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RÉSUMÉ
Les jeux d’instructions, qui sont l’interface entre le matériel et le logiciel, définissent les opérations que doit effectuer le matériel et sont la cible d’un compilateur. Les jeux d’instructions sont généralement propriétaires. Depuis 2010, un jeu d’instructions libre et gratuit, RISC-V, a été défini. Il est constitué d’un noyau RISC de base et d’un certain nombre d’extensions standardisées, permettant de viser l’ensemble des classes d’applications, de l’Internet des Objets au calcul haute performance en passant par le marché des mobiles, PC et serveurs. Une fondation RISC-V regroupe un grand nombre d’acteurs : fondeurs, développeurs matériels et logiciels.
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Instruction sets, which act as the interface between hardware and software, define the operations that the hardware must perform and are the target of a compiler. Instruction sets are usually proprietary. Since 2010, an open source instruction set, called RISC-V, has been defined. It consists of a simple RISC base instruction set and a number of standardized extensions to target all classes of applications, from the Internet of Things to mobiles, PCs, servers and supercomputers. A RISC-V foundation brings together a large number of actors: silicon founders, hardware designers and software environment developers.
Auteur(s)
-
Daniel ETIEMBLE : Ingénieur de l’INSA de Lyon - Professeur émérite à l’université Paris Sud
INTRODUCTION
Les jeux d’instructions des processeurs constituent l’interface entre le matériel et le logiciel. L’ensemble de leurs instructions définissent les opérations que doit effectuer le matériel et sont la cible d’un compilateur. Pour des raisons historiques, les jeux d’instructions sont généralement propriétaires. Depuis 2010, un jeu d’instructions open source a été défini à l’université de Berkeley sous le nom de RISC-V. Son objectif est de jouer pour les jeux d’instructions le rôle que jouent Linux pour les systèmes d’exploitation ou OpenOffice pour les suites bureautiques.
Les conditions pour qu’un jeu d’instructions open source rencontre le succès sont définies : grand nombre d’utilisateurs potentiels, environnement logiciel existant, jeux d’instructions performant et utilisable sur une large classe d’applications.
RISC-V a pour noyau un jeu d’instructions 32 bits pour le calcul entier qui est la base pour les microcontrôleurs et les processeurs bas de gamme. S’y ajoutent un certain nombre d’extensions standardisées ou susceptibles d’être standardisées. Pour aboutir à un jeu d’instructions 32 bits ou 64 bits comparable aux jeux d’instructions propriétaires comme Intel ou ARM, des extensions pour entiers 64 bits, multiplications et divisions entières, flottants 32 bits, flottants 64 bits, instructions atomiques pour la cohérence mémoire ont été standardisées. D’autres extensions sont en cours d’élaboration et de normalisation. L’extension 16 bits est destinée à du code compact pour applications embarquées. Les extensions SIMD et vectorielles visent la haute performance, etc.
La fondation RISC-V créée en 2015 regroupe une communauté de plus de 250 acteurs (fondeurs de silicium, fournisseurs de circuits ASIC ou d’IP, développeurs logiciels). Un nombre significatif de circuits ou IP implantant le jeu d’instructions RISC-V est disponible, ainsi que l’environnement logiciel nécessaire : simulateurs, débogueurs, compilateurs et bibliothèques, chargeurs et moniteurs, noyaux de système d’exploitation, distributions Linux, systèmes d’exploitation temps réel, etc.
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KEYWORDS
instruction sets | RISC-V | open source | SIMD extension | vector extension
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Remarques pour conclure
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6. Communauté RISC-V
Les développements et la mise en œuvre d’un jeu d’instructions libre impliquent l’adhésion d’une communauté de plus en plus large autour :
-
des développements matériels ;
-
des développements logiciels (simulateurs, débogueurs, compilateurs et bibliothèques, chargeurs et moniteurs, noyaux de système d’exploitation, distributions Linux, systèmes d’exploitation temps réel, etc.).
Une fondation RISC-V a été créée en 2015. Elle avait en mai 2019 plus de 250 membres ( https://riscv.org/) :
-
13 universités ;
-
29 consultants et chercheurs ;
-
23 firmes pour logiciels, outils de développement et nuage ;
-
104 développeurs individuels ;
-
51 firmes impliquées en IA, FPGA, circuits commerciaux, réseaux, graphiques, processeurs spécifiques ;
-
43 firmes impliquées au niveau circuits : concepteurs d’IP, fonderies, etc.
Un nombre significatif de firmes, notamment des fournisseurs d’IP, produisent des IP de processeurs RISC-V avec différents niveaux de taille, performances, puissances dissipées, etc. En novembre 2019, github ( https://github.com/riscv/riscv-cores-list) fournit une liste de 49 cœurs, 9 SoC et 20 plateformes SoC utilisant RISC-V.
Pour ne prendre que l’exemple d’une société basée en France, le catalogue de la société Cortus propose 6 cœurs différents utilisant différentes extensions du jeu d’instructions RISC-V.
La fondation RISC-V fournit également des documents pédagogiques en direction des universités.
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Communauté RISC-V
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - HILL (M.D.), CHRISTIE (D.), PATERSON (D.), YI (J.J.), CHIOU (D.), SENDAG (R.) - Proprietary versus Open Instruction Sets, - IEEE Micro, pp 58-68, July-August 2016. https://research.cs.wisc.edu/multifacet/papers/ieeemicro16_card_isa.pdf
-
(2) - OpenRISC 1000 Architecture Manual - https://opencores.org/websvn/filedetails?repname= openrisc&path=%2Fopenrisc%2Ftrunk%2 Fdocs%2Fopenrisc-arch-1.0-rev0.pdf
-
(3) - ASANOVIC (K.), PATTERSON (D.A.) - Instruction sets should be free: The case for RISC-V, - Technical Report N°UCB/EECS-2014-146, https://people.eecs.berkeley.edu/~krste/papers/EECS-2014-146.pdf
-
(4) - WATERMAN et al - The RISC Instruction Set Manual, Volume 1: User level ISA, version 2.0. - Technical Report N°UCB/EECS-2014-54.
-
(5) - WATERMAN (A.) - Design of the RISC-V Instruction Set Architecture, - Spring (2016), https://people.eecs.berkeley.edu/~krste/papers/EECS-2016-1.pdf
-
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