2024년 4월 25일
RISC-V
1. RISC-V (RISC-Five)의 개요
(1) RISC-V의 등장 배경 및 동향
| ① | CPU 칩 설계에 여러 분야의 전문적 지식이 필요하고 공개된 정보가 부족하여 새로운 CPU 칩 개발이 어려움 |
| ② | ARM, MIPS 등 CPU 칩 특허를 보유한 제조사의 칩 사용 시 상당한 라이선스 비용이 부과되며, 설계가 비공개되어 제조사 외 개선이 어려움 |
| ③ | 2010년 부터 UC 버클리 컴퓨터 과학과를 중심으로 여러 자발적 참여자들이 자유롭게 사용 가능한 CPU 칩 설계 제공을 목표로 RISC-V 개발 프로젝트를 추진 |
| ④ | 최근 구글, 마이크로 소프트, 엔비디아, 삼성전자 등 여러 기업과 대학에서 지원하고 있고 퀄컴 스냅드래곤 등 다양한 디바이스에 RISC-V 칩 사용 확대 중 |
(2) RISC-V의 개념 및 특징
| 개념 | 개방형 라이선스로 누구나 CPU 칩 및 S/W 설계, 제조, 판매 가능한 RISC 기반 오픈소스 ISA(명령어 세트 아키텍처) | |
|---|---|---|
| 특징 | 모듈성 및 확장성으로 유연한 칩 설계 가능 | – 모듈식 설계로 부동 소수점 연산 등 유연한 확장 – ISA는 맞춤형 명령어 및 보조 프로세서로 쉬운 확장 |
| 압축 명령어 세트 기반 시스템 효율성 향상 | – RV32C, RV64C 등 표준 32bit 명령어와 16bit 압축 명령어 – 코드 효율성 기반 임베디드 시스템, 저전력 App에 적합 | |
| 권한수준 및 가상메모리 기반 안전성 확보 | – M(머신), S(관리자), U(사용자) 모드 정의 – 하이퍼바이저 및 사용자 App 격리 메커니즘 제공 – 다단계 페이지 테이블 기반 가상 메모리 시스템 | |
- ARM 등 폐쇄형 ISA는 신뢰성과 호환성을 제공하지만 라이선스 비용 발생 및 유연한 설계가 어렵고, RISC-V와 같은 개방형 ISA는 라이선스 비용이 불필요하고 특정 App에 최적화된 유연한 설계 가능
- RISC-V의 V(Five)는 UC 버클리 대학의 프로세서 세대(generation)를 의미
2. RISC-V의 아키텍처 및 주요 기술
(1) RISC-V의 아키텍처
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(2) RISC-V의 주요 기술
| 구분 | 주요 기술 | 주요 기능 |
|---|---|---|
| 병렬처리 | 파이프라인 | – 명령어 처리 과정 세분화/중첩하여 성능 향상 – 슈퍼 파이프라인, 슈퍼 스칼라, VLIW |
| CPU Major State | – 명령어 및 데이터 처리 위한 CPU 수행 상태 – Fetch, Indirect, Excute, Interrupt | |
| 캐시 | 캐시 사상 | – 지역성 기반 캐시/메모리 Swap 하여 캐시 저장 – 직접 사상, 연관 사상, 집합 연관 사상 |
| 캐시 일관성 유지 | – 멀티프로세스 환경 캐시 데이터 불일치 해소 – Wrtie-Back, MESI 프로토콜 | |
| 부가 모듈 | 분기 예측 | – 조건 분기 시 대기하지 않고 예측하여 실행 – 분기 방향 예측, 분기 목적지 예측 |
| 디버그 유닛 | – CPU는 DROM 코드로 점프하여 응답 – DROM(디버그 ROM), DRAM, D레지스터 |
- RISC-V는 Open Source License를 기반으로 GCC 등 여러 컴파일러와 Linux에서 지원되며, SOM(System on Module), FPGA 등 다양한 구조로 탑재 가능하여 향후 다양한 운영체제와 소프트웨어에서 사용될 것으로 예상
3. RISC-V와 주요 프로세서 비교 및 에코시스템
(1) RISC-V와 주요 프로세서 비교
| 비교 항목 | RISC-V | ARM | x86 |
|---|---|---|---|
| 명령어 세트 | RISC 기반 | RISC 기반 | CISC 기반 |
| 바이트 오더 | little-endian (big-endian 가능) | little-endian (big-endian 가능) | little-endian |
| 라이선스 | 오픈소스 라이선스 (BSD) | ARM 상용 라이선스 | Intel, AMD 등 상용 라이선스 |
| 주요 활용 | 임베디드, 모바일, IoT | 임베디드, 모바일, 서버 | PC, 서버, 워크스테이션 |
(2) RISC-V의 에코시스템
 |
- RISC-V는 현재 여러 오픈소스 하드웨어로 파편화 되고 있고 ARM 등 상용 라이선스 프로세서에 비해 성능이 높지 않아, 경쟁력 확보를 위해 표준화 및 연구/개발을 통해 오픈소스 하드웨어 에코시스템 활성화 필요
[참고]
- RISC-V International, RISC-V Introduction
- Wevolver, A Comprehensive Comparison of Processor Architectures
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