경향 관찰: 5세대 축소 명령어 세트 RISC

China Net/China Development Portal News 5세대 축소 명령어 세트인 RISC-V는 RISC(축소 명령어 세트 컴퓨터) 원리를 기반으로 한 오픈 소스 ISA(명령 세트 아키텍처)입니다. 미국 버클리 캘리포니아 대학교 연구팀이 2010년에 설계했습니다. X86 명령어 세트의 완전한 폐쇄 및 ARM 명령어 세트의 높은 라이센스 비용과 비교하여 RISC-V 명령어 세트는 무료 개방형 명령어 세트 아키텍처 및 아키텍처 확장을 지원하여 소프트웨어 및 하드웨어 자유를 제공합니다. RISC-V의 주요 장점은 완전한 오픈 소스, 간단한 아키텍처, 쉬운 이식성, 모듈식 설계 및 완벽한 도구 체인입니다.

프로세서 칩은 중국 반도체 산업의 약점이자 중국 반도체 산업이 직면한 '막힌 목' 문제다. 최근 몇 년간 국내 칩 분야에서는 학계와 업계 모두 적극적으로 사례를 탐색하고 돌파구를 마련하기 위해 노력해 왔습니다. 칩 연구 및 개발 분야에서 중국의 네 가지 기술 장벽은 사진 평판 기계, 전자 설계 자동화(EDA) 소프트웨어, 웨이퍼 및 명령 세트입니다. 오픈 소스 RISC-V 명령어 세트 아키텍처는 우리나라의 칩 명령어 세트 기술 혁신에 큰 의미가 있음을 알 수 있습니다. 우리나라는 RISC-V를 통해 외국산 명령어 세트 독점을 해소하고 기술 봉쇄를 돌파할 것으로 기대된다.

RISC-V는 탄생 이후 급속한 발전을 이루며 사물인터넷, 5G 통신, 인공지능 등의 기술이 등장하면서 사물인터넷과 임베디드 기기가 세계 최초이자 최대 규모가 됐다. RISC-V가 구현될 분야입니다. 다양한 국가의 연구기관과 기업들이 연구개발 대열에 합류했습니다. RISC-V는 현재 명령어 세트 아키텍처 환경에서 영국 ARM 기업과 미국 Intel 기업의 독점을 깨뜨릴 뿐만 아니라 개방형 생태계와 프레임워크를 구축합니다. 글로벌 협력과 혁신을 촉진합니다.

주요 국가 전략 이니셔티브 및 특징

미국은 스마트 장비 칩 분야에서 RISC-V 명령어 세트의 전략적 적용을 강조합니다. 2017년 6월, 미국 국방고등연구계획국(DARPA)은 반도체 산업의 급속한 발전에 따른 과제를 해결하기 위해 반도체 제조 공정의 병목 현상을 해결하는 것을 목표로 하는 "Electronics Resurgence Initiative"(Electronics Resurgence Initiative)를 시작했습니다. "전자 르네상스 계획"은 수년 동안 RISC-V 명령어 세트의 연구 및 산업 응용에 대한 특별한 지원을 제공해 왔습니다. 그 중 더 빠른 집적 회로를 달성하기 위한 프로젝트, Posh 오픈 소스 하드웨어 프로젝트 및 전자 자산의 지능형 설계 프로젝트는 RISC-V 명령어 세트를 기반으로 한 개발의 필요성을 분명히 나타냅니다. 2021년 3월, SciFive는 DARPA와 공개 라이선스 계약을 체결하여 DARPA 연구 및 애플리케이션 개발을 지원하기 위해 DARPA 프로젝트 참여자에게 RISC-V 기반 32비트 및 64비트 커널 액세스를 제공하기 위해 "DARPA Toolbox Initiative"에 가입했습니다. 프로젝트에 임베디드 애플리케이션.

유럽연합은 RISC-V와 고성능 컴퓨팅의 결합에 중점을 두고 있다. 2018년 12월, 유럽 연합은 유럽 시장을 위한 독립적으로 제어 가능한 저전력 마이크로프로세서를 개발하고 외국 기술 회사에 대한 유럽 슈퍼컴퓨팅 산업의 의존도를 줄이기 위해 "유럽 프로세서 이니셔티브"를 시작했습니다. 그 중 "European Processor Accelerator" 프로젝트는 유럽 내 고성능 칩 개발 및 생산을 위해 무료 오픈 소스 RISC-V 명령어 세트 아키텍처를 사용하는 것이 계획의 중요한 부분입니다. 2021년 9월 이 프로젝트의 최근 성과는 고성능 컴퓨팅(HPC) 애플리케이션용으로 설계된 유럽 프로세서 가속기 칩 샘플 143개를 납품한 것입니다. 또한 2021년 1월에 시작된 Euro HPC eProcessor 프로젝트는 HPC 및 임베디드 애플리케이션을 위한 RISC-V 명령어 세트 아키텍처를 기반으로 하는 완전 오픈 소스 유럽 풀 스택 생태계를 구축하는 것을 목표로 합니다.

인도는 RISC-V 명령어 세트를 사실상 국가 명령어 세트로 자리매김했습니다. 2011년 인도는 프로세서 전략 계획을 실행하고 매년 2~3개의 프로세서 연구 프로젝트에 자금을 지원하기 시작했습니다. 이 계획에 따른 SHAKTI 프로세서 프로젝트는 인도 최초의 산업용 등급 프로세서를 개발하는 것을 목표로 합니다. 목표는 32비트 단일 코어 마이크로컨트롤러, 64코어 64코어를 포함하여 RISC-V 명령어 세트를 기반으로 하는 6개의 오픈 소스 프로세서 코어를 개발하는 것입니다. -bit 고성능 프로세서 및 보안 프로세서 등 2016년 1월 인도 전자정보기술부는 RISC-V 명령어 세트를 기반으로 하는 2GHz 쿼드 코어 프로세서를 개발하기 위해 4,500만 달러를 지원했습니다. 2017년 인도 정부는 RISC-V 기반 프로세서 프로젝트에 막대한 자금을 지원하여 RISC-V 인도의 사실상 국가 지침 세트를 만들겠다고 밝혔습니다.

2020년 8월, 인도 정부는 RISC-V 마이크로프로세서의 독립적인 연구 개발을 촉진하고 국가의 반도체 설계 및 제조 역량을 향상시키기 위해 전국적으로 '마이크로프로세서 챌린지' 프로젝트를 시작했습니다.

이스라엘, 파키스탄, 러시아는 다양한 명령어 세트 아키텍처의 공동 개발을 추구합니다. 2017년 이스라엘 국가혁신청(Israel National Innovation Authority)은 RISC-V 기반의 빠르고 효율적이며 독립적인 처리 플랫폼을 개발하기 위해 GenPro 실무 그룹을 설립했습니다. 2019년에 파키스탄 정부는 RISC-V가 국가 "선호 아키텍처"로 등재될 것이라고 발표했습니다. 2021년 러시아는 자체 개발한 엘브루스(Elbrus) 칩을 기반으로 RISC-V 부품 확대 연구를 진행하는 RISC-V 부품 중심의 국가 디지털화 계획을 발표했다.

중국은 RISC-V를 통해 칩 분야의 기술 봉쇄를 깨려고 한다. 2021년 '중화인민공화국 국민 경제 및 사회 발전을 위한 14차 5개년 계획 및 2035년 장기 목표 개요'에서 우리나라는 5개년 발전 계획에 '오픈 소스'를 명확히 포함했습니다. 처음으로 "5" 기간 동안 디지털 기술 오픈 소스 커뮤니티와 같은 혁신적인 컨소시엄 개발을 지원하고 오픈 소스 지적 재산권 및 법률 시스템을 개선하며 기업이 소프트웨어 소스 코드, 하드웨어 설계를 공개하도록 장려할 것입니다. 및 응용 서비스. 동시에 모든 수준의 정부에서도 RISC-V 아키텍처 칩을 적극적으로 배포하고 있습니다. 2018년 7월, 상하이시 경제정보기술위원회는 상하이 소프트웨어 및 집적회로 산업 발전 특별 자금(집적회로 및 전자 정보 제조 분야) 프로젝트 적용 작업의 두 번째 배치 개시에 관한 "상하이시 경제정보기술위원회"를 발표했습니다. 2018''공시'에는 RISC-V 관련 산업을 정부 산업 지원 대상으로 명시하고 있으며, RISC-V 아키텍처 관련 설계 및 개발에 종사하는 기업은 정책 우대를 받게 된다. 2020년 2월, 광둥성 인민 정부 사무처에서 발행한 "반도체 및 집적 회로 산업 발전 가속화에 대한 여러 의견에 관한 통지"에서는 RISC-V 칩 설계를 광둥성의 핵심 개발 방향으로 명시했습니다. 2021년 11월, 베이징 시당 위원회와 시 정부는 '14차 5개년 계획' 기간 동안 베이징 국제 과학 기술 혁신 센터 건설 계획'을 발표하여 전용 가속 칩 개발이 필요함을 분명히 밝혔습니다. RISC-V 기반 블록체인을 통해 칩 통합을 더욱 개선하고 대규모 블록체인 알고리즘 성능을 향상시킵니다.

우리나라 RISC-V 아키텍처 칩 분야의 주요 연구 방향과 핫스팟

RISC-V 보안 아키텍처의 설계 및 검증에 학계와 업계의 관심이 높아지고 있습니다. . 프로세서 보안은 장치 개인 정보 보호에 중요합니다. RISC-V 보안 프로세서 설계 및 보안 검증은 RISC-V 분야는 물론 아키텍처 분야에서도 연구 핫스팟입니다. 권한 모드 및 물리적 메모리 보호는 보안 임베디드 프로세서의 필수 기능입니다. RISC-V 명령어 세트 아키텍처는 권한 모드를 사용하여 프로세서 보안을 보장하는 동시에 물리적 메모리 보호 장치(PMP)도 제공합니다. 메모리 안전을 보장하기 위해 메모리 액세스 제어를 구현합니다. 그 중 베이징정보과기대와 칭화대 마이크로전자공학연구소 Jiao Pengyuan 등은 32비트 RISC-V 보안 프로세서를 연구 대상으로 삼아 예외 처리 프로그램을 통해 프로세서 상태와 이상 정보를 관찰하고, 이를 제안한 바 있다. RISC -V 특권 모드 및 물리적 메모리 보호 기능 테스트 계획, Liu Qiang 등은 천진대학교 마이크로전자공학부 연구소에서 개발한 전력 소비 분석 공격에 저항하는 RISC-V 프로세서의 구현 방법을 설계했습니다. Shanghai Jiao Tong University의 병렬 및 분산 시스템 RISC-V 아키텍처를 기반으로 하는 새로운 신뢰할 수 있는 실행 환경 "Penglai"가 출시되었습니다. 동시에 업계의 많은 기업에서는 암호화 라이브러리, 신뢰 루트, 보안 라이브러리 등을 포함하여 하드웨어 IP 모듈을 확장하여 보안 솔루션을 출시했습니다.

사물 인터넷 등 신흥 분야에 깊이 관여하면서 특정 분야 전용 RISC-V 칩이 호황을 누리고 있습니다. 현재 X86과 ARM의 두 가지 주요 명령어 세트는 각각 서버 + 개인용 컴퓨터(PC)와 임베디드 모바일 장치를 동시에 지배하고 있으며 사물 인터넷(IoT) 및 지능 인터넷(AIoT)과 같은 응용 분야가 있습니다. RISC-V 개발을 위한 새로운 기회를 제공합니다. RISC-V 아키텍처는 IoT 산업에 상당한 유연성과 비용 이점을 제공할 수 있으며 이기종 컴퓨팅 시스템의 신속한 개발을 촉진할 수도 있습니다. 따라서 스마트 IoT 시대의 대용량 장치 상호 연결에 적응할 수 있습니다. 풍부한 시나리오와 단편화 및 다양한 요구 사항. 가속기 및 특수 프로세서 분야에서 RISC-V의 주요 응용 분야로는 우주선용 항공우주 칩 설계, 사물 인터넷용 스마트 칩, 보안 지향 칩, 서버의 마더보드 관리 컨트롤러, 그래픽 처리 장치(GPU) 및 하드 디스크 내부의 컨트롤러 등 중국과학원 컴퓨팅기술연구소(이하 '컴퓨팅연구소') 유비쿼터스 컴퓨팅팀 등 학계에서는 RISC-V 코어를 기반으로 한 경량 신경망 프로세서에 대한 연구를 진행해 왔으며, 사물 인터넷에 RISC-V 코어 적용 장비에 적용: 상하이 베이두 내비게이션 및 위치 서비스 핵심 연구소는 RISC-V 명령어 세트를 기반으로 하는 베이스밴드 프로세서 확장 연구 프로젝트를 시작했습니다.

업계에서는 제어 분야와 사물인터넷 분야에서 RISC-V 기반의 제품과 응용 사례가 대거 등장하고 있다. 예를 들어 Alibaba Pingtouge Semiconductor Co., Ltd.의 오픈 소스 Xuantie RISC-V 시리즈 프로세서는 마이크로 컨트롤러, 산업 제어, 스마트 가전 제품, 스마트 그리드, 이미지 처리, 인공 지능, 멀티미디어 및 자동차 전자 장치에 사용되었습니다.

사물인터넷 생태계를 돌파하며 서버, 고성능 프로세서 분야를 개척해 보세요. 현재 RISC-V의 연구 및 응용 분야는 주로 산업 제어, 스마트 그리드 및 사물 인터넷을 기반으로 하는 기타 시나리오에 중점을 두고 있습니다. 하지만 RISC-V는 전력 소모가 적고 가격이 저렴해 서버와 고성능 분야에 진출할 가능성이 있다. 서버 맞춤화 및 HPC를 위한 가속기 및 이기종 플랫폼에 대한 수요 증가는 RISC-V가 서버 및 HPC 분야에 진출할 수 있는 기회를 제공합니다. 컴퓨팅 기술 연구소의 Bao Yungang은 업계가 AMD의 Chiplet 방식을 사용하여 중앙 처리 장치(CPU), 가속기 및 입출력(I/O)을 서로 다른 웨이퍼에 배치하고 CPU 부분은 RISC-V를 사용할 수 있다고 제안했습니다. 서버 시장에 진입하기 위해 칩렛을 사용하여 서버 칩을 형성하는 아키텍처입니다. 2021년 6월, 컴퓨팅 기술 연구소의 Bao Yungang 팀은 "Xiangshan" 오픈 소스 고성능 RISC-V 프로세서 코어를 출시했습니다. 아키텍처의 첫 번째 버전은 코드명 "Yanqi Lake"이며 28nm 공정 테이프아웃을 기반으로 합니다. 이는 컴퓨팅 기술 연구소와 Pengcheng 연구소의 기술 지원을 받아 중국에서 시작된 고성능 RISC-V 프로세서 오픈 소스 프로젝트의 공식 탄생을 의미합니다.

우리나라의 RISC-V 아키텍처 칩 개발에 대한 문제 및 제안

RISC-V 아키텍처에 대한 적절한 초점을 맞추고 중국 칩 산업 시스템의 발전을 가속화합니다. 현재 국내 프로세서 업계와 과학 연구 분야에서 사용하는 명령어 세트는 포괄적이며, 학계와 산업계에서는 ARM, MIPS, PowerPC, SPARC, RISC-V, X86 등 다양한 명령어 세트를 기반으로 확장해 나가고 있다. 그러나 명령어 세트가 다양해지면 필연적으로 기본 소프트웨어 개발 노력이 방해받게 되고, 컴파일러, 운영 체제 등 기본 소프트웨어 개발자는 제한된 에너지로 인해 여러 명령어 세트의 최적화를 고려하지 못하게 되어 독립적인 생태계 구축이 지연됩니다. 최근 몇 년 동안 RISC-V 재단이 미국에서 스위스로 이전하면서 RISC-V 재단 협의회에서 우리나라 과학 연구 기관 및 기업의 고위 구성원의 비율이 증가했습니다. 크게. RISC-V 생태계에서 우리나라의 영향력이 커지면서 우리나라의 칩 산업 발전을 위한 새로운 기회와 새로운 트랙 개발 가능성이 제공됩니다. 권장사항: 우리나라에는 현재 성숙한 독립 명령어 세트 아키텍처가 없기 때문에 오픈 소스 RISC-V 아키텍처의 부상 기회를 포착하고 칩 분야의 기술 경로와 산업 정책을 조정하며 RISC에 적절하게 초점을 맞춰야 합니다. -V 아키텍처를 구축하고 중국 칩 산업 시스템의 발전을 가속화합니다.

프로세서 교육 분야에 RISC-V 적용을 촉진하고 칩 설계 인재를 양성한다. 칩 분야에 대한 혁신 문턱과 투자가 높아 해당 분야의 혁신 연구를 심각하게 방해하고 있습니다. 칩 설계 및 제조에는 많은 측면에서 막대한 자본과 인력 투자가 필요합니다. 이러한 높은 임계값으로 인해 인재 보유가 부족해졌습니다. 따라서 칩 설계의 임계값을 낮추는 방법이 해결해야 할 시급한 문제가 되었습니다. RISC-V의 오픈 소스 특성은 혁신 투자의 문턱을 낮추고, 오픈 소스 칩/하드웨어 개발은 ​​중국의 디자인 인재 양성을 위한 새로운 개발 모델이 되었습니다. 2019년 8월, 중국과학원은 학부생들이 프로세서 칩을 설계하고 테이프아웃을 완료할 수 있도록 함으로써 탄탄한 이론 및 실무 경험을 갖춘 프로세서 칩 설계 인재를 양성하는 것을 목표로 하는 'One Core for Life' 프로그램을 시작했습니다. 이 프로그램은 테이프아웃을 목표로 하는 중국 최초의 교육 프로그램입니다. 2016년 학부생 5명이 64비트 RISC-V 프로세서 SoC 칩의 설계와 구현을 주도했습니다. 실제로 학생들은 전체 RISC-V 생태계 구축에 없어서는 안 될 힘입니다. 상하이 과학기술대학을 비롯한 많은 국내 기관에서는 기업과 함께 인재를 양성하고 교과 과정 설계를 기업 R&D와 연결하며 최신 기업을 통합하고 있습니다. 오픈 소스의 장점을 최대한 활용하려면 이 기술을 적시에 교실에 도입해야 합니다. 권고사항: 국가 교육관리기관은 RISC-V 산학 발전 모델을 적극적으로 홍보하고 더 많은 칩 설계 인재를 양성해야 한다.

('중국과학원 회보' 제공)