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RISC-V开辟了处理器设计

发布时间:2019-03-05 20:38:25 来源:

今天,如果您想构建一个高性能计算设备,几乎可以肯定,您可以以免费和开放的形式找到所需的所有软件。对于运行该免费软件的处理器芯片而言,情况并非如此 - 无论您选择什么,您支付的大部分资金都将用于英特尔,ARM或其朋友的专有硬件许可。

RISC-V,发音为'Risk-Five',是一种新的架构,可在开放,免费和非限制性许可下使用。它得到了芯片和设备制造商的广泛的行业支持,并且可以自由扩展和定制,以适应任何市场领域。然而,要取得成功,它必须在技术上和经济上进行设计,验证和编程。它拥有热情的支持者,但它也有巨大的竞争,几十年来一直在IT的中心地带挖掘。

RISC在历史上

Alan Turing首先揭示的计算的基本事实之一是任何计算机理论上都​​可以解决任何问题。另一个是,如果你可以用硬件来做,你可以用软件来做,反之亦然。然而,现实世界的系统受到速度,效率和资源的限制。不同的处理器架构做出了不同的权衡。

在20世纪80年代,芯片与多个特殊情况硬件单元之间发生了争执,以应对特定情况 - CISC或复杂指令集计算 - 以及保持硬件简单,快速和通用的芯片 ,并留下复杂性软件。

这种方法称为简化的ISC或RISC,最初似乎失败了,因为英特尔凭借其x86 CISC芯片升至霸主地位。RISC芯片,例如Sun Microsystem的SPARC和IBM的PowerPC,已经衰落,但从未克服过英特尔 - 这与微软以英特尔为中心的Windows密切相关。尽管如此,英特尔的芯片非常类似于RISC,CISC功能在内部转换为RISC指令。独立于Windows发展起来的移动市场很快就采用了ARM芯片,这些芯片使用RISC设计,功耗更高。可以说RISC已经全面赢得了这一案例。

然而,对于21世纪的硬件设计人员来说,x86和ARM芯片都有一个主要缺点:成本。这个成本不仅仅针对芯片,而是针对知识产权,主要是专利,大公司持有并收取费用 - 通过授权成千上万的合作伙伴,英特尔,与AMD存在一种不安的双头垄断。

RISC-V旨在打破处理器设计的专有控制,与开源软件解放大量行业的方式完全相同。

RISC-V技术

RISC-V是现代重建的经典RISC架构,它的名字是加州大学伯克利分校的第五个主要RISC架构。

其核心是一个由32个寄存器组成的数组,包含处理器的运行状态,数据立即运行以及内务处理信息。该阵列足够大,可以最大限度地减少为许多基本CPU任务访问外部存储器的需要,从而减少能源使用并提高速度。RISC-V有32位和64位变体,寄存器大小可以匹配。128位版本正在进行中。

指令集 - 处理器可以直接解释的低级命令 - 非常简单且非常模块化。RISC-V内核可以使用简单的整数指令构建,甚至不需要乘法或除法。或者它可以具有那些添加的浮点扩展(具有另外32个寄存器)和压缩指令。

压缩是RISC-V的关键部分。最初的RISC概念通过将其指令编码为一种非常容易且快速的硬件解码和执行的形式来实现速度 - 没有特殊情况,所有内容都适合单个框架。然而,这在存储器使用方面可能是非常低效的,因为指令模板必须满足特定操作是否需要它们的所有可能性。

压缩破坏了该规则,并允许编译器在给定的内存区域中容纳更多指令。指令是可变长度的,因为它们在x86 CISC中。与x86不同,它是多年来零碎创建的,RISC-V可变长度方案从一开始就设计为尽可能简单地让处理器硬件知道它们有多长时间并让它在管理时快速解码它们它的内部指令队列。队列管理是大多数现代处理器架构获得速度的地方。

核心RISC-V规范经过认证,没有专利保留,并根据Creative Commons CC BY 4.0获得许可。这并不要求或意味着扩展必须同样免费和开放 - 设计师可以根据需要在其添加中包含许可方面。关键是该架构可扩展而不会降低效率。

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