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[RISC-V MCU 应用开发]

了解 RISC-V 关于人工智能和嵌入式的开发

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onlycook|  楼主 | 2023-11-3 11:29 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览 |阅读模式
一些 RISC-V 开发工作的目标是人工智能 (AI)、机器学习 (ML)、深度学习 (DL) 和其他高性能嵌入式应用等应用。本系列的前两个常见问题解答考虑了RISC-V 的功能和与该技术相关的近期风险,以及有助于降低使用 RISC-V 风险的工具的不断增加的可用性。此常见问题解答着眼于将 RISC-V 集成到高性能系统中的一些选项。
设计人员可以通过多种方式使用 RISC-V 技术。有些公司提供 RISC-V 作为 IP 核,可用于生产针对特定应用优化的定制核。其他供应商提供可集成到系统中的完整 RISC-V 处理器。在其他情况下,RISC-V 内核已与其他类型的处理器和外设一起集成到 FPGA 等 SoC 中。下面概述了可用设备的类型;它并不全面。
作为 IP 核的 RISC-V ISA
例如,SemiDynamics 提供 Avispado 核心。凭借其较小的面积和功耗,Avispado 专为针对 ML 应用的节能 SoC 而设计。Avispado 通过其 64 位本机数据路径支持大内存容量。凭借其完整的 MMU 支持,Avispado 还支持 Linux,包括多处理。Avispado 支持缓存一致的多处理环境。它可以在单个 SoC 中支持数百个内核。其原生 CHI 接口可根据应用需求定制为 ACE 或 AXI。
Avispado 支持即将推出的 RISC-V 矢量规范 1.0 以及 Semidynamics 开放矢量接口,提供自定义矢量单元和使用 Semidynamics 产品之间的自由选择。向量指令密集地编码大量计算,从而减少每次操作的能量。矢量收集指令有效支持稀疏张量权重,有助于 ML 工作负载。
SiFive Core IP 产品组合涵盖从高性能多核异构应用处理器到面积优化的低功耗嵌入式微控制器。SiFive Core IP标准内核微架构基于RISC-V ISA,提供64位和32位选项。
SiFive Core IP 可以使用 SiFive Core Designer 进行调整以适应特定的工作负载,利用 SiFive 用来设计不同性能和效率等级的处理器架构的灵活生成器风格。基于灵活微架构设计的 SiFive 标准内核针对常见用例进行了预先配置,并为在 SiFive Core Designer 中设计定制内核提供了起点。
Cobham Gaisler 最近宣布推出实施 RISC-V 指令集架构的新处理器 IP 核系列。NOEL-V 处理器 IP 核是该系列中的首款产品,将于 2020 年 12 月 25 日提供,可供下载到 Xilinx 的 Kintex UltraSCALE FPGA 中。
Cobham Gaisler 的初始 RISC-V 产品将是一个兼容 RV64GC 的处理器 IP 核,这是一种用 VHDL 编写的 64 位架构。该处理器将与Cobham的GRLIB VHDL IP核库完全集成。GRLIB提供高速串行互连、加密、压缩等多种接口和功能,可以嵌入RISC-V处理器中。GRMON3 软件调试监视器的升级将对其进行补充,以支持新的 ISA。
RISC-V 作为 SoC、FPGA、ASSP 等中的硬件
Celerity 是一款以加速器为中心的片上系统 (SoC),它使用分层加速器结构来提高高性能嵌入式系统中的能效。该 SoC 是采用 TSMC 16 nm 的 5 × 5 mm 385 M 晶体管芯片,由来自密歇根大学、康奈尔大学和 Bespoke Silicon Group(现位于美国华盛顿)的 20 多名学生和教师组成的团队设计和实现作为 DARPA 更快时间尺度电路实现 (CRAFT) 计划的一部分。Celerity 目前创下了 RISC-V 性能的世界纪录;每秒 500B RISC-V 指令,比之前的记录高出 100 倍。


Celerity 是一款以加速器为中心的片上系统 (SoC),它使用分层加速器结构来提高高性能嵌入式系统中的能效。(图片来源:OpenCelerity)
Celerity 是一款多核多层人工智能加速器。从高层次来看,该芯片包括三个主要层——通用、大规模并行和专用。与典型的 CPU 设计相比,分层 SoC 可实现高度灵活性和更高的功效。通用层旨在实现多功能性,可以执行多项任务——通用计算、内存管理和芯片其余部分的控制。因此,Celerity 集成了来自自由芯片项目的五个高性能乱序 RISC-V Rocket 内核。下一层是大规模并行层,它在网格中集成了 496 个低功耗定制设计的 RISC-V 内核。这些定制核心称为 Vanilla-5,是有序标量核心,占用的空间比 Rocket 核心少 40 倍。最后一层是集成了二值化神经网络 (BNN) 加速器的专业化层。所有三层都与运行频率为 400 MHz 的 DDR 内存紧密相连并连接。
Celerity 是在 DARPA CRAFT 计划下开发的,旨在将定制集成电路的设计周期缩短至数月而不是数年;设计设计框架,当下一代制造工厂上线时,可以轻松地重新构建;并创建一个创新库,以便在每个设计和制造周期中可以重新利用方法、文档和知识产权,而不是重新发明。这种成本较低的设计范例还可以帮助小型设计团队应对当今无法应对的复杂定制电路开发挑战,从而实现创新生态系统的多样化。
Esperanto Technologies 正在创建新一代 AI/ML/DL 处理解决方案,声称具有无与伦比的能源效率(性能/瓦特)、可扩展性和灵活性。多核设计的历史限制一直是复杂性和功耗,但现在可以在一块硅片上创建具有一千多个处理器核心的设计。Esperanto 的高性能 ET-Maxion 内核旨在提供最佳的单线程 RISC-V 性能。该公司的 ET-Minion™ 核心计算阵列专为提高能源效率而设计,可提供 TeraFlops 和 TeraOps 的计算能力。
免费和开放的 RISC-V ISA 的日益普及推动了对嵌入 RISC-V 技术并利用多样化 RISC-V 生态系统的经济实惠的标准化开发平台的需求。为了满足这一需求,Microchip Technology Inc. 为 PolarFire SoC FPGA 提供业界首款基于 RISC-V 的片上系统 (SoC) 现场可编程门阵列 (FPGA) 开发套件。Microchip 用于 PolarFire (SoC) FPGA 的 Icicle 开发套件汇集了该公司众多的 Mi-V 合作伙伴,以加速各行业的客户设计部署和商业采用。

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onlycook|  楼主 | 2023-11-3 11:29 | 只看该作者
基于 RISC-V 的片上系统 FPGA 开发套件。(图片:微芯片)
想要部署基于 RISC-V 的可编程 SoC FPGA 的设计人员现在可以开始开发和评估 RISC-V 生态系统产品的广泛网络,例如实时操作系统 (RTOS)、调试器、编译器、模块系统 (SoM)和安全解决方案。Mi-V RISC-V 合作伙伴生态系统是由 Microchip 和众多第三方开发的不断扩展的综合工具和设计资源套件,旨在全面支持 RISC-V 设计。Microchip 适用于 PolarFire SoC 和 Mi-V 生态系统的 Icicle 套件使 PolarFire SoC FPGA 具有:
SiFive 的 RISC-V 处理器复合体和 UltraSoC 的嵌入式跟踪宏
来自 Adacore、Green Hills Software、Mentor Graphics 和 Wind River 的开发工具
Nucleus 和 VxWorks 等商业 RTOS 解决方案补充了 Microchip 的 Linux 和裸机解决方案
来自 DornerWorks、Hex Five、Veridify Security 和 WolfSSL 的中间件解决方案
来自 Antmicro、ARIES Embedded、Digital Core Technologies、Emdalo Technologies、Sundance DSP 和 Trenz Electronic 等组织的 SOM 和设计服务
瑞萨电子与晶心科技达成技术IP合作,晶心科技是基于RISC-V的嵌入式CPU内核及相关SoC开发环境的先进供应商。瑞萨电子选择将 AndesCore IP 32 位 RISC-V CPU 内核嵌入到其新的特定应用标准产品 (ASSP) 中,该产品将于 2021 年下半年开始向客户提供样品。
瑞萨电子基于 RISC-V 核心架构的预编程 ASSP 器件的交付,结合用于设置应用可编程参数的专用用户界面工具,将为客户提供完整且优化的解决方案。这种能力将消除最初的 RISC-V 开发和软件投资障碍。
RISC-V 和欧洲处理器计划
展望 RISC-V 的未来实施,欧洲处理器倡议 (EPI) 已根据该联盟与欧盟委员会签署的框架合作伙伴协议 (FPA: 800928) 第一阶段获得资助,其目标是设计和实施用于超大规模计算、高性能大数据和一系列新兴应用的新型低功耗欧洲处理器系列的路线图。


欧洲处理器倡议路线图(图片来源:欧洲处理器倡议)
EPI 的加速器流将开发和演示基于 RISC-V ISA 的完全欧洲处理器 IP,提供节能和高吞吐量的加速器块。使用 RISC-V 可以在硬件架构级别和软件级别利用开源资源,并确保独立于非欧洲专利计算技术。矢量处理器架构将基于以下指导原则:
基于长向量和基于任务的模型的面向整体吞吐量的视觉
分层并发和局部性利用
编程级别之间的通信
外观和感觉非常接近经典的顺序编程,以确保生产力
另一方面,专用单元架构将面向一些特定应用。将利用这种特殊性来明确管理本地暂存器存储器的数据放置和传输,以实现高能效。
基本构建块是一个包含多达 8 个矢量处理器和专用单元的图块。这些处理器是一致的,通过片上网络共享 L2 缓存组,每个组都通过片上网络与其关联的主节点代理。这些处理器将支持 RISC-V 向量指令并控制专用于模板和深度学习加速的专用单元。矢量和模板功能将解决 HPC 工作负载,而深度学习单元将针对人工智能应用程序。该模块将作为处理器网格中的节点进行集成,并作为用于演示和软件调试目的的独立测试芯片。
如图所示,设计人员可以通过多种途径在 AI、ML 和 DL 等高性能应用中使用 RISC-V ISA 技术。本系列的下一个也是最后一个常见问题解答将扩展 AI 主题,并考虑“用于超低功耗处理和边缘 AI 的 RISC-V”。”

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