在SoC设计中拥抱多核和RISC-V架构

路科验证 2025-03-31 12:02 195浏览 0评论 0点赞

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SoC 设计已显著转向 RISC-V 架构。本文重点介绍了其对半导体行业的影响以及在促进技术开发创新和灵活性方面的作用。

由RISC-V International管理的RISC-V 指令集架构 (ISA)的兴起正值半导体行业发展的一个激动人心的时刻。新技术的创造推动了各个领域的进步，包括人工智能、物联网、汽车行业，甚至太空探索。

这些创新产品设计的出现与新 ISA 受到 SoC 设计人员的青睐(图 1) 的时间一致。在这个融合的时刻，RISC-V ISA脱颖而出，为设计人员在当今技术爆炸式发展的环境中为其新产品设计提供了更广泛的 CPU、NPU 和 IP 核选择。

什么是 RISC-V？

RISC-V是一种开源 ISA，代表了微处理器和 SoC 设计和开发的重大转变。RISC-V 可供任何个人或公司免费获取、修改和分发，这使其成为一种颇具吸引力的选择。

其设计理念强调简单和高效，使用一组精简的指令，可以更快地执行并消耗更少的电量。这种开放性和灵活性促进了创新和协作，因为公司和开发人员可以根据自己的特定需求构建可定制的处理器，而无需支付与专有 ISA 相关的许可费用和限制。

直到最近，作为主要的 ISA 提供商，Arm 的商业模式是控制访问。这创造了一个封闭的环境，使该公司成为半导体行业的主导力量。这种控制还使 Arm 能够通过向使用其技术的制造商收取许可费来获得收入，同时保护其专有设计和创新免遭未经授权的使用或修改。

RISC-V 开放模型优势

如今，多核 SoC 设计格局已从同质化转变为异构化，任何给定芯片上都会出现多个 ISA。这为设计人员提供了一个考虑和评估竞争 ISA 和供应商的机会。在这种环境下，CPU 内核现在可以执行一系列任务，而这些内核不一定都来自同一家 IP 供应商。

图 2显示了 RISC-V 内核在当代 SoC 中执行的一系列任务，其中深度嵌入式有限状态机的可编程替代品是当今最大的用例。其次是 MCU 和协处理器功能。

有趣的是，随着 IP 供应商将更强大、性能更高的 RISC-V CPU 内核引入市场，“应用处理器”的功能越来越受欢迎。这表明，为了满足市场对更多功能日益增长的需求，市场正在不断进行高度创新。RISC-V CPU IP 供应商之间的竞争非常激烈，并催生了创新。

与专有架构不同，RISC-V ISA 是公开可用的，RISC-V 标准由 RISC-V International 开发和管理。通过多公司 RISC-V 成员委员会的合作，创建了核心 ISA 的扩展，然后可以根据供应商和市场需求进行定制。

因此，可以更快速地开发满足不同应用精确需求的专用领域解决方案。这种灵活性符合日益增长的定制硅片解决方案需求，这些解决方案可满足特定功能要求，从而提高目标用例的性能和效率。

RISC-V 的开放模式标志着行业发生了重大转变，使公司首次能够采用不受任何单一供应商限制的 ISA。即使是按照 RISC-V 标准开发的软件也可以在不同制造商的设备上运行。这种互操作性促进了竞争环境并刺激了创新，同时也降低了公司的风险和费用。

多公司支持灵活的 RISC-V ISA

灵活性使 RISC-V 成为开发和部署跨多个性能范围的硅片解决方案的越来越有吸引力的选择。在 RISC-V 领域，多个 CPU IP 供应商组成了一个社区，众多公司都在同时设计新的解决方案。

此外，RISC-V International 拥有 80 多个活跃委员会，继续致力于通过多公司流程以标准方式发展 ISA 来增强 ISA。这种集体努力导致 ISA 和实施它的多样化产品快速发展，从而更快地提高性能并为客户提供更多选择。

对统一 RISC-V 生态系统的支持正在不断增长，并且已经非常完善，目前已有多家公司提供解决方案。它涵盖了广泛的技术和组件，支持从硬件设计到软件开发的一切。

例如，SoC 设计人员在设计工作中需要的更多构建模块现已到位，并且来自多个来源。此外，如果团队需要其设计工作中某个特定领域的支持，现在很可能会得到支持。因此，它增强了设计界对 RISC-V 技术的信心。

为半导体设计界提供更多选择

现在是半导体行业的大好时机，因为不断增加的创新催生了更新、更强大的应用程序和硅片解决方案。RISC-V 通过提供更多设计选择、鼓励竞争和促进 ISA 演进，推动了一个新时代的到来。

上述领域表明 RISC-V ISA 对半导体设计界和整个市场的重要性日益增加。这种环境确保 SoC 设计人员能够自由地从广泛的解决方案中进行选择，从而构建更先进的系统。

SHD Group 的研究报告《RISC-V 市场报告：异构世界中的应用预测》分析了 RISC-V 目前和未来在功能、设备类型、产品类别甚至工艺几何方面的应用机会。该报告重点关注这样一个事实：当今的 SoC 设计已不再是同质的。相反，设计现在倾向于使用提供不同功能的多种架构，这些架构来自众多 IP 供应商，并且都驻留在同一个硅片上 — — 这是一个异构的世界。

*免责声明：本文由作者原创, 编译自electronicdesign。文章内容系作者个人观点，路科验证转载仅为了传达一种不同的观点，不代表路科验证对该观点赞同或支持，如果有任何异议，欢迎联系路科验证。

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路科验证专注于数字芯片验证的系统思想和前沿工程领域。路桑是Intel资深验证专家，主持验证架构规划和方法学研究，担任过亿门级通信芯片的验证经理角色。在工程领域之外，他在西安电子科技大学和西安交通大学客座讲授芯片验证课程。著有书籍《芯片验证漫游指南》。

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