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RISC-V火力全开!全开源PicoRio对标销量超3000万件的树莓派

本文作者:包永刚 2020-08-28 08:06
导语:PicoRio对标的是已经非常成功的树莓派,RIOS希望借PicoRio带动RISC-V生态的发展,推动RISC-V的迅速普及。

Arm在智能手机领域的成功无需多言。但许多人可能并不了解2012年面世的基于Arm芯片的微型电脑树莓派(Raspberry Pi)对Arm生态成功的重要性。树莓派是为学习计算机编程教育而设计,2019年12月全球销量超过了3000万件,对Arm生态的成熟、甚至嵌入式系统的发展都意义重大。

最近,2017年图灵奖得主大卫·帕特德森教授(David Patterson)领衔的非盈利RISC-V国际开源实验室(RIOS:RISC-V International Open Source Lab)发布了全球首个可运行Linux的芯片级全开源、低功耗、体积小的RISC-V微型电脑系统PicoRio。

RISC-V火力全开!全开源PicoRio对标销量超3000万件的树莓派

图片来自RIOS官网

PicoRio对标的正是已经非常成功的树莓派,RIOS希望借PicoRio带动RISC-V生态的发展,推动RISC-V的迅速普及。

那么,PicoRio能否成功?PicoRio对RISC-V生态发展的重要意义是什么? 

RISC-V生态迫切需要一个开源的硬件平台

芯片的成功离不开强大的硬件,更离不开繁荣的软件生态,x86和Arm指令集,以及英特尔、英伟达、Arm公司的成功就是最好的例子。作为2010年才推出的新兴的开源指令集架构RISC-V,RISC-V MCU在对软件生态依赖程度不高的应用中已经替换了不少Arm架构MCU。

但对软件生态依赖程度更高,比如需要运行Linux操作系统,对处理器性能要求更高的应用,RISC-V现在还不具备足够的竞争力。仅就硬件而言,目前购置一个可运行Linux的多核RISC-V开发板大概需要1000美元以上,而最新一代的树莓派4B起售价仅为35美元。

显然,RISC-V生态迫切需要一个开源的硬件平台。

RIOS Lab联合主任谭章熹接受雷锋网采访时表示:“作为新的智能架构,需要花费太高的硬件成本会阻碍RISC-V的进一步拓展。当然,发展RISC-V生态需要品质足够高的硬件,兼顾成本,以及易于开发以及有一个繁荣的社区都非常重要。”

“除此之外,对新架构的支持需要非常大的工程量,不是靠几个团队或公司就可以。“谭章熹表示,”生态的建设是一个长期的过程,需要大量的开发者,并且是一个系统性的开发,这就需要有第三方的组织,这也是RIOS成立的初衷。”

品质足够高且成本可接受的硬件是建设生态的基础。

RISC-V火力全开!全开源PicoRio对标销量超3000万件的树莓派

RISC-V国际开源实验室揭牌仪式,从左到右分别为:RISC-V国际开源实验室联合主任谭章熹、清华大学深圳国际研究生院执行院长高虹、RISC-V国际开源实验室主任大卫·帕特森、深圳市副市长王立新、人才工作局局长张林、科技创新委副主任钟海

全开源PicoRio边缘计算平台对标树莓派

树莓派推出的初衷是用于教育,但其目前已经广泛应用于各种产品中。比如新冠肺炎疫情期间,就有公司大量采购树莓派用于生产呼吸机。这体现了基于Arm芯片的树莓派有一个非常良好的生态,其低成本的硬件、活跃的社区和详细的文档让开发者可以在短时间内开发出想要的产品。

“树莓派的成功说明这样的模式对构建社区非常有帮助,值得我们借鉴。”谭章熹指出,除了软件文档外,树莓派系统在硬件芯片层面开放的信息非常少,开发者甚至无法获得树莓派的核心美国博通公司CPU芯片的完整数据手册,这极大地制约了使用树莓派进行深度的优化和定制,限制了创新。

RIOS此次发布的PicoRio选择的是全开源模式。这意味着,PicoRio从CPU设计,到PCB电路板设计,再到操作系统核心软件将全部开源,核心架构使用最新的开源RISC-V指令集技术。

PicoRio的目标是可提供工业级的开源IP和开源软件,用比肩树莓派的售价并实现超越树莓派的三重价值:

  • 更开源:PicoRio将构建于开源的RISC-V之上,从CPU设计,SoC设计,开发版设计,到软件系统全部开源;

  • 更低功耗:树莓派从最初的RP0时的0.8瓦待机功耗, 发展到RP4的3.4瓦待机功耗,目前活跃态下功耗高达7.6瓦;而PicoRio的目标待机功耗将控制在0.05瓦特以下,工作功耗控制在0.5瓦特以下,功耗优势明显,极利于物联网应用;

  • 更安全:树莓派基于Arm的Trustzone安全机制,PicoRio基于更透明、更开放的RISC-V安全架构。 

PicoRio 1.0版本基于本地化开源64位 RISC-V 多核处理器芯片,是首款支持Linux的开源RISC-V单板计算机,支持Google V8 JavaScript引擎。谭章熹指出,“Linux是应用非常广泛的开源操作系统,而V8引擎是JavaScript引擎的一个运行时刻库,也是关系到Chrome浏览器非常关键的一部分,还是node.js的根基。” 

RISC-V火力全开!全开源PicoRio对标销量超3000万件的树莓派

PicoRio平台版本1.0

node.js是能够在服务器端运行JavaScript 的开放源代码、跨平台 JavaScript 运行环境,很多流行的应用程序都基于node.js。

“非常重要的软件对x86和Arm处理器支持比较好,其它架构支持相对弱一些。我们能够迈出这一步对于完善RISC-V的生态非常重要。”谭章熹指出,PicoRio是采用联合开发的方法,完成从开源应用软件到开源硬件的全栈设计流程,利于设计者以最快的速度完成端到端软硬件系统设计和验证工作。

他特别强调,PicoRio必须要有足够高的硬件品质,还要有容易接受的成本,所以要提供工业级的开源IP和开源软件。有了足够好的品质,保持低功耗以及架构的纯洁性也是其中重要的部分。

PicoRio的低功耗得主要益于RISC-V架构的高度模块化,并且针对PicoRio的边缘计算平台定位设计RISC-V芯片,实现远低于树莓派的功耗。另外,RIOS也在探索最适合硬件的授权模式,非盈利中立机构能够在保持技术架构纯洁性的同时更好地促进生态发展。

RISC-V生态何时成熟?

谭章熹透露,PicoRio项目的第一阶段就是提供可以运行Linux操作系统的开发平台,接下来会持续提升平台的性能,比如会可以支撑笔记本电脑运行。

RISC-V火力全开!全开源PicoRio对标销量超3000万件的树莓派

“PicoRio全开源的目标就是希望无论是商业公司,开发者还是学术机构都可以很方便的根据自己的能力和应用需求做定制化,便于在需求多样的物联网时代发挥各自的优势更好地创新和满足市场需求。”谭章熹表示,全开源能够方便和促使更多人从事底层的开发,这对于培养从硬件到软件的全栈人才也有积极意义,全栈人才也是目前RISC-V发展的关键。

需要指出,虽然PicoRio是全开源,但要将开源的代码转变为实际的产品,中间还有很多产业链的工作。谭章熹认为,专门基于开源软件推出产品的商业模式已经被证明可行,开源硬件是否有可行的商业模式仍然值得探讨,PicoRio正是这样的尝试。

当然,硬件开源模式非常重要。雷锋网了解到,RIOS现在正在探索最适合硬件的许可方式,原则上是不强迫使用了开源的设计后就要回馈社区。

但无论如何,都需要让社区里的开发者迈出第一步,愿意贡献。谭章熹认为,开源和开放是一个不可阻挡的大趋势。因为,如果基于开源的底层去设计产品,由于开源架构和软件的版本也在不断升级,开发者或公司想要完全脱离社区是不可能的,这将会付出巨大的成本。

“开源可以认为是大家共享一些比较共通的技术,要分享多少由你决定。很难所有东西都闭源,这样成本太高。”谭章熹指出,假设一些技术大家都掌握的差不多了,这时候就有可能开源,进一步降低成本。

支持Google V8 JavaScript引擎的PicoRio只是RIOS实验室5年规划中的一个项目,也只是RISC-V生态建设中的冰山一角。PicoRio的成功与否以及RIOS实验室后续推动RISC-V生态建设的产品都至关重要。

值得一提的是,8月19日宣布Imagination将其用于GPU的IP技术向RIOS实验室开放,并与实验室建立合作关系,成为其合作单位会员,这对于RIOS实验室进一步搭建完整、高效的开发平台及开源的RISC-V单板机生态有重要意义。

雷锋网(公众号:雷锋网)小结

PicoRio是RISC-V生态建设的一个关键产品,也只是RIOS实验室进入实际产出阶段的标志。RISC-V生态的发展,需要有开发者或企业开始迈出第一步回馈社区,推动硬件架构和软件架构的进步,社区有很好的文档,开发者围绕各种应用进行开发,这是一个长期的过程。

RISC-V要成为一个时代重要的架构,还有很长的路要走,也需要抓住时代机遇。

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