SiFive объявила о выпуске платформ Freedom Unleashed и Freedom Everywhere, которые будут использованы для разработки коммерческих систем на кристалле (system-on-chip, SoC) c на базе ядер RISC-V. SiFive, основанная инженерами, участвовавшими в разработке набора процессорных инструкций RISC-V в Калифорнийском университете в Беркли, на сегодняшний день является единственной компанией, которая занимается коммерческой разработкой микросхем на основе RISC-V. В SiFive утверждают, что к её технологиям уже проявили внимание компании, заинтересованные в разработке SoC для машинного обучения, систем хранения данных, интернета вещей (Internet-of-Things), а также для различных встраиваемых и носимых устройств.

SiFive выносит RISC-V за пределы лабораторий

RISC-V является микропроцессорной архитектурой с открытым исходным кодом, которая была разработана специалистами из отделения компьютерных наук в Калифорнийском университете в Беркли в 2010 – 2014 годах, а затем дорабатывалась различными инженерами со всего мира. Набор инструкций был создан для различных областей применения, в том числе для мобильных и встраиваемых устройств, и он доступен бесплатно под лицензией BSD- типа. Лицензиаты RISC-V могут разрабатывать как открытые и бесплатные ядра (доступные другим компаниям), так и фирменные вычислительные ядра (подробности о которых не раскрываются), что особенно важно для коммерческих проектов.

RISC-V

Ряд крупных компаний (в том числе гиганты вроде Google, Hewlett Packard Enterprise и Oracle) объявили о планах поддержки RISC-V. Однако, на сегодняшний день не существует ни одной коммерческой микросхемы на основе RISC-V. По сути, данная технология никогда не покидала стены исследовательских лабораторий. Судя по всему, такое положение вещей является одной из причин, почему инженеры, когда-то участвовавшие в разработке данного набора инструкций, решили создать компанию, которая будет проектировать микросхемы под заказ на базе RISC-V и интеллектуальной собственности (intellectual property, IP) третьих компаний.

Новая бизнес-модель для нестандартных чипов

В современном мире микросхемы используются практически повсеместно, при этом в ближайшие годы потребность в разработанных на заказ SoC будет только расти. Тем не менее, создание современных систем на кристалле не является дешёвым процессом. Для того чтобы построить даже простую микросхему, требуется лицензировать не только вычислительные ядра общего назначения (или саму архитектуру) у таких компаний, как ARM или Imagination Technologies, но также различную «обвязку» в виде контроллера памяти, интерфейсов ввода-вывода и т. д. у компаний вроде Rambus (либо разрабатывать всё с нуля).

Лицензирование технологий означает, что лицензиату требуется заплатить фиксированную сумму за доступ к какой-либо технологии, а также платить отчисления за каждую проданную микросхему. Иными словами, лицензирование требует одноразовой инвестиции, а затем оказывает влияние на цену каждого устройства. Разумеется, разработка интегральной схемы (ИС) предполагает наличие команды инженеров (для создания спецификации, для проектирования, для устранения возможных неполадок и других работ), при этом формирование такой команды для создания одной–двух микросхем чрезмерно сложно и дорого. В результате, многие новички должны либо присоединяться к более крупным игрокам (у которых уже есть соответствующие ресурсы), либо сосредоточиться на программном обеспечении и использовать уже готовые микросхемы для создания своих устройств.

Именно для таких компаний SiFive планирует разрабатывать микросхемы на заказ, используя ядра RISC-V и свои платформы Freedom. Использование бесплатных ядер на базе архитектуры RISC-V и компонентов чипов разработки SiFive может позволить существенно сократить расходы на создание различных микросхем, поскольку большое количество элементов ИС будут переиспользованы для самых разных клиентов.

Бизнес-модель SiFive

Компания обещает, что её подход позволит игрокам без существенной финансовой и технической поддержки получить свои собственные SoC с уникальными возможностями. SiFive утверждает, что сможет не только интегрировать интеллектуальную собственность своих клиентов в микросхемы, но и добавить различные дополнительные возможности на усмотрение заказчиков, такие как расширения RISC-V, различные ускорители и сопроцессоры. Кроме того, SiFive может также помочь своим клиентам разработать те части интегральных схем, которые будут отвечать за специализированную функциональность SoC. Другими словами, SiFive может полностью взять на себя весь процесс разработки, проектирования и производства микросхем, предоставляя своим клиентам готовое устройство, которые те могут встраивать в свои продукты.

Во многом бизнес-модель SiFive напоминает таковую у подразделения AMD EESC (enterprise, embedded, semi-custom), которое занимается созданием микросхем на заказ для компаний вроде Microsoft и Sony. Однако важным различием между SiFive и другими разработчиками SoC на заказ является тот факт, что компания публикует все низкоуровневые спецификации своих платформ Freedom Unleashed и Freedom Everywhere (например, адаптеры карты памяти, контроллер прерываний, интерфейсы для отладки и т. д.), а организация RISC-V Foundation предоставляет основные инструменты разработки программного обеспечения для чипов на основе RISC-V.

К слову, программная часть платформ Freedom ничуть не менее важна, чем аппаратная, поскольку доступность ряда компонентов ПО (например, исходного кода унифицированных драйверов) серьезно снижает инвестиции, необходимые для создания продукции на основе базовых микросхем-платформ, разработанных SiFive. Так, согласно заявлениям SiFive, уже сейчас доступно много стандартного ПО (например, FreeBSD, FreeRTOS и т.д.), которое уже работает на платформах Freedom. Как следствие, клиентам SiFive потребуется сосредоточиться на разработке только собственных уникальных функций SoC, а не писать драйверы и ПО с нуля.

Платформы Freedom

Первоначально SiFive предложит своим клиентам две базовые платформы для различных областей применения: Freedom Unleashed (U500) для высокопроизводительных микросхем, а также Freedom Everywhere (E300) для устройств с минимальными размерами и энергопотреблением. Обе платформы существуют в кремнии и полностью функциональны, то есть SiFive может быстро добавить в них компоненты, которые требуется клиентам. Такой подход значительно ускоряет выход новых микросхем на рынок.

Блок-схема SiFive Freedom U500

Платформа SiFive Freedom U500 базируется на нескольких (до восьми) 64-разрядных Unix-совместимых RISC-V ядрах c когерентностью кешей и рабочими частотами от 1,6 ГГц. SoC на базе U500 имеют четыре канала памяти DDR3/DDR4 c поддержкой ECC, поддерживают PCI Express 3.0, USB 3.0 (с OTG), Gigabit Ethernet, управление питанием, различные периферийные интерфейсы (например, SD/eMMC, GPIO, UART, I2C etc) и т. д.  SiFive может добавлять различные расширения для ядер общего назначения, присоединять пользовательские интерфейсы ввода/вывода, пользовательские сопроцессоры/ускорители и другие элементы.

Freedom U500 разрабатывалась для производства микросхем по технологии 28 нм компании TSMC. Таким образом, клиенты SiFive смогут быстро начать производство своих SoC, используя проверенный временем техпроцесс. По заявлениям SiFive, ряд компаний, занятых в разработке решений для машинного обучения, хранения данных и сетевых устройств уже выразили заинтересованность в использовании платформы U500.

Блок-схема SiFive Freedom E300

Платформа SiFive Freedom E300 предназначена для менее требовательных к производительности приложений, именно поэтому она опирается на 32-разрядное RISC-V ядро общего назначения с последовательным исполнением инструкций, которое может быть дополнительно настроено для удовлетворения конкретных потребностей. Конструкция предполагает использование внутричиповой памяти и поддерживает различные интерфейсы, включая SD/eMMC, USB 1.1, GPIO, UART, I2C и другие.

Микросхемы на базе E300 будут изготовляться по технологическому процессу TSMC с шириной транзисторного затвора 180 нм, которому уже 15 лет, но который до сих пор используется для производства несложных микросхем. По словам SiFive, клиенты, которые работают над различными микроконтроллерами, SoC для устройств IoT и носимых устройств, уже продемонстрировали интерес к платформе E300.

Новые горизонты

Руководство SiFive подчёркивает, что Freedom U500 и E300, которые компания анонсировала в этом месяце — это первые платформы, за которыми последуют другие. Будущие платформы будут опираться на иные технологические процессы, которые будут соответствовать требованиям соответствующих приложений. Учитывая ключевое обещание SiFive — обеспечить возможность недорогого создания микросхем на заказ — с будущими платформами компания могла бы создать новые рынки для заказных SoC или даже посоперничать с программируемыми пользователем вентильными матрицами (ППВМ, field-programmable gate array, FPGA) в некоторых случаях.

Микросхема Panasonic. Фото для иллистративных целей.

SiFive не уточняет, сколько именно денег её клиенты смогут сэкономить благодаря бесплатности микроархитектуры RISC-V, предварительно разработанным платформам (с многократно используемыми компонентами), реализованным в кремнии ключевым компонентам, ПО с открытым исходным кодом и другим преимуществам, которые компания может предложить. Подобная тактика понятна, поскольку каждый продукт индивидуален — как с точки зрения общей сложности, так и с точки зрения необходимости доработок относительно базовых U500 и E300.

Тем не менее, SiFive говорит, что в ряде случаев она сможет создавать интегральные схемы для стартапов, у которых вообще нет собственной команды разработчиков чипов, а это означает готовность компании к работе с очень маленькими игроками. Как правило, такие фирмы не могут создать собственные микросхемы вследствие высоких затрат и других трудностей. Судя по всему, благодаря платформам Freedom они смогут получить собственные SoC и воспользоваться преимуществами вроде повышенной производительности и/или пониженного энергопотребления (по сравнению с типовыми процессорами или FPGA). Один из руководителей SiFive сказал, что он видит мир, в котором пара инженеров в гараже могли бы получить свой собственный уникальный SoC за деньги, полученные от «умеренной кампании на Kickstarter».

SiFive утверждает, что компания является обычным разработчиком микросхем на заказ без собственных производственных мощностей, которая специализируется на создании SoC на основе микроархитектуры RISC-V. Хотя интегральные схемы на базе RISC-V явно не относятся к наиболее прибыльным сегментам рынка, в настоящее время SiFive является единственным разработчиком подобных SoC, а потому явно пытается извлечь выгоду из своего уникального положения.

Решение SiFive использовать набор команд RISC-V является естественным, учитывая прошлое учредителей компании, а также её бизнес модель (бесплатные ядра RISC-V хорошо подойдут для недорогих микросхем). Тем не менее, опыт и стоимость не являются единственными причинами. Интерес к RISC-V растёт. Так, в последние месяцы такие гиганты индустрии как AMD, Google, IBM, NVIDIA, Microsoft, Qualcomm и Western Digital присоединился к RISC-V Foundation, которая управляет развитием технологии.

Кремниевая подложка, обработанная TSMC

Принимая во внимания особенности бизнеса по разработке микросхем на заказ, SiFive не может раскрывать названия компаний, которые интересуются её платформами. При этом, поскольку SiFive является частной фирмой, она не обязана подтверждать факт разработки каких-либо коммерческих проектов вообще. Однако учитывая интерес к RISC-V от вышеупомянутых промышленных тяжеловесов, за SiFive следует следить даже не потому что компания может создать интересные SoC на заказ, но потому что именно она может разработать первые коммерческие чипы в отрасли на основе микроархитектуры RISC-V с открытым исходным кодом.

Источники:

• AnandTech
• SiFive