RISC-V

RISC-V (výslovnost [ˌrisk ˈfaiv]; V je římská číslice 5) je otevřená instrukční sada z rodiny RISC. Je vyvíjena od roku 2010 na Kalifornské univerzitě v Berkeley. Původně šlo o “tříměsíční projekt”, který měl vytvořit novou otevřenou instrukční sadu (architekturu) na základě existujících technologií a překonat tak omezení související s proprietárními architekturami, mezi něž patří:

• Patentová ochrana – vyšší náklady
• Provázanost mezi vlastnictvím architektury a návrhem procesorů – nemožnost změny dodavatele
• Složitost mnoha architektur – často zbytečná
• Architektura může zaniknout zároveň se společností, která ji vlastní – riziko v čase

Na rozdíl od starších projektů majících rovněž za cíl vytvářet procesory jako otevřený hardware (např. DLX a OpenRISC) je RISC-V navržen pro široké použití od vestavěných systémů přes mobilní telefony až po cloudové počítače, tedy s důrazem na výkon i na spotřebu.

Instrukční sada RISC-V je od počátku otevřená, nicméně velký komerční zájem vedl v roce 2015 k založení oficiální neziskové organizace RISC-V Foundation, jejímž cílem bylo podpořit počáteční přijetí RISC-V a dále tuto instrukční sadu udržovat a rozvíjet. Původní autoři a vlastníci se vzdali svých práv ve prospěch organizace. RISC-V Foundation měla 36 zakládajících členů a svými členy je nadále řízena. V roce 2020 došlo k transformaci na mezinárodní sdružení RISC-V International, které sídlí ve Švýcarsku a je zodpovědné za další vývoj architektury RISC-V^[1].

Z operačních systémů ohlásilo podporu jako první FreeBSD. To podporuje RISC-V od verze 11.0 z října 2016.^[2] Začátkem dubna 2018 byl po zhruba roce příprav oficiálně založen port operačního systému-linuxové distribuce Debian na 64bitovou variantu RISC-V.^[3]

28. května 2024 oznámila firma Canonical verzi operačního systému Ubuntu pro jednodeskové počítače Milk-V Mars se čtyřjádrovými procesory RISC-V s jádry StarFive JH7110 až na 1,5 GHz, první výkonný procesor RISC-V s operační pamětí až 8GiB LPDDR4 a grafickým procesorem Imagination BXE-4–32.^[4][5][6][7]

V únoru 2025 bylo oznámeno, že distribuce Fedora operačního systému Linux, začala oficiálně podporovat architekturu RISC-V, podobně jako byli dříve podporovány distribuce Ubuntu a Debian.^[8][9][10]

Mezi další operační systémy, které podporují RISC-V, patří FreeRTOS^[11] a ThreadX. Dále pak CentOS, který cílí speciálně na desku SiFive HiFive Premier P550.^[12]

Instrukční sada RISC-V má několik specifik. Předně nestanovuje žádnou konkrétní mikroarchitekturu ani licenční model, je vysoce modulární a díky podpoře RISC-V International nezávislá na konkrétním dodavateli.

Na rozdíl od podobných projektů, které se zaměřují na otevřený hardware, RISC-V stanoví pouze instrukční sadu (ISA); mikroarchitektura záleží na konkrétní implementaci a nemá žádná omezení daná standardem RISC-V.

Vývojáři procesorových jader založených na RISC-V si navíc mohou zvolit libovolný licenční model. Někteří používají komerční licence, jiní otevřené (viz dále).

Nejdůležitější vlastností instrukční sady RISC-V je však její univerzálnost. Tvůrci měli na paměti, že různé aplikace vyžadují různou složitost architektury, proto vytvořili vysoce modulární standard: Základní instrukční sada RISC-V je velmi minimalistická (pouze 49 instrukcí pro 32bitový procesor) a nabízí množství volitelných standardních rozšíření. Navíc je k dispozici dobře definovaná možnost vytvořit si vlastní, nestandardní instrukce podle potřeby.

Ukazuje se, že přidání vhodných vlastních instrukcí představuje velmi výhodnou cestu ke zvýšení výkonu procesoru^[13][14].

• Andes Technology Corporation nabízí několik různých sérií jader s volitelným rozšířením instrukční sady, včetně možností pro návrh vícejádrových systémů^[15]:
  • Série N(X) zahrnuje jak 32bitová jádra (N), tak i 64bitová (NX). Délka pipeline (zřetězené linky) je různá, od dvoustupňové u jádra N22 až po osmistupňovou u N45. Jádro NX27V podporuje vektorové rozšíření RISC-V neboli sadu “V”^[16].
  • Série D(X) nabízí jádra s instrukční sadou “P”, která podporuje operace SIMD, a na výběr jsou opět jádra 32bitová (D) i 64bitová (DX).
  • Série A(X) se zaměřuje na aplikační procesorová jádra s podporou Linuxu a délkou pipeline od pěti do osmi stupňů. Dále nabízí podporu operací s plovoucí desetinnou čárkou a jednotku pro správu paměti (MMU).
• Původem česká společnost Codasip s.r.o. (dnes součást skupiny Codasip GmbH) v lednu 2016 uvedla na trh historicky první komerční jádro založené na RISC-V (Codix)^[17] a dnes má v nabídce několik sérií vestavěných i aplikačních procesorových jader RISC-V. Jádra od Codasipu jsou navržena v proprietárním jazyce CodAL^[18] a firma je vyvíjí s pomocí patentované technologie a vlastního návrhového nástroje zvaného Codasip Studio.
  • Série L nabízí minimalistická 32bitová jádra s nízkou spotřebou, pipeline o délce tří nebo pěti stupňů a volitelným rozšířením pro operace s plovoucí desetinnou čárkou.
  • Série H nabízí 64bitová vestavěná jádra s vysokým výkonem. Volitelně je opět k dispozici rozšiřující sada pro operace s desetinnou čárkou.
  • Série A obsahuje 64bitová jádra, která podporují Linux a lze je rozšířit o instrukční sadu “P”. Jádra mají sedmistupňovou pipeline, podporu operací s desetinnou čárkou (FPU) a správu paměti (MMU). Verze jader rodiny A s příponou -MP navíc obsahují cache (vyrovnávací paměti) L1 a L2 a nabízejí podporu pro vícejádrový systém o maximálním počtu čtyř jader^[19].
  • Jádro uRISC-V, které je součástí nástroje Codasip Studio, slouží ke vzdělávacím a výukovým účelům^[20].

• Společnost SiFive začala prodávat v květnu 2017 jednodeskový počítač kompatibilní s Arduinem a postavený na RISC-V procesoru Freedom E310. Táž společnost oznámila v říjnu 2017 dokončení návrhu čtyřjádrového 64bitového procesoru U54-MC Coreplex, který je navržen pro taktovací kmitočet 1,5 GHz a na kterém bude možné spustit plnohodnotný desktopový operační systém, například Linux.^[21][22] V únoru 2018 tato společnost spustila prodej jednodeskového počítače HI-Five Unleashed.^[23] Společnost SiFive momentálně nabízí tři hlavní řady produktů:
  • Série E zahrnuje 32bitová vestavěná jádra s dvou- až osmistupňovou pipeline. Nejpokročilejší z této série je čtyřjádrový procesor E76-MC.
  • Série S zahrnuje 64bitová vestavěná jádra s dvou- až osmistupňovou pipeline. Nejpokročilejší z této série je S76-MC.
  • Série U představuje nabídku 64bitových aplikačních jader o délce pipeline 5–12 stupňů. Varianty U54 a U74 jsou k dispozici ve vícejádrové verzi.  Superskalární jádro U84 nabízí nejvyšší výkon z této série^[24].
  • Intelligence X280 je aplikační jádro odvozené ze série U, které navíc podporuje vektorové rozšíření „V“^[25].
  • Společnost SiFive oznámila výkonné jádro P870, které je podle společnosti o 50% vyšší výkon jednoho vlákna v SPECint2006. Jádry předchozí generace jsou jádra P650 a P670. Nové jádro umožňuje SoC procesory s maximálně až 32 CPU jádry.^[26]

• Kalifornská univerzita v Berkeley vyvinula řadu procesorových jader RISC-V s využitím jazyka Chisel:
  • 64bitové jádro Rocket^[27] vhodné pro kompaktní zařízení s nízkou spotřebou, jako je přenosná osobní elektronika.
  • 64bitové superskalární jádro Berkeley Out of Order Machine (BOOM)^[28] s instrukční sadou RV64GC, určené jak pro osobní počítače, tak i pro superpočítače a databázové servery.
  • Pět návrhů 32bitového procesoru Sodor^[29], které slouží primárně pro studentské projekty.
• PULPino (Riscy a Zero-Riscy), projekt Spolkové vysoké technické školy v Curychu / Boloňské univerzity^[30]. Jádra PULPino implementují jednoduchou instrukční sadu RV32IMC pro mikrokontroléry (Zero-Riscy) nebo výkonnější sadu RV32IMFC s rozšířením pro zpracování digitálního signálu (DSP).
• Společnost Western Digital vyvinula několik vlastních RISC-V jader pod názvem SweRV Cores a poskytla je volně pod otevřenou licencí prostřednictvím CHIPS Alliance. Komerční podporu těchto jader poskytuje ve spolupráci s Codasipem^[31]. Jádra SweRV cílí na výkonné vestavěné systémy a implementují základní sadu RV32IMC:
  • SweRV Core EH1 je dvouvláknové superskalární jádro s devítistupňovou pipeline.
  • SweRV Core EH2^[32] je superskalární jádro se dvěma hardwarovými vlákny a devítistupňovou pipeline.
  • SweRV Core EL2 je minimalistické jednovláknové jádro se čtyřstupňovou pipeline.

Dne 20. srpna 2024 oznámila hongkongská společnost DeepComputing uvedení tabletu DC-ROMA RISC-V Pad II, s až osmijádrovými procesory RISC-V typu SpacemiT Key Stone K1. Procesor je typu SoC s výkonem jednoho jádra CPU až o 30% vyšší než ARM Cortex A55, s GPU BXE-2-32 a až 16 GiB operační paměti, eMMC 5.1 potom má 64 nebo 128 GB. Tablet podporuje externí klávesnici. Dodává se s předinstalovaným Ubuntu 24.04, které cílí na vývojáře.^[33][34]

Dne 5. srpna 2024 oznámila společnost DeepComputing uvedení laptopu (notebooku) DC-ROMA RISC-V Laptop II, s až osmijádrovými procesory RISC-V typu SpacemiT Key Stone K1, které mají výkon o 30% vyšší než ARM Cortex A55. Procesor je typu SoC s až 16 GiB operační paměti, eMMC 5.1 potom má 64 nebo 128 GB, a s předinstalovaným Ubuntu 23.10, s předinstalovaným GCC 13.2.0, dále GNU Make 4.3, dále Python 3.11.6. Také je možno stáhnout Node.js V18.13.0, dále Docker V24.0.7, a Clang V16.0.6. Laptop cílí zejména na vývojáře.^[35]

Na podzim roku 2022 přišla společnost DeepComputing s notebookem DC-ROMA, s procesorem typu SoC T-Head TH1520 se čtyřmi jádry XuanTie C910, který byl určen zejména pro vývojáře a který se brzy vyprodal. Proto firma DeepComputing přišla s novým notebookem DC-ROMA II s osmijádrovým RISC-V procesorem typu SoC SpacemiT K1^[36][37], s taktem CPU až 2 GHz, GPU podporuje standardy OpenGL ES 3.2, OpenCL 3.0, Vulkan 1.2, a VPU může operovat s grafickými standardy H.265, H.264, VP9 a VP8, při schopností kódování/dekódování do rozlišení 4K, s NPU AI Fusion Computing Engine (s výkonem 2 TOPS), s operační pamětí (RAM) až 16 GiB LPDDR4X, s úložištěm SSD o kapacitě 1 TB, s LCD s úhlopříčkou 14.1", který má rozlišení 1920 x 1080 pixelů. Počítač je také vybaven porty 2x USB typ-C, 2x USB 3.0 typ-A, microSD čtečku, sluchátkovým jackem a osmipinovým vývojářským konektorem. Dále je také vybaven bezdrátovými připojeními Wifi a Bluetooth. Pro přenos obrazu se místo konektoru HDMI používá USB typ-C. Na tomto počítači je předinstalován operační systém Ubuntu 23.10^[38][39][40]

Parametry počítače LicheeBook4A jsou odvozeny od použitého SoM (System-On-Module), a ty jsou následující. CPU je čtyřjádro Alibaba T-Head RISC-V Xuantie C910 na frekvenci 2.5 GHz, GPU je Imagination Technologies BXM-4-64 (s podporou OpenGL ES 3.0/3.1/3.2, OpenCL 1.1/1.2/2.0, Vulkan 1.1/1.2), dále NPU s výkonem 4 TOPS, dále VPU. Použité paměti jsou RAM 8 GiB nebo 16 GiB, a SSD 32 GB nebo 128 GB, LCD 14.1" s rozlišením 1920 x 1080 pixelů. Počítač je také vybaven porty 1x USB 3.0 typ-A, 1x USB 3.0 typ-C a 1x USB 2.0 typ-A. Dále je také vybaven bezdrátovými připojeními Wifi a Bluetooth. Operační systém je Linux. Hmotnost notebooku je 1,3 kg.^[38]

OrangePi RV2 poskytuje působivý výkon v levném a energeticky úsporném provedení. Tato platforma je poháněna osmijádrovým SoC (systém na čipu) KY-X1 s podporou RVA22 a vektorovým rozšířením. Také obsahuje akcelerátor umělé inteligence o výkonu 2 TOPS, což znamená, že dokáže provádět náročné výpočetní operace bez nutnosti připojení k internetu.^[41][42] OrangePi RV2 v průměru dosahuje výrazně vyššího výkonu než VisionFive 2.^[43][44]

Dostupnost vývojářských obrazů Ubuntu znamená, že uživatelé OrangePi RV2 mohou čerpat z nejnovějších open source nástrojů z ekosystému Ubuntu (software dodávaný s Ubuntu a s ním kompatibilní) a zároveň těžit z robustnosti a stability, kterou Ubuntu přináší do nových typů použití.

Kombinace osmijádrového výkonu, akcelerace umělé inteligence a prostředí Ubuntu u OrangePi RV2 otevírá řadu možností:

• Vzdělávání a prototypování: Využijte sílu dostupné platformy RISC-V k výuce výpočetních konceptů nové generace a umožněte rychlý vývoj konceptů.

• Strojové učení na okraji sítě: Přenese výsledky umělé inteligence akcelerované 2 TOPS pro rychlé zpracování dat a rozhodování v reálném čase v průmyslových a spotřebitelských aplikacích.

Hongkongská firma DeepComputing nabízí pro notebooky jménem "Framework" Laptop 13 základní desku s procesory SoC StarFive JH7110 se čtyřmi RISC-V jádry U74 a 8GiB RAM, dále 64GB SD kartou, ale lze osadit eMMC. Připojení lze realizovat prostřednictvím WiFi adaptéru Intel 6E AX210. Deska dále obsahuje čtyři porty USB Type-C, z nichž dva podporují 60W Power Delivery 3.0 a jeden i DisplayPort 1.4. Jako operační systém nabízí výrobce buď předinstalovaný Fedora Linux 41 nebo Ubuntu Desktop 24.04.^[45] Společnost DeepComputing nyní přijímá objednávky na základní desky DC-ROMA.^[46] 6. února 2025 byla oznámena opětná dostupnost této základní desky pro notebooky Framework Laptop 13 i speciální skříň (šasi).^[47][48][49]

V červenci 2024 čínská společnost Milk-V (vyslovte zhruba jako Milky Way) představila základní desku Jupiter. Deska je ve formátu mini-ITX a má běžný 24pinový ATX konektor, jako na jakékoliv jiné základní desce. Je osazena integrovaným procesorem architektury RISC-V konfigurace SoC, buď typu SpacemiT K1 na 2 GHz, nebo SpacemiT M1 na 1.6 GHz. Operační paměť (RAM) má velikost 4, 8 nebo 16 GiB LPDDR4X. GPU je Imagination Technologies IMG BXE-2-32 podporující standardy Vulkan 1.3, OpenGL ES 3.x/2.0/1.1, OpenCL 3.0, EGL 1.5, a dále neuronový akcelerátor (NPU) má výkon 2 TOPs. SSD úložiště je typu M.2 NVMe a eMMC, dále je k dispozici MicroSD slot. Dále jsou dispozici metalické porty 2x USB 3 typ-A, 2x USB 2 typ-A, 1x USB 2 typ-C, HDMI a zvukový vstup/výstup (jack). Také je k dispozici slot PCIe 2.0 x8. Pro síťovou komunikaci může sloužit 2x Gigabit RJ45 port s podporou PoE, pro bezdrátovou komunikaci potom Wi-Fi 6, Bluetooth 5.2.^{[50][51][52][53][54]}

Holding ARM, významný designér procesorů a software, spustil v červenci 2018 PR kampaň mířící proti architektuře RISC-V; ta se snaží v pěti bodech potenciálním zákazníkům vysvětlit, jak riskantní volbou je pro ně RISC-V oproti ARMu.^[55]

Vícero významných výrobců čipů aktuálně ohlásilo iniciativu, jejímž cílem je podpora prosazení procesorové architektury RISC-V. Za novou iniciativou jsou spoločnosti Robert Bosch, Infineon Technologies, Nordic Semiconductor, NXP Semiconductors a Qualcomm.^[56]

• Obrázky, zvuky či videa k tématu RISC-V na Wikimedia Commons
• (anglicky) Oficiální stránka projektu
• (slovensky) DSL.sk - RISC-V má 15 rokov. DSL.sk [online]. [cit. 2025-05-28]. Dostupné online. 
• (slovensky) DSL.sk - Poprední inžinieri z Intelu založili startup na RISC-V jadrá. DSL.sk [online]. [cit. 2024-09-02]. Dostupné online. 
• (anglicky) Supported platforms | seL4 docs. docs.sel4.systems [online]. [cit. 2024-05-14]. Dostupné online.  - Podporované platformy RISC-V pro systém seL4, včetně verifikovaného
• (slovensky) DSL.sk - Po ARM notebookoch prichádza aj výkonnejší RISC-V notebook. DSL.sk [online]. [cit. 2024-06-13]. Dostupné online. 
• (slovensky) DSL.sk - RISC-V má rýchlo rásť, má byť v miliardách procesorov. DSL.sk [online]. [cit. 2023-11-08]. Dostupné online. 
• (slovensky) DSL.sk - Ďalší Debian bude aj pre RISC-V, stala sa oficiálnou architektúrou. DSL.sk [online]. [cit. 2023-07-24]. Dostupné online. 
• (česky) JEŽEK, David. Fwupd 1.9.6 umí aktulizace Radeonů, KDE předělává systémová nastavení. Root.cz [online]. [cit. 2023-10-08]. Dostupné online.  - Patche pro 64core RISC-V mATX desku Milk-V
• (česky) TIŠNOVSKÝ, Pavel. Instrukční sada procesorových jader s otevřenou architekturou RISC-V. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 5. listopad 2015 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309. 
• (česky) TIŠNOVSKÝ, Pavel. Otevřené RISCové architektury OpenRISC a RISC-V. root.cz [online]. Internet Info, s.r.o., 29. říjen 2015 [cit. 2018-07-12]. Dostupné online. ISSN 1212-8309.