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Interview zu Open-Source-Hardware

Befehlssatzarchitektur RISC-V

31. Oktober 2018, 11:33 Uhr | Harry Schubert

Mit RISC-V soll der Open-Souce-Ansatz auf Hardware übertragen werden.

Open-Source-Software ist beliebt – bei Betriebssystemen wie bei Büroprogrammen. Kann diese Idee aber auch bei Hardware funktionieren? Wir haben Rick O’Connor, Executive Director der RISC-V Foundation befragt.

? Herr O’Connor, was genau ist unter RISC-V zu verstehen?

! Rick O’Connor: RISC-V-ISA ist eine freie und offene Befehlssatzarchitektur (ISA – Instruction Set Architecture), die eine neue Ära der Innovation bei Prozessoren durch Kooperation offener Standards ermöglicht.

RISC-V bietet eine Reihe von Vorteilen gegenüber anderen Architekturen, darunter Offenheit, Einfachheit, völliger Neuanfang in der Entwicklung – ohne Altlasten, Modularität, Erweiterbarkeit und Stabilität. Entwickler haben auch die Möglichkeit, Erweiterungen für RISC-V zu implementieren, um einen Prozessor für ihre spezifischen Anwendungsanforderungen zu optimieren und anzupassen.

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? Welche Vorteile sehen Sie durch den Einsatz von RISC-V-CPUs?

! O’Connor: SoC-Entwickler aus vielen unterschiedlichen Branchen nutzen die Flexibilität, Skalierbarkeit und Erweiterbarkeit von RISC-V als Alternative zu geschlossenen, proprietären ISAs.

RISC-V wurde für eine Vielzahl von Anwendungen entwickelt, darunter Grafik-Engines, maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz, Netzwerke, Speicher, Sicherheit, Embedded- und allgemeine Prozessoren. Es gibt auch ein wachsendes Wirtschaftsökosystem: Betriebssystemunterstützung, Entwicklungswerkzeuge, FGPA-Softcores, IP- und Entwicklungsdienstleitungen.

Um nur einige wenige Implementierungen aus dem riesigen RISC-V-Wirtschaftsökosystem zu nennen:

Western Digital beispielsweise wechselt auf RISC-V, um die Anforderungen durch Big Data und eine schnelle Datenverarbeitung zu erfüllen – das betrifft über eine Milliarde Prozessorkerne pro Jahr.
Microsemi hat mit Mi-V ein RISC-V-Wirtschaftsökosystem mit einer Reihe von Werkzeugen und Bibliotheken von Microsemi und von Drittanbietern entwickelt, um die Entwicklung mit RISC-V gezielt zu unterstützen.
Das französische Start-up-Unternehmen GreenWaves Technologies entwickelte den IoT-Anwendungsprozessor mit der niedrigsten Energieaufnahme der Branche und zeigte damit auch, dass ein kleines Team mit einem relativ begrenzten Budget kundenspezifische Embedded-Prozessoren entwickeln kann.
Das Team von SiFive, bestehend aus den RISC-V-Pionieren der Universität von Kalifornien in Berkeley, transferiert die Leistungsfähigkeit von Open Source zusammen mit agiler Hardware-Entwicklung in die Halbleiterindustrie. Sie haben eine Vielzahl von offenen RISC-V-CPUs implementiert.

? Sind RISC-V-CPUs untereinander kompatibel und wie wird die Einhaltung der Spezifikation sichergestellt?

! O’Connor: Das RISC-V-Wirtschaftsökosystem hat ein hohes Maß an Interoperabilität zwischen verschiedenen Implementierungen gezeigt. Die Strategie hinter RISC-V ist es, eine kleine, einfache Basis-ISA und modulare Standarderweiterungen zu haben, die für die große Mehrheit des Codes gut funktionieren. Dennoch bleibt genügend Platz für anwendungsspezifische Erweiterungen, die den Standard-ISA-Kern nicht stören.

Darüber hinaus verfügt die RISC-V Foundation über eine aktive Compliance Task Group innerhalb des Technischen Komitees, die mit der Entwicklung von einer Open Source Compliance für die RISC-V-ISA beauftragt ist. Sie kann von allen RISC-V-
Implementierern zur Validierung der ISA-Compliance verwendet werden.

? Was müssen Nutzer der Open-Source-Lizenz beim Implementieren der RISC-V-ISA beachten?

! O’Connor: Die RISC-V-ISA ist kostenlos und offen für jedermann, in allen Arten von Implementierungen, ohne Einschränkung. Den Entwicklern steht es frei, proprietäre Implementierungen für die kommerzielle Nutzung zu entwickeln, oder Open-Source-Implementierungen, die nach eigenem Ermessen auch gemeinsam genutzt werden
können.

Die RISC-V Foundation fördert beide Arten von Implementierungen. Für kommerzielle RISC-V-Implementierungen ist eine Lizenz für die RISC-V-Marken erforderlich, die den Mitgliedern der RISC-V Foundation erteilt wird.

? Wer sind die Erfinder von RISC-V?

! O’Connor: RISC-V stellt die fünfte große RISC-ISA-Entwicklung der Universität von Kalifornien in Berkeley dar.

Sie ist geprägt von mehr als drei Jahrzehnten RISC-Forschung, die bis auf die ursprüngliche RISC-Arbeit von Dave Pattersons aus des 1980er Jahren zurückreicht. Dave Patterson und John Hennessy veröffentlichten die bahnbrechenden Forschungen über RISC im Buch »Computer Architecture: A Quantitative Approach«, ein Buch, das heute allgemein als Standard für die Prozessorentwicklung bekannt ist.

Im Jahr 2010, nach vielen Jahren und vielen Projekten, die MIPS, SPARC und x86 als Forschungsgrundlage nutzten, war es an der Zeit für das Informatikteam der Universität von Kalifornien in Berkeley zu prüfen, welche ISAs für ihre nächsten Projekte verwendet werden sollen. Aufgrund der Herausforderungen mit den bestehenden Architekturen startete das Team ein Projekt zur Entwicklung einer eigenen, von Grund auf neuen ISA. Im Jahr 2014 veröffentlichte die Universität von Kalifornien in Berkeley die finale Benutzerspezifikation für RISC-V.

Die RISC-V Foundation wurde 2015 offiziell als gemeinnützige Gesellschaft zur Verwaltung der ISA gegründet.

? Was sind die Ziele und Aufgaben der RISC-V Foundation?

! O’Connor: Der Auftrag der RISC-V Foundation besteht darin, die Unantastbarkeit eines einzigen RISC-V-Standards in der gesamten Branche zu schützen und die Einführung der RISC-V-ISA weltweit zu fördern. Das RISC-V-Wirtschaftsökosystem hat in den letzten Jahren ein unglaubliches Wachstum erlebt. Die RISC-V Foundation hat heute über 180 Mitglieder aus Unternehmen, Wissenschaft und Privatpersonen, die die zukünftige Entwicklung und Einführung der RISC-V-ISA leiten.

Es gibt eine Reihe innovativer Implementierungen von RISC-V in der
Industrie, von etablierten großen Technikunternehmen und aufstrebenden Start-ups sowie interessante Anwendungen in akademischen Instituten und staatlich geförderten Programmen. Mit diesem Wachstum ist klar, dass RISC-V bereits die Weichen für die nächsten 50 Jahre der Computerentwicklung und der Innovation stellt.

? Was sind Ihre Pläne für die Zukunft der RISC-V Foundation?

! O‘Connor: Bei der RISC-V Foundation freuen wir uns darauf, das RISC-V-Wirtschaftsökosystem noch weiter zu entwickeln, da sich immer mehr Unternehmen der RISC-V Foundation anschließen und neue und innovative Hardware entwickeln und Software, mit der sich die ISA implementieren lässt.

Die RISC-V Foundation engagiert sich auch für die Entwicklung robuster Sicherheitsansätze für die Industrie. Vor kurzem haben wir den Ständigen Sicherheitsausschuss eingerichtet, der Branchenführer zusammenbringt, um Ergebnisse auszutauschen, einen Konsens über bewährte Sicherheitspraktiken zu entwickeln und mögliche Sicherheitsverbesserungen für RISC-V-basierte IoT-Geräte, eingebettete Systeme und Implementierungen von maschinellem Lernen zu identifizieren.

Wir konzentrieren uns auch auf die verstärkte Linux-Unterstützung sowohl für Embedded- als auch für Computer-Distributionen des Linux-Betriebssystems. Wir erwarten eine engere Zusammenarbeit mit der Linux-Community, dem erfolgreichsten Open-Source-Software-Wirtschaftsökosystem, und RISC-V, der am weitesten verbreiteten freien und offenen ISA für den Einsatz auf allen Geräten mit einem Mikroprozessor.

? Was plant die RISC-V Foundation für die Electronica in München?

! O‘Connor: Obwohl die RISC-V Foundation in diesem Jahr nicht auf der Electronica in München vertreten sein wird, finden auf der Messe verschiedene RISC-V-Aktivitäten statt. Mitgliedsunternehmen wie Dolphin Integration, GreenWaves Technologies und Microsemi werden auf der Messe vertreten sein oder mit einem eigenen Stand ausstellen.

Rick O‘Connor

ist geschäftsführender Direktor der RISC-V Foundation und der RapidIO.org. Mit seiner Erfahrung in der Führungsebene von Halbleiterunternehmen verfügt er über eine Kombination von kaufmännischen und technischen Fähigkeiten. O‘Connor war für die Entwicklung von Dutzenden von Produkten verantwortlich.

Er hat berufsbegleitend Betriebswirtschaft an der Universität Ottawa, Kanada, studiert (Executive MBA) und Elektrotechnik, B.A. (Hons), an der Hochschule Algonquin College in Ottawa, Kanada.

rickoco@riscv.org