RISC-V (výslovnost [ˌrisk ˈfaiv]; V je římská číslice5) je otevřenáinstrukční 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
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].
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 distribuceDebian na 64bitovou variantu RISC-V.[3]
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].
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]
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.
Dne 20. srpna 2024 oznámila hongkongská společnost DeepComputing uvedení tabletu DC-ROMA RISC-V Pad II, s až osmijádrovými procesory RISC-V typu SpacemiT Key Stone K1. Procesor je typu SoC s výkonem jednoho jádra CPU až o 30% vyšší než ARM Cortex A55, s GPU BXE-2-32 a až 16 GiB operační paměti, eMMC 5.1 potom má 64 nebo 128 GB. Tablet podporuje externí klávesnici. Dodává se s předinstalovaným Ubuntu 24.04, které cílí na vývojáře.[29][30]
Dne 5. srpna 2024 oznámila společnost DeepComputing uvedení laptopu (notebooku) DC-ROMA RISC-V Laptop II, s až osmijádrovými procesory RISC-V typu SpacemiT Key Stone K1, které mají výkon o 30% vyšší než ARM Cortex A55. Procesor je typu SoC s až 16 GiB operační paměti, eMMC 5.1 potom má 64 nebo 128 GB, a s předinstalovaným Ubuntu 23.10, s předinstalovaným GCC 13.2.0, dále GNU Make 4.3, dále Python 3.11.6. Také je možno stáhnout Node.js V18.13.0, dále Docker V24.0.7, a Clang V16.0.6. Laptop cílí zejména na vývojáře.[31]
Na podzim roku 2022 přišla společnost DeepComputing s notebookem DC-ROMA, s procesorem typu SoC T-Head TH1520 se čtyřmi jádry XuanTie C910, 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[32][33], 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 typ-C, 2x USB 3.0 typ-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 typ-C. Na tomto počítači je předinstalován operační systémUbuntu 23.10[34][35][36]
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 typ-A, 1x USB 3.0 typ-C a 1x USB 2.0 typ-A. Dále je také vybaven bezdrátovými připojeními Wifi a Bluetooth. Operační systém je Linux. Hmotnost notebooku je 1,3 kg.[34]
Hongkongská firma DeepComputing nabízí pro notebooky jménem "Framework" Laptop 13 základní desku s procesory SoC StarFive JH7110 se čtyřmi RISC-V jádry U74 a 8GiB RAM, dále 64GB SD kartou, ale lze osadit eMMC. Připojení lze realizovat prostřednictvím WiFi adaptéru Intel 6E AX210. Deska dále obsahuje čtyři porty USB Type-C, z nichž dva podporují 60W Power Delivery 3.0 a jeden i DisplayPort 1.4. Jako operační systém nabízí výrobce buď předinstalovaný Fedora Linux 41 nebo Ubuntu Desktop 24.04.[37] Společnost DeepComputing nyní přijímá objednávky na základní desky DC-ROMA.[38]
V červenci 2024 čínská společnost Milk-V (vyslovte zhruba jako Milky Way) představila základní desku Jupiter. Deska je ve formátu mini-ITX a má běžný 24pinový ATX konektor, jako na jakékoliv jiné základní desce. Je osazena integrovaným procesorem architektury RISC-V konfigurace SoC, buď typu SpacemiT K1 na 2 GHz, nebo SpacemiT M1 na 1.6 GHz. Operační paměť (RAM) má velikost 4, 8 nebo 16 GiB LPDDR4X. GPU je Imagination Technologies IMG BXE-2-32 podporující standardy Vulkan 1.3, OpenGL ES 3.x/2.0/1.1, OpenCL 3.0, EGL 1.5, a dále neuronový akcelerátor (NPU) má výkon 2 TOPs. SSD úložiště je typu M.2 NVMe a eMMC, dále je k dispozici MicroSD slot. Dále jsou dispozici metalické porty 2x USB 3 typ-A, 2x USB 2 typ-A, 1x USB 2 typ-C, HDMI a zvukový vstup/výstup (jack). Také je k dispozici slot PCIe 2.0 x8. Pro síťovou komunikaci může sloužit 2x Gigabit RJ45 port s podporou PoE, pro bezdrátovou komunikaci potom Wi-Fi 6, Bluetooth 5.2.[39][40][41][42][43]
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.[44]
↑BELHADJ AMOR, Hela; BERNIER, Carolynn; PRIKRYL, Zdenek. A RISC-V ISA Extension for Ultra-Low Power IoT Wireless Signal Processing. IEEE Transactions on Computers. 2021, s. 1–1. Dostupné online [cit. 2021-07-30]. ISSN1557-9956. doi:10.1109/TC.2021.3063027.
↑CORPORATION, Andes Technology. Andes Announces New RISC-V Processors: Superscalar 45-Series with Multi-core Support and 27-Series with Level-2 Cache Controller. GlobeNewswire News Room [online]. 2020-11-30 [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
↑ Codasip Joins RISC-V Foundation and Announces Availability of RISC-V Compliant Codix Processor IP. Design And Reuse [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
↑ What is CodAL?. Codasip [online]. 2021-02-26 [cit. 2021-06-17]. Dostupné online. (anglicky)
↑ Codasip announces RISC-V processor cores providing multi-core and SIMD capabilities. www.newelectronics.co.uk [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné v archivu pořízeném z originálu dne 2020-12-23.
↑ Codasip Releases a Major Upgrade of Its Studio Processor Design Toolset with a Tutorial RISC-V core. Design And Reuse [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
↑FIKAR, Jan. SiFive začalo licencovat první RISC-V procesor, na kterém poběží Linux. Kompilery a procesory. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 9. říjen 2017 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN1212-8309.
↑OLŠAN, Jan. První plnohodnotný procesor RISC-V podporující Linux je tu, budou i vývojářské desky. Hardware. cnews.cz [online]. Mladá fronta a. s., 14. říjen 2017 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online.
↑KRČMÁŘ, Petr. Hi-Five Unleashed: první linuxový počítač s procesorem RISC-V. PC a notebooky. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 9. únor 2018. Dostupné online. ISSN1212-8309.
↑ Codasip partners with Western Digital on open‑source processors. eeNews Europe [online]. 2019-12-10 [cit. 2021-06-01]. Dostupné online. (anglicky)
↑SHILOV, Anton. Western Digital Rolls-Out Two New SweRV RISC-V Cores For Microcontrollers. www.anandtech.com [online]. [cit. 2021-06-01]. Dostupné online.
↑FIKAR, Jan. Tablet DC-ROMA RISC-V Pad II od 3300 korun. Root.cz [online]. [cit. 2024-08-27]. Dostupné online.
↑LIUBING. DeepComputing Announces the Launch of the DC-ROMA RISC-V Pad II!. DeepComputing [online]. 2024-08-20 [cit. 2024-08-26]. Dostupné online. (anglicky)
↑LIUBING. Unlocking the Potential of Your RISC-V Laptop: The DC-ROMA Laptop II. DeepComputing [online]. 2024-08-05 [cit. 2024-08-26]. Dostupné online. (anglicky)