RISC-V 內(nèi)核開始出現(xiàn)在異構(gòu) SoC 和封裝中，從一次性獨立設(shè)計轉(zhuǎn)向主流應(yīng)用，在主流應(yīng)用中它們被用于從加速器和額外處理內(nèi)核到安全應(yīng)用的一切事物。

這些變化微妙但意義重大。他們指出，越來越多的人接受基于開源指令集架構(gòu)的芯片或小芯片可以與 Arm、Synopsys (ARC) 和 Cadence (Tensilica Xtensa) 等經(jīng)過硅驗證的內(nèi)核相結(jié)合，以創(chuàng)建相對便宜的和靈活的定制選項。雖然 RISC-V 尚未在獨立應(yīng)用程序中取得進展，但 Ventana Micro Systems 等公司正在試水基于 RISC-V 的高性能計算芯片，用于數(shù)據(jù)中心。

RISC-V 不太可能很快取代現(xiàn)有的芯片架構(gòu)，但隨著它從單片、單一供應(yīng)商 SoC 轉(zhuǎn)向異構(gòu)、多芯片先進封裝，它肯定會引起硬件設(shè)計界的極大關(guān)注。根據(jù) Semico Research 最近的一份報告，到 2027 年，RISC-V IP 預(yù)計將以 34.9% 的復(fù)合年增長率增長，而半導(dǎo)體 IP 的增長率為 9%。

根據(jù) RISC-V International 的數(shù)據(jù)，還有 70 個國家的 3,180 多個 RISC-V 成員，包括 94 家芯片公司和 4 家系統(tǒng)公司。隨著政府機構(gòu)要求削減開發(fā)成本和時間的壓力越來越大，這個市場顯然值得關(guān)注。

“這看起來又很像 ASIC 模型，”瑞薩電子執(zhí)行副總裁 Sailesh Chittipeddi 說?！暗辉偈?CPU 為每個工作負載執(zhí)行 X、Y 和 Z 功能，而沒有與之相關(guān)的開銷。相反，所有這些公司都更加垂直化，以推動他們需要的解決方案，無論是人工智能還是系統(tǒng)級的其他一些東西。這就是為什么我們看到越來越多的 CAD 公司越來越多地涉足系統(tǒng)級支持和系統(tǒng)級設(shè)計?，F(xiàn)在您可以更深入地進入每個領(lǐng)域。更廣泛地說，我們發(fā)現(xiàn)行業(yè)正在發(fā)生系統(tǒng)性變化，并轉(zhuǎn)向提供解決方案?！?/p>

RISC-V 正在成為這些異構(gòu)解決方案中不可或缺的組成部分，它之所以受到關(guān)注主要有兩個原因。首先，開源的 ISA 允許它相對簡單地定制，盡管對于關(guān)鍵應(yīng)用它仍然需要使用商業(yè) EDA 工具進行驗證和測試。其次，一旦設(shè)計完成就無需支付版稅，因此對于擁有經(jīng)驗豐富的處理器工程師的設(shè)計團隊而言，RISC-V 內(nèi)核可用于創(chuàng)建客戶或特定應(yīng)用的設(shè)計而無需支付版稅。

簡而言之，雖然只有一個標準 ISA，但有許多可能的實現(xiàn)。“這類似于以太網(wǎng)，”RISC-V 基金會首席執(zhí)行官 Calista Redmond 說。“有一個標準，但不僅僅是一個供應(yīng)商。不同之處在于 RISC-V 采用模塊化方法。有 47 條指令的基本集，您可以添加針對不同工作負載所需的任何擴展。還有一個廣泛的路線圖，其中包含 81 個不同工作組的不同部分，這些部分將得到批準和驗證，以滿足安全和安全標準。

不過，重點是經(jīng)驗豐富的工程技能。例如，與 Arm 內(nèi)核不同，集成 RISC-V 并不簡單。任何 RISC-V 實現(xiàn)都需要在用例、最終應(yīng)用程序、物理鄰近范圍內(nèi)的其他組件以及這些組件如何影響其他組件的上下文中進行全面表征。連接性以及該連接性對其他組件的潛在影響需要在所有已知或預(yù)期條件下得到充分理解和充分表征。

“在任何給定的時刻，你都可以為你現(xiàn)在正在開發(fā)的芯片盡可能地解決它，” Synopsys研究員 Rob Aitken 說?！跋乱淮?，你將擁有新的 CPU 和更新的外部世界帶寬，并且可能在每個人都開始采用 UCIe 的情況下。但是您仍然必須返回到您的整體芯片或系統(tǒng)架構(gòu)，并確定您想要完成的是什么。你有某種計算系統(tǒng)，某處有內(nèi)存，還有不同種類的 GPU 或加速器。然后是如何讓 PowerPoint 中所有這些彩色方框相互通信的問題，因為在某些時候，當(dāng)你實際將它們連接在一起時，你可能會發(fā)現(xiàn)這個巨大的瓶頸，你必須想辦法解決這個問題?！?/p>

走向異構(gòu)

這是異構(gòu)設(shè)計的挑戰(zhàn)，因為并非 SoC 中的所有模塊或高級封裝中的芯片/小芯片都是由同一個工程團隊開發(fā)的。在許多情況下，它們甚至不是在同一個國家開發(fā)的。從集成的角度來看，組件越多，這一切就變得越復(fù)雜。

Imperas Software總裁兼首席執(zhí)行官 Simon Davidmann 表示：“轉(zhuǎn)向 RISC-V 的其中一個讓人們感到驚訝的事情是創(chuàng)新的自由?！?“我們有客戶在網(wǎng)絡(luò)上花費大量時間來節(jié)省芯片。這完全是關(guān)于芯片如何相互通信，網(wǎng)絡(luò)是什么樣子，通信是什么樣子的。他們必須驗證和驗證所有這些，不僅要從功能的角度，還要從性能的角度。我們都在同一個核心上，但不同的是互連和事物的溝通方式。RISC-V 使您能夠購買一個內(nèi)核，對其進行配置，放下一千個或一百個內(nèi)核，添加矢量引擎，然后通過您擁有的網(wǎng)絡(luò)和上面的軟件讓自己脫穎而出。”

其他人同意?！霸?MCU 領(lǐng)域，所有這些公司都在開展專有課程，在那里您擁有可以提供給客戶的硬件和軟件——完整的解決方案，”Renesas 的 Chittipeddi 說?！叭缓蟪霈F(xiàn)了 Arm，它創(chuàng)造了一個我們擁有靈活軟件包和 Arm 內(nèi)核的環(huán)境?，F(xiàn)在有 RISC-V。我們比其他公司稍早抓住了這股浪潮，所以當(dāng)人們在做測試芯片時，我們推出了針對電機控制應(yīng)用優(yōu)化的產(chǎn)品。今年我們?yōu)檎Z音應(yīng)用程序優(yōu)化了 RISC-V。我們也可以將該概念擴展到其他領(lǐng)域。MCU 端和 MPU 端發(fā)生的轉(zhuǎn)變意義重大，RISC-V 幫助我們的汽車業(yè)務(wù)迅速效仿?！?/p>

但是，在 RISC-V 的優(yōu)勢越來越明顯的同時，潛在的問題也越來越明顯。Davidmann 表示，質(zhì)量和驗證對于 RISC-V 社區(qū)來說是巨大的挑戰(zhàn)，他們通常無法承受與一些較大的處理器公司相同數(shù)量的驗證周期。他說：“我們必須共同努力并協(xié)作構(gòu)建應(yīng)用程序生態(tài)系統(tǒng)，因為內(nèi)核的質(zhì)量將成為未來的一大挑戰(zhàn)?！?/p>

安全

安全性是生態(tài)系統(tǒng)中的增長領(lǐng)域之一，既用于開發(fā)工具和加密核心，也用于芯片本身的安全性。

Codasip首席營銷官 Rupert Baines認為，包含 RISC-V 的芯片在安全性方面具有明顯優(yōu)勢，部分原因是它基于開源代碼?！叭藗兏訌娬{(diào)'陽光是最好的消毒劑'，因此更加強調(diào)觀察、檢查和觀察事物，”他說。最終，安全性取決于架構(gòu)的實現(xiàn)方式?！坝行┫到y(tǒng)會非常糟糕，有些系統(tǒng)會非常非常好?！?/p>

Codasip 最近收購了Cerberus Security Labs。Baines 表示，Codasip 正在將 Cerberus 的 IP 集成到 Codasip 產(chǎn)品中，以便客戶可以快速創(chuàng)建安全的 RISC-V 處理器設(shè)計。

RISC-V 還可以作為安全解決方案的可定制核心。例如，Rambus 幾年前為政府和軍事應(yīng)用開發(fā)了一種可編程的信任根防篡改內(nèi)核，其中包括 AES、RSA 和 ECC 加密加速器內(nèi)核以及一個真正的隨機數(shù)生成器。

Riscure同樣開發(fā)了專門的模擬器來模擬使用 RISC-V 的安全屬性。

Riscure 董事總經(jīng)理 Maarten Bron 表示：“它展示了芯片中硬件與軟件對抗措施的功效，以及硬件對抗措施實際上如何將軟件對抗措施的有效性提高 10 倍。”

后續(xù)步驟

RISC-V 顯而易見的是，整個生態(tài)系統(tǒng)正在快速發(fā)展。EDA 供應(yīng)商競相圍繞 RISC-V 定位他們的工具。

例證：Siemens EDA 推出了基于 RISC-V 工作組標準的調(diào)試工具，該標準目前處于第二次修訂中?！昂芏嘣O(shè)計不僅僅是 RISC-V，”西門子 EDA的 Tessent 產(chǎn)品經(jīng)理 Peter Shields 說. “理解復(fù)雜系統(tǒng)中的程序行為是一項巨大的挑戰(zhàn)。停止內(nèi)核來調(diào)試軟件通常是非常不切實際的。在實時系統(tǒng)的上下文中尤其如此，當(dāng)核心停止時，系統(tǒng)的性質(zhì)不會等待。因此，需要的是一種全速觀察程序行為的非侵入式方法。這使您能夠準確地查看軟件在系統(tǒng)中的執(zhí)行方式以及它如何響應(yīng)實時事件。處理器跟蹤為您提供了在不停止內(nèi)核的情況下絕對捕獲已執(zhí)行指令序列的能力。”

其他挑戰(zhàn)與 RISC-V 關(guān)系不大，而與使用較小節(jié)點的現(xiàn)實情況有關(guān)?！爱?dāng)我們轉(zhuǎn)向更小的節(jié)點時，會出現(xiàn)所有這些擴展問題和挑戰(zhàn)，”戴維曼說。“這是構(gòu)建這些東西并將其放在設(shè)備上的物理機制。我們剛剛開始在 SoC 級別與其他一些公司合作，如果我們達到系統(tǒng)級別，那將是一個漫長而緩慢的過程。”

進軍數(shù)據(jù)中心和汽車應(yīng)用將為提高 RISC-V 設(shè)計的可靠性帶來更大的壓力。意大利博洛尼亞大學(xué)和摩德納大學(xué)以及蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院的研究人員開發(fā)了一種基于 RISC-V 的開源 SoC，能夠以超低功耗運行 Linux。西班牙巴塞羅那超級計算中心的研究人員最近也推出了一款集成了RISC-V矢量擴展的矢量處理加速引擎。

這些項目相對于現(xiàn)有處理器的表現(xiàn)如何還有待觀察，但此舉說明了 RISC-V 生態(tài)系統(tǒng)的增長和雄心。

結(jié)論

盡管 RISC-V 不太可能很快取代現(xiàn)有的芯片架構(gòu)，但 RISC-V 內(nèi)核在異構(gòu) SoC 和封裝中的增長表明這種開源指令集架構(gòu)正變得越來越主流。RISC-V 的優(yōu)勢包括定制和再定制的能力，以及設(shè)計完成后無需支付版稅的事實。此外，由于大量公司和工程師在開源代碼上進行合作，它可以提供安全優(yōu)勢。

同時，RISC-V集成并不簡單，需要更多的應(yīng)用來管理核心質(zhì)量和驗證。隨著這個快速發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)的成熟，它肯定會展現(xiàn)出新的優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。

編輯：黃飛

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