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Befehlssatzarchitektur

RISC-V und sein Potential für den Industriemarkt

| Autor / Redakteur: Ted Marena * / Sebastian Gerstl

M2S025 Creative Board mit LCD, auf dem ein RISC-V-Core arbeitet. Die offene Befehlssatzarchitektur RISC-V verspricht eine schnell anpassbare, leicht zu portierende Architektur-Alternative zu ARM und x86 auch für industrielle Anwendungen.
M2S025 Creative Board mit LCD, auf dem ein RISC-V-Core arbeitet. Die offene Befehlssatzarchitektur RISC-V verspricht eine schnell anpassbare, leicht zu portierende Architektur-Alternative zu ARM und x86 auch für industrielle Anwendungen. (Bild: Microsemi)

Auch wenn der Embedded-Markt überwiegend von Intel- und ARM-Cores geprägt ist, versucht sich mit RISC-V eine neue ISA (Instruction Set Architecture) zu etablieren. Der offene Standard der Mikro-Architektur verspricht einen schlanken und stabilen Ansatz für industrielle Systeme, der sich leicht über mehrere Plattformen hinweg portieren lässt.

Der Industriemarkt hat viele individuelle Anforderungen, die es in anderen vertikalen Märkten nicht gibt. Dazu gehören lange Lieferverfügbarkeit, lange Produktlebenszyklen und robuste sowie zuverlässige Technologien, nur um einige zu nennen. Bei den Prozessoren für den Einsatz im Industriesegment findet eine wesentliche Veränderung statt, mit der sich Entwickler vertraut machen sollten. In den vergangenen fünf Jahren hat sich Linux zum dominierenden Betriebssystem (OS) für einen wesentlichen Teil von Industriedesigns entwickelt. Releases wie das Linux Yocto Project haben geholfen, neu zu definieren, welche Prozessorarchitekturen Entwickler nutzen können.

Das RISC-V Prozessorökosystem ist ein neuer offener Standard, von dem der Industriemarkt unabhängig davon profitieren kann, ob Linux als OS oder ein Echtzeit-OS eingesetzt wird. Heute ist die überwiegende Mehrzahl von Prozessorarchitekturen eine Variante der Intel x86-Architektur oder ein ARM-Prozessor (hauptsächlich A-Class). Obwohl es unwahrscheinlich ist, dass diese Prozessoren in Zukunft an Beliebtheit verlieren, steht RISC-V bereit, um eine offene Alternative auf einem rapide wachsenden Industriemarkt zu bieten.

RISC-V ist an sich keine neue Prozessorarchitektur, sondern eine neue feste Befehlssatzarchitektur (ISA, Instruction Set Architecture). Um deren breite Nutzung zu ermöglichen, hat die RISC-V Foundation — eine durch ihre Mitglieder gelenkte Non-Profit-Organisation — den Befehlssatz 2014 eingefroren, damit der Markt die Prozessorarchitekturen vorschreiben kann. Die RISC-V Foundation wird von über 100 Mitgliedsunternehmen gelenkt, darunter viele Tier-1 Organisationen, und entscheidet über die künftige Entwicklung von Hardware/Software-Spezifikationen und das Ökosystem. Außerdem treibt sie den Einsatz der RISC-V ISA voran.

Mit der permanent eingefrorenen ISA können Ingenieure jetzt Prozessorarchitekturen implementieren, die auf ihre Anforderungen optimiert sind. Das Design der Mikro-Architektur ist flexibel. So kann man eine Architektur nutzen, bei der manche Operationen in Hardware beschleunigt werden oder einen Prozessor, der für geringen Energiebedarf entwickelt wurde. Alle Varianten sind akzeptabel, da die ISA fest ist. Designs lassen sich sehr einfach entwickeln, da alle Befehle eingefroren sind und Ergänzungen des Standard-Befehlssatzes über Erweiterungen – nicht aber neue ISA-Versionen – für zusätzliche Stabilität in kommenden Designs erfolgen. Diese wenigen Befehle erlauben die Realisierung von einfachen Architekturen, was wiederum zu sehr kosten- und energieeffizienten Prozessoren führt.

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