核和RISC-V架構

由 RISC-V International 管理的 RISC-V 指令集架構 （ISA） 的興起正值半導體行業(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(chē)工業(yè)，甚至太空探索。

這些創(chuàng )新產(chǎn)品設計的到來(lái)與新的 ISA 在 SoC 設計人員中越來(lái)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 在當今技術(shù)爆炸的不斷發(fā)展環(huán)境中，為設計人員的新產(chǎn)品設計提供了更廣泛的 CPU、NPU 和 IP 內核選項，從而脫穎而出。

1. 該圖顯示了到 2030 年數十億個(gè) RISC-V SoC 單元的出貨量。什么是 RISC-V？

RISC-V 是一種開(kāi)源 ISA，代表了微處理器和 SoC 設計和開(kāi)發(fā)的重大轉變。RISC-V 可供任何個(gè)人或公司免費獲取、修改和分發(fā)，使其成為一個(gè)有吸引力的選擇。

其設計理念強調簡(jiǎn)單性和效率，使用更少的指令集，可以更快地執行并消耗更少的功率。這種開(kāi)放性和靈活性促進(jìn)了創(chuàng )新和協(xié)作，因為公司和開(kāi)發(fā)人員可以根據其特定需求構建可定制的處理器，而無(wú)需支付與專(zhuān)有 ISA 相關(guān)的許可費用和限制。

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(fǎng)問(wèn)。這創(chuàng )造了一個(gè)封閉的環(huán)境，使公司成為半導體行業(yè)的主導力量。這種控制還允許 Arm 通過(guò)使用其技術(shù)的制造商收取許可費來(lái)產(chǎn)生收入，同時(shí)保護其專(zhuān)有設計和創(chuàng )新免受未經(jīng)授權的使用或修改。

RISC-V 開(kāi)放模型優(yōu)勢

如今，多核 SoC 設計環(huán)境已經(jīng)從同構轉變?yōu)楫悩?，任何給定芯片上都出現了多個(gè) ISA。它為設計人員提供了一個(gè)考慮和評估競爭性 ISA 和供應商的機會(huì )。在這種環(huán)境中，CPU 內核現在執行一系列任務(wù)，這不需要這些內核都來(lái)自同一個(gè) IP 供應商。

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

SHD 集團2. RISC-V 在各種功能中繼續受到關(guān)注。

有趣的是，隨著(zhù) IP 供應商將更強大、更高性能的 RISC-V CPU 內核引入市場(chǎng)，“Apps Processor”的功能越來(lái)越受歡迎。這表明市場(chǎng)上正在進(jìn)行高度的持續創(chuàng )新，以響應市場(chǎng)對更多功能日益增長(cháng)的需求。RISC-V CPU IP 供應商之間的競爭非常激烈，并孕育了創(chuàng )新。

與專(zhuān)有架構相比，RISC-V ISA 是公開(kāi)可用的，RISC-V 標準由 RISC-V International 發(fā)展和管理。通過(guò)多公司 RISC-V 成員委員會(huì )的協(xié)作創(chuàng )建了對核心 ISA 的擴展，然后可以根據供應商和市場(chǎng)需求進(jìn)行定制。

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

RISC-V 的開(kāi)放模型標志著(zhù)行業(yè)的重大轉變，使公司首次能夠采用 ISA，而不受任何單一供應商的限制。即使是根據 RISC-V 標準開(kāi)發(fā)的軟件也可以在不同制造商的設備上執行。這種互作性促進(jìn)了競爭環(huán)境并刺激了創(chuàng )新，同時(shí)也降低了公司的風(fēng)險和費用。

為靈活的 RISC-V ISA 提供多公司支持

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

此外，RISC-V International 擁有 80 多個(gè)活躍的委員會(huì )，通過(guò)啟用多公司流程以標準方式發(fā)展 ISA，繼續專(zhuān)注于增強 ISA。這種集體努力導致了 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(hù)提供更多選擇。

對統一 RISC-V 生態(tài)系統的支持正在增長(cháng)并得到很好的充實(shí)，現在有多家公司提供解決方案。它包含廣泛的技術(shù)和組件，支持從硬件設計到軟件開(kāi)發(fā)的所有內容。

例如，SoC 設計人員設計工作所需的更多構建模塊現在已經(jīng)到位，并且來(lái)自多個(gè)來(lái)源。此外，如果一個(gè)團隊在其設計工作的特定領(lǐng)域需要支持，它現在很可能就在那里。因此，它增強了設計界對 RISC-V 技術(shù)的信心。

半導體設計社區的更多選擇

現在是進(jìn)入半導體行業(yè)的好時(shí)機，因為不斷創(chuàng )新會(huì )催生更新、更強大的應用和芯片解決方案。RISC-V 通過(guò)提供更多設計選擇、鼓勵競爭和促進(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 與半導體設計界和整個(gè)市場(chǎng)的相關(guān)性越來(lái)越大。這種環(huán)境確保 SoC 設計人員可以從廣泛的解決方案中自由選擇，從而能夠構建更先進(jìn)的系統。