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Wie funktioniert RISC-V? Grundlagen der offenen Befehlssatzarchitektur

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Mit RISC-V lassen sich Cores und Prozessoren entwickeln, die genau die Befehle enthalten, die für eine bestimmte Applikation nötig sind. (Bild: Clipdealer)
Mit RISC-V lassen sich Cores und Prozessoren entwickeln, die genau die Befehle enthalten, die für eine bestimmte Applikation nötig sind.
(Bild: Clipdealer)

Erste RISC-V-Cores und -Prozessoren sind bereits erhältlich

SiFive bietet verschiedene Cores, basierend auf einem RV32IMAC (E31) oder RV64IMAC (E51) zur Lizenzierung an, darunter auch den U54-MC Multi-Core-Prozessor mit einem E31 als Management-Prozessor und 4 Applikationsprozessoren mit E51 Kernen. Zusätzlich bietet SiFive mit seinen Freedom Everywhere und Freedom Unleashed Plattformen fertiges Silizium an. Der auf dem RV32IMAC basierende FE310-G000 der Everywhere-Familie ist bereits als Muster verfügbar.

Für diese Plattform gibt es ebenfalls ein Arduino-kompatibles Entwicklungsboard, dessen RV32IMAC mit 320 MHz getaktet wird. Für den auf dem U54-MC-Kern basierenden FU540-C000 Multi-Core-Prozessor der Unleashed-Familie ist mit dem HiFive Unleashed ebenfalls eine Entwicklungsplattform verfügbar. Damit werden Embedded Linux-Applikationen auf einer mit über 1 GHz getakteten RISC-V CPU möglich.

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Weitere Hersteller planen den Einsatz von RISC-V basierten Prozessoren: NVIDIA will mit einer Neuentwicklung den Falcon-Prozessor auf den GeForce-Grafikkarten ersetzen und Western Digital hat angekündigt, seine Produkte ebenfalls auf RISC-V Kerne zu migrieren. Die benötigten Stückzahlen sollen dabei in den nächsten Jahren bei 1-2 Milliarden Cores liegen.Einen anderen Weg geht Esperanto Technologies aus Kalifornien: Diese Firma plant einen auf der 64-Bit RISC-V ISA basierenden Multi-Core-Prozessor mit tausenden Kernen zu entwickeln, der im Bereich der Künstlichen Intelligenz eingesetzt werden soll.

Umfangreiche Software-Unterstützung für RISC-V ist bereits verfügbar

Für die RISC-V Architektur stehen mehrere Open-Source CPU-Designs zur Verfügung, darunter Cores der University of California in Berkeley oder der PULPino, der von der ETH Zürich zusammen mit der Universität von Bologna entwickelt wird. An Entwicklungswerkzeugen sind Simulatoren, Debugger, C-Compiler, Bibliotheken, Echtzeit-Kernels und integrierte Entwicklungsumgebungen (IDEs) verfügbar. Bei den Operationssystemen werden Linux, FreeBSD und NetBSD unterstützt.

Die aktuelle und vollständige Liste der Entwicklungswerkzeuge ist auf der Website der RISC-V Foundation einsehbar.

Große Akzeptanz für RISC-V in der Industrie ist absehbar

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass RISC-V eine Instruction Set Architecture des 21. Jahrhunderts ist. Die Entwickler konnten aus den Fehlern der Vergangenheit lernen und einige grundlegende Mängel bestehender ISAs vermeiden. Dies, und die offene Architektur, machen den offenen RISC-V zu einer interessanten Alternative zu den geschlossenen IP-Cores anderer Hersteller. Der Verzicht auf verzögerte Verzweigungen oder Ladevorgänge und der Wegfall der Status-Codes führen ebenso zu einer schlanken Struktur der CPU, wie die stets gleiche Platzierung der Quell- und Zielregister im Befehlswort. Das große Register-Set erlaubt ebenso wie die Anwendung einer RISC-Architektur eine schnelle Abarbeitung der Programme. Zukunftssicherheit besteht durch die Möglichkeit von Erweiterungen des Befehlssatzes aufgrund des großen noch unbenutzten Opcode-Bereichs und der Festschreibung der Basis-Architekturen.

Die sich abzeichnende große Unterstützung für RISC-V lässt vermuten, dass diese ISA trotz ihrer ursprünglich akademischen Herkunft eine breite Akzeptanz in der Industrie erfahren wird. Dazu trägt auch bei, dass Designer von RISC-V basierten Prozessoren ihre Entwicklung ohne die Zahlung von Lizenzgebühren, wie sie beispielsweise von ARM gefordert werden, durchführen können.

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