RISC-V (výslovnost [ˌrisk ˈfaiv]; V je římská číslice 5) je otevřená instrukční sada z rodiny RISC. Je vyvíjena od roku 2010 na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Původně šlo o “tříměsíční projekt”, který měl vytvořit novou otevřenou instrukční sadu (architekturu) na základě existujících technologií a překonat tak omezení související s proprietárními architekturami, mezi něž patří:

• Patentová ochrana – vyšší náklady

• Provázanost mezi vlastnictvím architektury a návrhem procesorů – nemožnost změny dodavatele
• Složitost mnoha architektur – často zbytečná
• Architektura může zaniknout zároveň se společností, která ji vlastní – riziko v čase

Na rozdíl od starších projektů majících rovněž za cíl vytvářet procesory jako otevřený hardware (např. DLX a OpenRISC) je RISC-V navržen pro široké použití od vestavěných systémů přes mobilní telefony až po cloudové počítače, tedy s důrazem na výkon i na spotřebu.

Instrukční sada RISC-V je od počátku otevřená, nicméně velký komerční zájem vedl v roce 2015 k založení oficiální neziskové organizace RISC-V Foundation, jejímž cílem bylo podpořit počáteční přijetí RISC-V a dále tuto instrukční sadu udržovat a rozvíjet. Původní autoři a vlastníci se vzdali svých práv ve prospěch organizace. RISC-V Foundation měla 36 zakládajících členů a svými členy je nadále řízena. V roce 2020 došlo k transformaci na mezinárodní sdružení RISC-V International, které sídlí ve Švýcarsku a je zodpovědné za další vývoj architektury RISC-V^[1].

Softwarová podpora

Z operačních systémů ohlásilo podporu jako první FreeBSD. To podporuje RISC-V od verze 11.0 z října 2016.^[2] Začátkem dubna 2018 byl po zhruba roce příprav oficiálně založen port operačního systému-linuxové distribuce Debian na 64bitovou variantu RISC-V.^[3]

28. května 2024 oznámila firma Canonical verzi operačního systému Ubuntu pro jednodeskové počítače Milk-V Mars se čtyřjádrovými procesory RISC-V s jádry StarFive JH7110 až na 1,5 GHz, první výkonný procesor RISC-V s operační pamětí až 8GiB LPDDR4 a grafickým procesorem Imagination BXE-4–32.^[4][5][6][7]

Mezi další operační systémy, které podporují RISC-V, patří FreeRTOS^[8] a ThreadX.

Vlastnosti

Instrukční sada RISC-V má několik specifik. Předně nestanovuje žádnou konkrétní mikroarchitekturu ani licenční model, je vysoce modulární a díky podpoře RISC-V International nezávislá na konkrétním dodavateli.

Na rozdíl od podobných projektů, které se zaměřují na otevřený hardware, RISC-V stanoví pouze instrukční sadu (ISA); mikroarchitektura záleží na konkrétní implementaci a nemá žádná omezení daná standardem RISC-V.

Vývojáři procesorových jader založených na RISC-V si navíc mohou zvolit libovolný licenční model. Někteří používají komerční licence, jiní otevřené (viz dále).

Nejdůležitější vlastností instrukční sady RISC-V je však její univerzálnost. Tvůrci měli na paměti, že různé aplikace vyžadují různou složitost architektury, proto vytvořili vysoce modulární standard: Základní instrukční sada RISC-V je velmi minimalistická (pouze 49 instrukcí pro 32bitový procesor) a nabízí množství volitelných standardních rozšíření. Navíc je k dispozici dobře definovaná možnost vytvořit si vlastní, nestandardní instrukce podle potřeby.

Ukazuje se, že přidání vhodných vlastních instrukcí představuje velmi výhodnou cestu ke zvýšení výkonu procesoru^[9][10].

Implementace

Komerčně licencovaná jádra RISC-V

• Andes Technology Corporation nabízí několik různých sérií jader s volitelným rozšířením instrukční sady, včetně možností pro návrh vícejádrových systémů^[11]:
  • Série N(X) zahrnuje jak 32bitová jádra (N), tak i 64bitová (NX). Délka pipeline (zřetězené linky) je různá, od dvoustupňové u jádra N22 až po osmistupňovou u N45. Jádro NX27V podporuje vektorové rozšíření RISC-V neboli sadu “V”^[12].
  • Série D(X) nabízí jádra s instrukční sadou “P”, která podporuje operace SIMD, a na výběr jsou opět jádra 32bitová (D) i 64bitová (DX).
  • Série A(X) se zaměřuje na aplikační procesorová jádra s podporou Linuxu a délkou pipeline od pěti do osmi stupňů. Dále nabízí podporu operací s plovoucí desetinnou čárkou a jednotku pro správu paměti (MMU).
• Původem česká společnost Codasip s.r.o. (dnes součást skupiny Codasip GmbH) v lednu 2016 uvedla na trh historicky první komerční jádro založené na RISC-V (Codix)^[13] a dnes má v nabídce několik sérií vestavěných i aplikačních procesorových jader RISC-V. Jádra od Codasipu jsou navržena v proprietárním jazyce CodAL^[14] a firma je vyvíjí s pomocí patentované technologie a vlastního návrhového nástroje zvaného Codasip Studio.
  • Série L nabízí minimalistická 32bitová jádra s nízkou spotřebou, pipeline o délce tří nebo pěti stupňů a volitelným rozšířením pro operace s plovoucí desetinnou čárkou.
  • Série H nabízí 64bitová vestavěná jádra s vysokým výkonem. Volitelně je opět k dispozici rozšiřující sada pro operace s desetinnou čárkou.
  • Série A obsahuje 64bitová jádra, která podporují Linux a lze je rozšířit o instrukční sadu “P”. Jádra mají sedmistupňovou pipeline, podporu operací s desetinnou čárkou (FPU) a správu paměti (MMU). Verze jader rodiny A s příponou -MP navíc obsahují cache (vyrovnávací paměti) L1 a L2 a nabízejí podporu pro vícejádrový systém o maximálním počtu čtyř jader^[15].
  • Jádro uRISC-V, které je součástí nástroje Codasip Studio, slouží ke vzdělávacím a výukovým účelům^[16].

• Společnost SiFive začala prodávat v květnu 2017 jednodeskový počítač kompatibilní s Arduinem a postavený na RISC-V procesoru Freedom E310. Táž společnost oznámila v říjnu 2017 dokončení návrhu čtyřjádrového 64bitového procesoru U54-MC Coreplex, který je navržen pro taktovací kmitočet 1,5 GHz a na kterém bude možné spustit plnohodnotný desktopový operační systém, například Linux.^[17][18] V únoru 2018 tato společnost spustila prodej jednodeskového počítače HI-Five Unleashed.^[19] Společnost SiFive momentálně nabízí tři hlavní řady produktů:
  • Série E zahrnuje 32bitová vestavěná jádra s dvou- až osmistupňovou pipeline. Nejpokročilejší z této série je čtyřjádrový procesor E76-MC.
  • Série S zahrnuje 64bitová vestavěná jádra s dvou- až osmistupňovou pipeline. Nejpokročilejší z této série je S76-MC.
  • Série U představuje nabídku 64bitových aplikačních jader o délce pipeline 5–12 stupňů. Varianty U54 a U74 jsou k dispozici ve vícejádrové verzi.  Superskalární jádro U84 nabízí nejvyšší výkon z této série^[20].
  • Intelligence X280 je aplikační jádro odvozené ze série U, které navíc podporuje vektorové rozšíření „V“^[21].
  • Společnost SiFive oznámila výkonné jádro P870, které je podle společnosti o 50% vyšší výkon jednoho vlákna v SPECint2006. Jádry předchozí generace jsou jádra P650 a P670. Nové jádro umožňuje SoC procesory s maximálně až 32 CPU jádry.^[22]

Otevřená jádra RISC-V

• Kalifornská univerzita v Berkeley vyvinula řadu procesorových jader RISC-V s využitím jazyka Chisel:
  • 64bitové jádro Rocket^[23] vhodné pro kompaktní zařízení s nízkou spotřebou, jako je přenosná osobní elektronika.
  • 64bitové superskalární jádro Berkeley Out of Order Machine (BOOM)^[24] s instrukční sadou RV64GC, určené jak pro osobní počítače, tak i pro superpočítače a databázové servery.
  • Pět návrhů 32bitového procesoru Sodor^[25], které slouží primárně pro studentské projekty.
• PULPino (Riscy a Zero-Riscy), projekt Spolkové vysoké technické školy v Curychu / Boloňské univerzity^[26]. Jádra PULPino implementují jednoduchou instrukční sadu RV32IMC pro mikrokontroléry (Zero-Riscy) nebo výkonnější sadu RV32IMFC s rozšířením pro zpracování digitálního signálu (DSP).
• Společnost Western Digital vyvinula několik vlastních RISC-V jader pod názvem SweRV Cores a poskytla je volně pod otevřenou licencí prostřednictvím CHIPS Alliance. Komerční podporu těchto jader poskytuje ve spolupráci s Codasipem^[27]. Jádra SweRV cílí na výkonné vestavěné systémy a implementují základní sadu RV32IMC:
  • SweRV Core EH1 je dvouvláknové superskalární jádro s devítistupňovou pipeline.
  • SweRV Core EH2^[28] je superskalární jádro se dvěma hardwarovými vlákny a devítistupňovou pipeline.
  • SweRV Core EL2 je minimalistické jednovláknové jádro se čtyřstupňovou pipeline.

Počítače s procesory RISC-V

DeepComputing DC-ROMA II

Na podzim roku 2022 přišla hongkongská společnost DeepComputing s notebookem DC-ROMA, s procesorem typu SoC T-Head TH1520 se čtyřmi jádry Xuantie C910, který který byl určen zejména pro vývojáře a který se brzy vyprodal. Proto firma DeepComputing přišla s novým notebookem DC-ROMA II s osmijádrovým RISC-V procesorem typu SoC SpacemiT K1, s taktem CPU až 2 GHz, GPU podporuje standardy OpenGL ES 3.2, OpenCL 3.0, Vulkan 1.2, a VPU může operovat s grafickými standardy H.265, H.264, VP9 a VP8, při schopností kódování/dekódování do rozlišení 4K, s NPU AI Fusion Computing Engine (s výkonem 2 TOPS), s operační pamětí (RAM) až 16 GiB LPDDR4X, s úložištěm SSD o kapacitě 1 TB, s LCD s úhlopříčkou 14.1", který má rozlišení 1920 x 1080 pixelů. Počítač je také vybaven porty 2x USB type-C, 2x USB 3.0 type-A, microSD čtečku, sluchátkovým jackem a osmipinovým vývojářským konektorem. Dále je také vybaven bezdrátovými připojeními Wifi a Bluetooth. Pro přenos obrazu se místo konektoru HDMI používá USB type-C. Na tomto počítači je předinstalován operační systém Ubuntu 23.10^[29][30][31]

Sipeed LicheeBook4A

Parametry počítače LicheeBook4A jsou odvozeny od použitého SoM (System-On-Module), a ty jsou následující. CPU je čtyřjádro Alibaba T-Head RISC-V Xuantie C910 na frekvenci 2.5 GHz, GPU je Imagination Technologies BXM-4-64 (s podporou OpenGL ES 3.0/3.1/3.2, OpenCL 1.1/1.2/2.0, Vulkan 1.1/1.2), dále NPU s výkonem 4 TOPS, dále VPU. Použité paměti jsou RAM 8 GiB nebo 16 GiB, a SSD 32 GB nebo 128 GB, LCD 14.1" s rozlišením 1920 x 1080 pixelů. Počítač je také vybaven porty 1x USB 3.0 type-A, 1x USB 3.0 type-C a 1x USB 2.0 type-A. Dále je také vybaven bezdrátovými připojeními Wifi a Bluetooth. Operační systém je Linux. Hmotnost notebooku je 1,3 kg^[29]

Historie

Reakce konkurence RISC-V

Holding ARM, významný designér procesorů a software, spustil v červenci 2018 PR kampaň mířící proti architektuře RISC-V; ta se snaží v pěti bodech potenciálním zákazníkům vysvětlit, jak riskantní volbou je pro ně RISC-V oproti ARMu.^[32]

Reakce ze strany RISC-V

Vícero významných výrobců čipů aktuálně ohlásilo iniciativu, jejímž cílem je podpora prosazení procesorové architektury RISC-V. Za novou iniciativou jsou spoločnosti Robert Bosch, Infineon Technologies, Nordic Semiconductor, NXP Semiconductors a Qualcomm.^[33]

Odkazy

Reference

Externí odkazy

• Obrázky, zvuky či videa k tématu RISC-V na Wikimedia Commons
• (anglicky) Oficiální stránka projektu
• (anglicky) Supported platforms | seL4 docs. docs.sel4.systems [online]. [cit. 2024-05-14]. Dostupné online.  - Podporované platformy RISC-V pro systém seL4, včetně verifikovaného
• (slovensky) DSL.sk - Po ARM notebookoch prichádza aj výkonnejší RISC-V notebook. DSL.sk [online]. [cit. 2024-06-13]. Dostupné online. 
• (slovensky) DSL.sk - RISC-V má rýchlo rásť, má byť v miliardách procesorov. DSL.sk [online]. [cit. 2023-11-08]. Dostupné online. 
• (slovensky) DSL.sk - Ďalší Debian bude aj pre RISC-V, stala sa oficiálnou architektúrou. DSL.sk [online]. [cit. 2023-07-24]. Dostupné online. 
• (česky) JEŽEK, David. Fwupd 1.9.6 umí aktulizace Radeonů, KDE předělává systémová nastavení. Root.cz [online]. [cit. 2023-10-08]. Dostupné online.  - Patche pro 64core RISC-V mATX desku Milk-V
• (česky) TIŠNOVSKÝ, Pavel. Instrukční sada procesorových jader s otevřenou architekturou RISC-V. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 5. listopad 2015 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309. 
• (česky) TIŠNOVSKÝ, Pavel. Otevřené RISCové architektury OpenRISC a RISC-V. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 29. říjen 2015 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309.