- RISC-V处理器与片上系统设计:基于FPGA与云平台的实验教程
- 陈宏铭 程玉华编著
- 2805字
- 2021-02-26 16:39:14
1.2 RISC-Ⅴ基金会成长的历史
RISC-Ⅴ是通过开放合作实现的一个自由、开放的处理器指令集。Kreste Asanović教授等人将RISC-Ⅴ指令集捐赠给2015年成立的非营利RISC-Ⅴ基金会并由其维护。RISC-Ⅴ基金会是一个大联盟,不是SiFive或任何一家公司所独有,很多公司都加入该基金会并扮演重要的角色,致力于开发和推动RISC-Ⅴ指令集的发展。RISC-Ⅴ是一个开放的标准化指令集架构,这也是大家对它感兴趣的原因。基金会主要着力开发RISC-Ⅴ指令集和相关的软硬件生态系统开发,帮助扩展RISC-Ⅴ技术的影响力,吸引了包括英伟达、恩智浦、三星、Microsemi等知名企业作为第一批会员加入,同时也吸引了大量业内领先的研究机构、硬件厂商、软件厂商,包括如谷歌、高通、Rambus、美光、IBM、格罗方德半导体和西门子等行业巨头。
1.2.1 RISC-Ⅴ基金会的成员介绍
RISC-Ⅴ基金会负责维护RISC-Ⅴ指令集标准手册与架构文档,RISC-Ⅴ基金会每年都会举办各种专题讨论会和全球活动。图1-3所示是RISC-Ⅴ基金会的会员发展情况,从2015年9月基金会成立到2019年12月底,RISC-Ⅴ基金会成员已经超过435个,从成长的趋势来看,每年增长的速度相当快,而且会员的数量还在不断增加。会员按不同领域来分,有24家行业企业、32所学校与研究机构、25家软件公司、9家存储公司、31家代工厂与设计服务公司、44家芯片设计公司,还有200多个独立的开发者与倡导者。这些会员来自全球28个国家和地区,涵盖人口比例占全球52%,而且使用的人数不断增长,这说明RISC-Ⅴ处理器有广泛的市场需求,其发展的动力也很大。
图1-3 RISC-Ⅴ基金会会员发展情况
RISC-Ⅴ基金会成员分为白金会员、金牌会员、银牌会员及其他组织和个人。目前基金会拥有白金会员21家,金牌会员25家,银牌会员119家,不需要缴纳任何费用的组织25家。金牌会员可以进入技术或市场委员会(Committee)和技术任务组(Task Group)。白金会员除了覆盖金牌会员拥有的所有权利,还可以参选董事会席位。成为会员就可以融入这个生态系统,这里有发声的渠道,在技术上有发言权,可以主动推动技术革新。为了达到这个目的,需要有很强的技术实力。
指令集规范和处理器实现是两个不同层次的概念,需要区分开来。指令集是规范标准,往往用几页纸就可以描述,而处理器实现是基于指令集规范完成的源代码。RISC-Ⅴ指令集适用于所有类型的计算系统,代码兼容从低端微控制器到高端超级计算机,让所有应用都能够使用相同的指令集。RISC-Ⅴ不是一家公司,也不是一个具体的已实现好的CPU,而是一套基于BSD协议许可开源、开放和免费的指令集架构,这与x86和ARM指令集有本质不同。根据许可免费获得后创建衍生作品并将其保留为专有,不必分享任何人。
RISC-Ⅴ不仅可以用来做开源处理器,也可以做商用处理器,也就是说具体的处理器实现不都是开源免费的,像SiFive的同类公司都开发并实现了自己的商用处理器设计。就像是做饼干,要制作可口的饼干,需要掌握将饼干做好的配方。业界诸多RISC-Ⅴ处理器公司所提供的商业IP,就像是既掌握制作美味饼干的专有配方的人,又能提供已经做好的饼干给消费者。
图1-4所示为RISC-Ⅴ基金会里的公司与研究机构分类,这里的部分信息来自RISC-Ⅴ基金会报告。左上是IP/芯片/芯片代工厂/设计服务公司,中上是国际的研究机构,中下是开发工具链与云端平台,右下是使用RISC-Ⅴ技术的用户与公司,包括美光、联发科、高通、三星等。几乎全球所有主要半导体公司都已经是RISC-Ⅴ的成员,国外有谷歌、Amazon、微软、西部数据,国内有华为、ZTE、阿里巴巴。RISC-Ⅴ的生态系统很强大,说明开源、可拓展指令集能够应用于所有计算设备的应用,而且RISC-Ⅴ的生态不断壮大及成熟,我们还需要更多公司跟研究单位加入RISC-Ⅴ的生态一起成长。
图1-4 RISC-Ⅴ基金会里的公司与研究机构分类(由上海赛昉科技整理)
图1-5所示为中国RISC-Ⅴ基金会机构型成员,RISC-Ⅴ基金会的资料中,来自大中华地区的企业、研究机构及高校的数量为36家,占整体同类数量的20%。如阿里巴巴、全志科技、华米科技、中科院计算所、中科院软件研究所与清华大学等单位正在进行RISC-Ⅴ的技术研究,也有开发车载ADAS与人工智能等应用的企业。每天都有新的企业或学术单位参与RISC-Ⅴ的开发,他们以不同的角度来参与RISC-Ⅴ社区,不只是利用开源内核来设计自己的芯片,未来还能够贡献智慧到RISC-Ⅴ的生态里。
图1-5 中国RISC-Ⅴ基金会机构型成员
1.2.2 RISC-Ⅴ基金会推动20个重点领域的技术
RISC-Ⅴ基金会在组织架构上有程序委员会、市场委员会、董事会(内设一个中国顾问委员会处理中国相关事务)和特别委员会等,还有各种委员会与技术任务组,基金会批准的3个委员会,安全标准委员会(Security Standing Committee)负责推动RISC-Ⅴ成为安全社区的理想方案,软件标准委员会(Software Standing Committee)致力于构建RISC-Ⅴ软件生态,标准化软件接口。17个技术任务组则囊括了基本指令集、扩展指令集、调试标准、快速中断、形式定义、存储器模型、Trace标准与特权等级等各种技术方向。
RISC-Ⅴ目前关注的20个重点领域如图1-6所示,任何公司或个人都可以自荐作为里面某个任务组的主席,或是成为里面的一员。RISC-Ⅴ基金会全职员工只有3人,所有的工作都是会员的无偿奉献。基金会已经完成很多工作,把RISC-Ⅴ的热度提升到一个新的水平,但是未来还需要更多国内的公司加入基金会,成为会员并参与制定新的标准。要参与到RISC-Ⅴ的生态建设中先要成为会员,还要投入相当大的研发精力和研发力度,才能进入委员会或技术任务组,为RISC-Ⅴ技术贡献力量,推动RISC-Ⅴ的生态建设。
图1-6 RISC-Ⅴ目前关注的20个重点领域
1.2.3 RISC-Ⅴ基金会标准制定过程及工作群组机制
指令集扩展的规则是利用社区的方式来讨论,由RISC-Ⅴ基金会成员提案,董事会公开讨论后制定标准。现在RISC-Ⅴ基金会董事会由Bluespec、Google、Microsemi、NVIDIA、NXP、UC Berkeley和Western Digital这7家单位代表组成。现任董事会主席是伯克利教授Krste Asanović。
每个技术任务组都由业界知名人士来主导,任何人都可以成为任务组里面的一员。我们从17个任务组里挑出8个重点的任务组,如图1-7所示,SiFive公司在各个任务组里面具有重要的地位。任务组里的某个成员提出有用的建议,并说明这个建议的优点后,由任务组里的公司或个人进行讨论,随后在RISC-Ⅴ正式会议内公开讨论。依据社区讨论情况,可能需要两到四年来完善并形成最终标准。我们鼓励国内的公司能够提出自己有价值的想法并参与其中。
图1-7 8个任务组的主要参与公司
1.2.4 RISC-Ⅴ国际协会的诞生
RISC-Ⅴ基金会总部从美国迁往瑞士,并于2020年3月9日完成在瑞士的注册。这个行动向全世界传达RISC-Ⅴ坚持开放自由、为全球半导体行业服务的理念。同时,RISC-Ⅴ基金会更名为RISC-Ⅴ国际协会(RISC-Ⅴ International Association)。RISC-Ⅴ国际协会希望通过总部的搬迁,能够更好地满足RISC-Ⅴ发展的需求,以及为全球不同地区的会员提供多元服务和维护权益。
RISC-Ⅴ国际协会迁到瑞士后,在组织管理上有所改变,会员主要包括首要成员(Premier Member)、战略成员(Strategic Member)和社区成员(Community Member)三种。首要成员对应白金会员,可以有董事会席位及技术委员会席位。上海赛昉科技作为首要成员之一,日益发挥着举足轻重的作用。战略成员对应基金会金牌和银牌两类会员,所拥有的权利包括选举在董事会的代表、领导工作组和委员会。社区成员对应此前不需要缴费的两类会员。前两种会员有资格深入参与RISC-Ⅴ国际协会。