RISC-V：SoC的开放标准

RISC-V

正如Linux已成为大多数计算设备的标准操作系统一样，伯克利研究人员设想RISC-V成为所有计算设备的标准ISA。
片上系统（SoC），其中处理器和高速缓存是芯片的一小部分，正变得无处不在。因此，如今更多的公司正在生产包含处理器的芯片，而不是过去。鉴于行业已经被开放标准和开源软件（如TCP / IP和Linux）彻底改变，为什么最重要的接口之一是专有的？

虽然由于历史或商业原因，指令集架构（ISA）可能是专有的，但缺乏免费，开放的ISA没有良好的技术原因。

这不是遗漏的错误。拥有成功的ISA，如ARM，IBM，英特尔和MIPS的公司拥有针对其ISA的怪癖的专利，这可以防止其他人在没有学术界和许多小公司无法承受的许可的情况下使用它们。甚至IBM的OpenPower也是一个矛盾的说法; 您必须向IBM支付使用其ISA的费用。

ARM许可证甚至不允许您设计ARM内核; 你只需要使用它的设计。（只有大约10家大公司拥有许可证，允许他们设计自定义版本的ARM内核。）虽然业务良好，但许可证通过阻止许多人设计和共享其ISA兼容内核来扼杀竞争和创新。

也不是因为这些公司进行了大部分的软件开发。尽管软件生态系统的价值在流行的ISA中不断增长，但外部人员几乎构建了所有软件。

公司也不具备设计合格ISA所需的经验。虽然这是很多工作，但今天许多人都可以设计ISA。

最受欢迎的ISA也不是很棒的ISA。ARM和80x86不被视为ISA样本。

设计ISA的公司也不能验证它们。很久以前，开放组织开发了确保与硬件标准兼容的机制，例如浮点单元（IEEE 754），网络芯片和交换机（以太网）以及I / O总线（PCIe）。如果不是这样的组织，开放的IT标准就不那么受欢迎了。

最后，专有的ISA不能保证持久。如果一家公司去世，它需要它的ISA。数字设备的消亡也终止了Alpha和VAX ISA。请注意，ISA实际上是一个接口规范，而不是实现。

有三种类型的ISA实现：

私有封闭源，类似于Apple iOS
许可的开源，如Wind River VxWorks
用户可以更改和共享的免费开源，如Linux
实际上专有的ISA允许前两种类型的内核，但是你需要一个免费的开放式ISA来启用这三种内核。

我们得出结论，该行业将从可行的，自由开放的ISA中受益，就像它从软件堆栈的自由开放版本中受益一样。例如，它将实现一个真正的，免费的，开放的处理器设计市场，这些专利在ISA问题上是可以预防的。这可能导致：

通过来自更多设计师的自由市场竞争实现更大的创新，包括ISA的开放式实施和专有实施。

共享的，开放的核心设计，这将意味着更短的上市时间，更低的成本，重复使用，更少的错误给予更多的眼球，以及透明度，这将使政府机构难以添加秘密陷阱门。

适用于更多设备的经济型处理器，有助于扩展物联网，其目标成本仅为1美元。

我来回答

回答2个

时间排序

认可量排序

lfpp

0个粉丝

问答

专栏

资料

lfpp 2018-10-11 10:46:51

认可0 回复引用举报

本帖最后由 lfpp 于 2018-10-11 10:49 编辑

对于一个被开源社区所接受的ISA，我们认为它需要一个经过验证的商业记录。那么，第一个问题是：哪种ISA有成功的历史？

30年来，没有成功的堆栈ISA。除了DSP市场的部分，VLIW已经失败：尽管惠普和英特尔投入了数十亿美元，但Multiflow却大跌眼镜。自从任何新的CISC ISA成功以来已经有几十年了。幸存的CISC从复杂的ISA转换为更易于执行的ISA，这对于制作有价值的遗留代码库非常有意义。

根据定义，新的ISA不会有任何遗留代码，因此翻译的额外硬件成本和能源成本很难证明：为什么不首先使用易于执行的ISA？RISC风格的加载存储ISA至少可以追溯到Seymour Cray的CDC 6600 50年。虽然80x86赢得了PC战争，但RISC在后PC时代的平板电脑和智能手机中占据主导地位。在2013年，超过100亿个基于ARM的SoC出货，相比之下，3亿个80x86芯片。

鉴于ISA可以存活数十年，我们预测未来的技术前景，看看哪些功能对于基于RISC的免费开放ISA可能很重要。三个平台可能占主导地位：物联网，个人移动设备和仓库规模计算机（WSC）。这个景观提出了四个关键要求：

Base-plus-extension ISA。为了满足SoC的需求，同时保持稳定的软件基础，免费，开放的ISA应该具备：
编译器和操作系统可以依赖的一小组核心指令
标准但可选的扩展，用于常见的ISA添加，以帮助定制应用程序的SoC
用于调用特定于应用程序的加速器的全新操作码的空间
这与今天的SoC实践一致，通常使用自定义应用程序特定的加速器。
紧凑的指令集编码。考虑到物联网的成本敏感性以及由此产生的对较小存储器的需求，较小的代码是合乎需要的。
四倍精度（QP）以及单精度和双精度浮点。今天在WSC中运行的一些应用程序处理如此大的数据集，以至于它们已经依赖于用于QP算法的软件库。
128位寻址以及32位和64位。物联网上节点的有限存储器大小意味着32位寻址在未来几十年内将是重要的，而64位寻址在任何更大的事实上都是事实上的标准。尽管WSC行业不需要2 128个字节，但在十年内，WSC可能需要超过2 个64字节（16 艾字节）才能解决所有固态非易失性存储问题。
要获得正确的细节需要数年时间，因此从现有的ISA开始而不是形成委员会并从头开始似乎更明智。RISC ISA往往相似，因此许多人可能是好人选。好消息是已经有三个开源RISC ISA：SPARC，OpenRISC和RISC-V。

只有RISC-V符合上述所有四项要求（见下表）。RISC-V也比年轻10到20年，因此我们可以从以前的RISC ISA中学习和修复错误 - 例如，SPARC和OpenRISC延迟分支 - 这就是RISC-V如此简单和干净的原因。此外，SPARC（V9）的64位地址版本是专有的，而OpenRISC可能已失去动力。

RISC-V超越了免费开放ISA的其他选项。（来源：伯克利）

RISC-V拥有充足的发展势头，迄今为止已有8个来自伯克利的芯片实施，以及印度，英国和美国的外部项目正在进行中。部分由于开源Chisel硬件设计系统，一个64位RISC-V内核的面积只有一半，功耗只有一半，并且比32位ARM内核更快，同样的流程在相同的流程中制造。

虽然很难放弃我们的偏见，但我们相信RISC-V是免费，开放的RISC ISA的最佳和最安全的选择。为了扩展这个免费，开放的ISA的社区，我们将提供研讨会并创建一个非盈利基金会来验证实施以及维护和发展RISC-V。

对于免费，开放的ISA而言，案例比对于免费的开放式操作系统更清晰。考虑到基本RISC思想的长久性，核心ISA很小并且不应该改变，而算法创新和新的应用程序需求迫使不断的OS演变。它也是一个接口标准，比实现更容易维护和发展。

虽然可能是RISC-V的第一个滩头阵地是物联网，但我们雄心勃勃的目标更为宏伟：正如Linux已经成为大多数计算设备的标准操作系统一样，我们设想RISC-V成为所有计算设备的标准ISA。

- KrsteAsanović 是加州大学伯克利分校ASPIRE实验室的教授和主任。David Patterson 是加州大学伯克利分校计算机科学的Pardee教授，也是第一个RISC微处理器的领导者。