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RISC-V wird Industriestandard

17. Oktober 2022, 8:00 Uhr | Manfred Schlett, SiFive
SiFive-Aufmacherbild MCU
© SiFive/WEKA Fachmedien

In der Welt der Mikrocontroller und Mikroprozessoren gewinnt die RISC-V-Open-Source-Befehlssatzarchitektur (ISA) stark an Bedeutung und wird damit zur ernsthaften Alternative zu ARM.

RISC-V hat mal als Universitätsprojekt in Berkeley gestartet, doch mittlerweile wird der Befehlssatz zunehmend in 32- und 64-Bit-CPU-Cores kommerziell eingesetzt. Einer der bekanntesten Anbieter von RISC-V-CPU-Kernen ist SiFive, ein Unternehmen aus dem Silicon Valley, das von einem der Urheber der RISC-V-ISA, Krste Asanović, gegründet wurde. Die Prozessorkerne von SiFive erleben derzeit eine zunehmende Dynamik und gewinnen sowohl in der Welt der Mikrocontroller als auch bei den Mikroprozessoren deutlich an Zugkraft, was sie zu einer ernsthaften Alternative zu den derzeit dominierenden Architekturen von ARM macht.

SiFive ist überzeugt, dass die hauseigenen RISC-V-CPU-Kerne gute Chance haben, erhebliche Marktanteile von ARM zu erobern. Bereits heute ist das Unternehmen in den so genannten »deeply embedded« 32-Bit-Anwendungen durchaus erfolgreich. Der kürzlich angekündigte Schritt in den Automobilbereich dürfte genau das Sprungbrett sein, um auch im embedded Markt mit 32 und 64 Bit einen substantiellen Marktanteil zu erobern.

Dafür sprechen auch die jüngsten Erfolge:

  • Die Zusammenarbeit mit Renesas.
  • Google verwendet den X280-Core in seinen Komponenten für Datenzentren. Der X280 ist ein Multi-Core-fähiger RISC-V-Prozessor mit Vektorerweiterung, der für KI/ML-Anwendungen in Rechenzentren optimiert wurde.
  • Die NASA verwendet ebenfalls den X280-Core für zukünftige Weltraummissionen.
  • SiFive hat spezielle Automotive-IP-Cores auf den Markt gebracht.
  • SiFive integriert leistungsstarke Vektoreinheiten zur Beschleunigung von ML-Algorithmen.
  • Stark wachsendes Ecosystem mit immer mehr Partnern, die die IP-Cores von SiFive unterstützen.
  • Bald werden zwei neue Hochleistungsprozessorkerne angekündigt, die sich durch einen geringen Stromverbrauch und eine hohe Rechenleistung auszeichnen und damit ideal für Produkte wie Wearables und Verbrauchergeräte geeignet sind.

Es gibt gute Gründe, warum sich große Unternehmen für SiFive und RISC-V entscheiden

RISC-V kann mehrere entscheidende Vorteile für sich geltend machen, dazu zählen zum Beispiel Energieeffizienz bei geringem Platzbedarf und ein breites Ecosystem, das die RISC-V-ISA unterstützt: Derzeit hat RISC-V International mehr als 3.200 Mitglieder; RISC-V wird an allen großen Universitäten auf der ganzen Welt gelehrt; RISC-V gewinnt besonders schnell in China und Indien an Dynamik. All das zeigt bereits heute eine breite Unterstützung, aber vor allem zeigt es auch, dass RISC-V auch in Zukunft unterstützt werden wird. Letzter Punkt ist besonders wichtig für die NASA und die Automobilhersteller, denn beide Bereiche sind eher verunsichert, wenn es darum geht, sich an einen einzigen Lieferanten zu binden und mit ihm Produkte zu entwickeln, die jahrzehntelang unterstützt werden müssen.

Aber auch auf der kommerziellen Seite gibt es Gründe, die für SiFive sprechen. Natürlich muss auch SiFive Geld verdienen, das heißt, dass SiFive selbstverständlich auch Lizenzgebühren erhebt. Dennoch besteht ein großer Unterschied zu ARM: die Software kann produktübergreifend verwendet werden und wird durch das offene Standard-Ecosystem unterstützt.

Dazu kommt noch, dass SiFive moderne, neue Prozessor-Cores anbietet. Prinzipiell helfen offene Standards dabei, Kosten zu senken. Mit den modernen Prozessorkernen kommt noch hinzu, dass Designer neue Funktionen nutzen können, sobald sie verfügbar sind. Allerdings sollte beachtet werden, dass sich die meisten kommerziellen Diskussionen nicht um Kosten drehen, sondern mehr um das Problem, dass aktuelle Lösungen traditioneller Anbieter restriktiv sind. Vereinfacht formuliert: Der Entwickler bekommt das, was er bekommt. Das ist mit RISC-V vollkommen anders. Denn mit RISC-V hat der Entwickler die Wahl, er kann Anpassungen vornehmen. Dazu kommt noch ein weiterer Pluspunkt: Die Cores benötigen in vielen Fällen nur die Hälfte der Fläche und liefern dabei die doppelte Leistung.

Letztlich überträgt RISC-V eigentlich nur die Linux-Erfolgsgeschichte auf den Hardware- und SoC-Bereich. SiFive bietet dabei die notwendige Industrialisierung und ermöglicht die Nutzung des Open-Source-ISA-Standards. Und wenn es auch nicht zur Debatte steht, dass GNU und Linux Erfolgsgeschichten sind, auch in diesem Bereich gibt es immer kommerzielle Anbieter.

Unterschiedliche Leistungsklassen

SiFive bietet seine CPU-Kerne in verschiedenen Leistungsklassen an: Essential, Intelligence, Performance.

Die Kategorisierung entspricht den Klassen hochintegrierter Embedded-Controller, typischerweise mit RTOS-Unterstützung, und schnelleren Kernen für Mikroprozessoren, die typischerweise auf offene Betriebssysteme, wie Linux, ausgerichtet sind. Dazu wurde eine Klasse von Kernen für Rechenzentren und Hochleistungsprozessoren geschaffen, die hohe Datenraten verarbeiten können müssen. Und aufgrund der besonderen Anforderungen an die funktionale Sicherheit im Automotive-Bereich gibt es eine weitere Klasse von CPU-Kernen, die sich an ASIL-Anforderungen orientiert.

Dementsprechend bietet SiFive derzeit das folgende Portfolio an CPU-Kernen in verschiedenen Versionen an: Die E-Serie für deeply embedded, die S-Serie für kosten- und leistungsoptimierte Lösungen. Die U-Serie ist für leistungshungrige Anforderungen optimiert, und die P- und X-Serie für Multicore-Cluster-Konfigurationen inklusive optimierter Vektorverarbeitung (letztere wird hauptsächlich für die beschleunigte Verarbeitung von ML-Algorithmen benötigt).

Damit adressiert SiFive genau die Märkte, in denen ARM mit seinen Cortex Mx, Rx und Ax derzeit dominant ist. Aber: SiFive profitiert davon, dass weniger Altlasten bestehen und einer vereinfachten Struktur. Dies führt zu einer geringeren Anzahl an benötigten Transistoren sowie einer geringeren Leistungsaufnahme. In einer Zeit, in der die Anforderungen an die Hardware in vielen Bereichen, wie Rechenzentren, Consumer-Produkte und im Automotive-Segment, stetig steigen, ist genau diese Tatsache entscheidend.

Mit mehr als 300 Nominierungen, einem Kundenstamm von über 100 Unternehmen und Institutionen und der Tatsache, dass 8 von 10 führenden Halbleiterunternehmen einen RISC-V-Hintergrund aufweisen, hat SiFive mehr als gute Chancen, seine Marktposition weiter auszubauen.

 

Autor:

Dr. Manfred Schlett/SiFive
Dr. Manfred Schlett/SiFive
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Dr. Manfred Schlett ist Senior Director Business Development bei SiFive.


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