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第48節 RISC-V芯片架構

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  1980年,米國加州大學伯克利分校,設計出了世界第一顆精簡指令集處理器RISC -I,也就是RISC芯片第一代架構,

  這款RISC芯片構架的特點是:指令格式和長度通常是固定的(如ARM是32位的指令)、且指令和尋址方式少而簡單、大多數指令在一個周期內就可以執行完畢,指令是十分簡單有效,

  相對于CISC芯片架構,其指令長度通常是可變的、指令類型也很多、一條指令通常要若干周期才可以執行完。并且,這些指令使用的頻率卻相差懸殊,大約有20%的指令會被反復使用,占整個程序代碼的80%。

  而余下的80%的指令卻不經常使用,在程序設計中只占20%,在指令設計上十分不合理,非常復雜,

  所以,當RISC芯片架構出現后,后續研發新的處理器體系結構都或多或少地參考采用了RISC的概念,甚至有些典型的CISC處理機中也采用了些RISC設計概念,比如英特爾公司的80486、Pentium等系列芯片。

  而在RISC基礎上研發最成功,第一個商業化的實例就是ARM,

  雖然說ARM是從RISC芯片架構的基礎發展出來的,但是,內核指令集已經完全不同于RISC芯片架構,

  因為ARM處理器除了本身是32位設計,同時也配備16位指令集,這樣的話,提高了芯片性能和靈活性,

  所以,ARM芯片架構是非常有特色,根據不同用途,研發出不同型號的處理器架構,所以,ARM芯片架構除了不適用在電腦芯片上,基本壟斷了所有的電子產品的領域,非常強大!!!

  在21世紀,即使強大的世界一線芯片商:高通,水果,三木桑,研發的芯片基本都是采用ARM芯片架構,

  這也是ARM強大之處,特別,是在21世紀人工智能時代,ARM架構基本處于絕對壟斷地位,無可替代!!!

  重生前的李飛,在千禧年前是身在米國,也注意到了ARM在RISC芯片架構的商業化取得了成功,并在千禧年回到華夏國后,準備以RISC架構,開發手機芯片,

  只不過當時短視行為,在堅持了不到5年時間,就放棄了RISC架構,全面轉向ARM架構,

  直到2010年,由加州大學伯克利分校的研究團隊,設計出新的指令集架構。也就是說,RISC-V架構誕生了。

  而RISC-V 的“V”包含兩層意思,一是這是從1980年研發第一代RISC -I,再到第五代指令集架構,二是它代表了變化(variation)和向量(vectors)。

  研發出RISC-V芯片架構是免費開源的,無需付費授權,允許使用者修改和重新發布開源代碼,也允許基于開源代碼開發商業軟件發布和銷售。

除了RISC–V免費開源的優點,還有就是RISC-V架構的指令數目非常的簡潔。基本的RISC-V指令數目僅有40多條,加上其他的模塊化擴展指令總共幾十條指令。并且,RISC-V的規范文檔僅有145頁,而特別架構文檔的篇幅也僅為91頁  相對于X86和ARM指令數目和規范文檔,指令多得無法計算,并且不同架構型號,指令也互不兼容,其規范文檔多達上千頁...

  總之,RISC–V芯片架構是非常不錯的,可以根據具體芯片需求,可以選擇適合的指令集做出不同的指令集架構。基于RISC-V指令集架構可以設計服務器CPU,家用電器cpu,工控cpu和用在比指頭小的傳感器中的cpu。

  隨著RISC-V芯片架構出現后,芯片相關的研發工具也越來越完善,例如編譯工具鏈,仿真工具等,

  ...

  不過,現實比較遺憾的是,在21世紀,國內由于RISC-V芯片生態鏈的問題,在芯片商業化上,完全比不了ARM芯片架構,芯片設計公司很少以RISC-V芯片架構去設計研發芯片,

  這樣的話,就造成了RISC-V芯片只是在實驗室上…,在商用上還有很遠的路要走,

  現在李飛重生到1996年,可以彌補這種遺憾,

  要知道,現在的ARM還處于迷茫期,大約一年后的時間,ARM才好轉,開始盈利,

  重生到1996年后,李飛有的是時間和資金,只要積累原始的資金足夠后,馬上招聘研發人員,進行RISC芯片架構研發,

  像ARM一樣,在RISC芯片架構的基礎上進行研發時,既保留RISC芯片架構簡單直接的優點,也要擁有自己獨特的芯片架構內核,

  想到這里,李飛稍微舒松一口氣,因為現在重生了,還有機會去完成在重生前的遺憾,沒有堅持對RISC芯片架構研發。

  不過,研發RISC芯片架構,最關鍵的是需要大量的芯片商用,在不同電子電器設備上,廣泛地應用,所以,也只能一步一步踏踏實實地區完成,

  于是,李飛拿起辦公桌子上的茶杯,喝了一口茶,整個人都輕松許多,把茶杯輕輕地放在辦公桌上后,再打開IBM筆記本,

  打開IBM筆記本后,再點擊EDA芯片設計軟件Cadence,那么,正式的開始在FM芯片,添加顯示和時鐘模塊電路,

  由于Cadence的元器件庫是自帶晶體電路的,而里面自帶的晶體電路是非常標準的,可以說是與芯片制造工廠同步的,所以,只需要直接添加到FM芯片內部電路上就可以,

  接下來,就是要做就是軟件仿真,如同上次FM芯片設計時,對新添加的顯示和時鐘晶體電路進行仿真,驗證設計是否有缺陷…

  一系列仿真驗證確定重新設計芯片合格后,就基本可以直接生產了,

  (注:RISC-V芯片架構并不是CPU處理器設計方案,RISC-V只是一個指令集架構,定義了一個指令的標準,可以按照這個指令標準去做CPU處理器。)

  這款FM芯片只是添加顯示和時鐘電路,本來就可以直接量產,但李飛作為一個芯片研發工程師,還是選擇一步一步地來,對芯片流片一次,

  不過,這次新FM芯片流片的費用不高,與上次FM芯片流片相比,因為芯片電路沒有作更改,只是添加了新功能!

  需要注意的是,這次FM芯片有添加新功能,需要升級版本號,從V1.0升級到V2.0+,并在芯片的datasheet做好工程記錄說明,以便區別,

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