SHAKTI - Mikroişlemci ve Mikrodenetleyici - SHAKTI - Microprocessor & Microcontroller - Wikipedia

Shakti
Genel bilgi
Tarafından tasarlandıHindistan Teknoloji Enstitüsü, Madras
Ortak üreticiler
Mimari ve sınıflandırma
UygulamaSoC, geliştirme panoları, tabanlı yazılım platformu, IOT
Komut setiŞAKTI
TalimatlarRISC-V
Model (ler)
  • E-Sınıfı
  • C-Serisi
  • I-Sınıfı
  • M-Serisi
  • S-Serisi
  • H-Serisi

SHAKTI, Yeniden Yapılandırılabilir Akıllı Sistem Mühendisliği (RISE) grubunun ilk açık kaynaklı girişimidir. Hindistan Teknoloji Enstitüsü, Madras ilk yerli endüstriyel sınıf işlemciyi geliştirmek. SHAKTI girişiminin amacı, açık kaynaklı üretim düzeyinde bir işlemci, komple Sistem Üzerindeki Sistemler (SoC'ler), geliştirme panoları ve SHAKTI tabanlı yazılım platformunu oluşturmayı içerir. Ekibin birincil odak noktası, pazardaki alan, güç ve performansla ilgili ticari tekliflerle rekabet eden SoC'leri geliştirmek için mimari araştırmadır. SHAKTI için tüm kaynak kodları, Berkeley'deki California Üniversitesi'nin Değiştirilmiş BSD Lisansı kapsamında açık kaynaklıdır. Proje tarafından finanse edildi Elektronik ve Bilgi Teknolojileri Bakanlığı (MeITY), Hindistan Hükümeti.[1]

Yeni shakti mikro denetleyicisinin prototip versiyonu.

İşlemciler

ŞAKTI işlemciler temel alır RISC-V ISA. İşlemciler 22 nm'ye dayanmaktadır FinFET teknoloji. SHAKTI, yol haritasının bir parçası olarak pazarın farklı segmentlerine hitap eden bir işlemci ailesi tasarladı. Genel olarak "Temel İşlemciler", "Çok Çekirdekli İşlemciler" ve "Deneysel İşlemciler" olarak kategorize edilmişlerdir. E ve C sınıfları, Nesnelerin İnterneti (IoT), Gömülü ve Masaüstü pazarlarını hedefleyen ilk yerli işlemciler grubudur. İşlemci tasarımı herhangi bir telif hakkından muaftır ve Değiştirilmiş BSD Lisansı kapsamında açık kaynaklıdır.[2]

SHAKTI projesi, RISC-V ISA'ya dayalı 6 işlemci çeşidi oluşturmayı hedefliyor.

Temel İşlemci Sınıfı

E-sınıfı

E sınıfı 32/64 bittir mikrodenetleyiciler Düşük güç ve düşük bilgisayar uygulamalarını hedefleyen tüm RISC-V ISA uzantılarını destekleyebilir. E-sınıfı, silikon üzerinde 200 MHz'den daha düşük bir çalışma frekansına sahip olan Sipariş 3 aşamalı bir boru hattıdır. Karşı konumlandırılmıştır KOL M sınıfı (CorTex-M serisi) çekirdekler. Gibi gerçek zamanlı işletim sistemlerini çalıştırabilir FreeRTOS, Zephyr ve eChronos. E sınıfı işlemcinin pazar segmentleri Akıllı kartları, IoT cihazlarını, motor kontrollerini ve robotik platformları destekler.[3][4]

E-arty35T, E sınıfı etrafında oluşturulmuş bir SoC'dir. E-arty35T SoC, 128kB RAM ile tek yongalı 32-bit E sınıfı bir mikro denetleyicidir. 32 Genel Amaçlı Giriş Çıkışı (GPIO) pini (bunlardan üstteki 16 GPIO pini yerleşik LED'lere ve anahtarlara ayrılmıştır), bir Platform Seviyesi Kesme Denetleyicisi (PLIC), bir Sayaç, 2 Seri Çevre Birimi (SPI), 2 Evrensel Asenkron Alıcı Verici (UART), 1 Inter-Integrated Circuit (I2C), 6 Pulse Width Modulator (PWM) ve dahili bir Xilinx analogtan dijitale dönüştürücü (X-ADC).[5]

C sınıfı

C sınıfı, orta düzey yerleşik uygulamaları hedefleyen 64 bit denetleyici sınıfı bir işlemci. Çekirdek, MMU desteği ve Linux ve Sel4 gibi işletim sistemlerini çalıştırma yeteneği ile son derece optimize edilmiş, 6 aşamalı sıralı tasarımdır. Standart RV64GC ISA uzantılarının desteğiyle son derece yapılandırılabilir. 200-800 MHz üzerinde çalışan orta düzey bilgi işlem sistemlerini hedefler. Ayrıca 2 GHz'e kadar özelleştirilebilir. ARM'ın Cortex A35 / A55'ine karşı konumlandırılmıştır. Bu sınıfın uygulama alanı, gömülü sistemler, motor kontrolü, IoT, depolama, endüstriyel uygulamalardan ağ, ağ geçitleri gibi düşük maliyetli yüksek performanslı Linux tabanlı uygulamalara kadar uzanmaktadır.[3][4]

C-arty100T, C sınıfı etrafında bir SoC yapısıdır. C-arty100T SoC, 128MB DDR3 RAM, 16 Genel Amaçlı Giriş Çıkışı (GPIO) pini, Platform Seviyesi Kesme Denetleyicisi (PLIC), Sayaç, 1 Evrensel Asenkron Alıcı Vericisi (GPIO) ile tek yongalı 64 bit C sınıfı bir mikro denetleyicidir. UART) ve 1 Inter-Integrated Circuit (I2C). Çok düşük güç tüketimi ile orta ölçekli uygulama iş yüklerini hedefler ve isteğe bağlı bellek koruması desteği vardır.[6]

I sınıfı

I sınıfı, bilgi işlem, mobil, depolama ve ağ platformlarını hedefleyen 64 bitlik bir işlemcidir. Özellikleri şunlardır sıra dışı yürütme, çok iş parçacıklı, agresif şube tahmini, engellemeyen önbellekler ve derin boru hattı aşamalar. Bu işlemcinin çalışma saat frekansı 1.5-2.5 GHz'dir. Ekip şu anda atomik uygulama, Bellek bağımlılığı tahmini, Talimat Penceresi / Zamanlayıcı optimizasyonları, Bazı işlevsel birimlerin uygulanması, Performans analizi / projeksiyonları, 22 nm işlemcide 1 GHz'de ilk kesim hedef frekansını karşılamak için optimizasyonlar üzerinde çalışıyor.[4][7][8]

Çok Çekirdekli İşlemciler

M sınıfı

Maksimum sekiz çekirdekli bir mobil sınıf işlemci, çekirdekler C ve I sınıfı çekirdeklerin bir kombinasyonudur. M sınıfı işlemciler genel amaçlı bilgi işlem, düşük kaliteli sunucu ve mobil uygulamalara yöneliktir. Çalışma frekansı 2,5 GHz'e kadar değişir. Büyük sayı boyutunu, dört dişli ve isteğe bağlı NoC dokusunu destekler. M sınıfı işlemciler, çeşitli güç ve performans hedefleri için optimize edilmiştir.[7]

S sınıfı

S-Serisi bir 64-bit süper skalar, çok iş parçacıklı Masaüstü ve Kurumsal sunucu Uygulamasını hedefleyen varyant. Saat frekansı yaklaşık 1,2–3 GHz olan 2-16 çekirdeği destekler.[7]

H sınıfı

H sınıfı, oldukça paralel kurumsal, HPC ve analitik uygulamalarını hedefleyen 64 bitlik bir işlemcidir. Çekirdekler, çekirdek seçimini yönlendiren C veya I sınıfı, tek iş parçacığı performansının bir kombinasyonu olabilir. H-sınıfı, çekirdek başına birden çok hızlandırıcıya sahip 128 çekirdeğe sahiptir.[7]

Deneysel İşlemciler

Bunlar, yüksek güvenlikli ve hataya dayanıklı bir işlemci geliştirmeye odaklanan deneysel / araştırma projeleridir.

T sınıfı

T-sınıfının, bellek tabanlı saldırılardan gelen bilgilerin güvenliğini sağlamak için ek donanım desteği sağlaması amaçlanmıştır. Tasarımı, uzamsal ve zamansal bellek saldırılarını azaltmak için birleşik bir donanım çerçevesine odaklanır.[9]

F sınıfı

F sınıfı, temel sınıf işlemcinin hataya dayanıklı bir versiyonudur. Özellikler arasında yedekli hesaplama blokları (DMR ve TMR gibi), kalıcı arızaları algılamak için geçici artıklık modülleri, kilit adımlı çekirdek yapılandırmaları, arıza yerelleştirme devreleri, kritik bellek blokları için ECC ve yedekli veri yolu yapıları bulunur.[10]

Bantlar

C sınıfı işlemcilerin iki teybi gerçekleştirildi. RIMO ve Rise-creek olarak kodlandılar.

RIMO

RIMO, SHAKTI C sınıfı tabanlı SoC'nin kod adıdır. Yarı İletken Laboratuvarı (SCL) 180 nm proses teknolojisini kullanan Chandigarh'daki Hint Uzay Araştırma Kuruluşları (ISRO). 144 mm kare. çip, 70 MHz'e kadar bir frekansta çalışacak şekilde test edilmiştir. Çip, 208 iğneli Seramik Dörtlü Düz Paket (CQFP) üzerinde paketlenmiştir.[3]

Risecreek

CREEK, SHAKTI C sınıfı tabanlı SoC'nin kod adıdır. INTEL, Oregon, ABD 22 nm FinFET işlem teknolojisini kullanıyor. 16 mm kare. çip, 350 MHz'e kadar bir frekansta çalışacak şekilde test edilmiştir. Çip, bir 208-pin Ball Grid Array (BGA) üzerinde paketlendi.[3]

Muş

Muşik, SHAKTI E-sınıfı tabanlı SoC'nin kod adıdır. Yarı İletken Laboratuvarı (SCL) 180 nm proses teknolojisini kullanan Chandigarh'daki Hint Uzay Araştırma Kuruluşları (ISRO). 100 MHz frekansında çalışır ve Ardonyx 1.0 adlı bir anakartla birlikte geliştirilmiştir.[11]

RIMO ve Risecreek'in Özellikleri

RIMO ve Risecreek'in bazı özellikleri aşağıdaki gibidir:

  • Sıralı 5 aşamalı 64 bit mikrodenetleyici tüm kararlı RISC-V ISA'yı (RV64IMAFD) destekler.
  • RISC-V ISA'nın ayrıcalık özellikleri (v1.10) ile uyumludur ve sv39 sanallaştırma şemasını destekler.
  • Bir Dönüş Adresi Yığını olan bir şube tahmincisi içerir.
  • Boru hatlı IEEE-754 uyumlu tek ve çift hassasiyetli kayan nokta birimleri ve Çok kanallı Doğrudan bellek erişimi (DMA) desteği.
  • 2 x gibi çevre birimleri I2C, 2 kere UART, 2 kere QSPI, bir Hata ayıklayıcı, 256KB sıkıca bağlanmış bellek, 32 bit GPIO'lar ve bir ağa bağlanabilen bir genişletme veriyolu FPGA.[3]

Geliştirme panoları

Hem E hem de C sınıfı işlemciler için geliştirme kartları vardır. Farklı işlemci sınıfları için kart desteğiyle ilgili ayrıntılar aşağıda verilmiştir.

E-arty35T

  • E-arty35T SHAKTI E sınıfına [14] dayalı bir SoC'dir.
  • E-arty35T, Artix 7 35T kartında desteklenir.
  • 32 bit E sınıfının kısaltılmış bir versiyonuna sahiptir. I, M, A ve C'yi içerir.[5]

C-arty100T

  • C-arty100, SHAKTI C sınıfına dayalı bir SoC'dir.
  • C-arty100T, Artix 7 100T kartında desteklenir.
  • 64 bit C sınıfının kısaltılmış bir versiyonuna sahiptir. I, M, A, F, D ve C'yi içerir.[6]

Referanslar

  1. ^ "IIT-Madras, 'Hindistan'ın İlk Mikro İşlemcisini', Shakti'yi Geliştirdi". NDTV Aygıtları 360. Alındı 2020-04-10.
  2. ^ Gala, Neel; Menon, Arjun; Bodduna, Rahul; Madhusudan, G. S .; Kamakoti, V. (Ocak 2016). "SHAKTI İşlemciler: Açık Kaynaklı Bir Donanım Girişimi". 2016 29. Uluslararası VLSI Tasarımı Konferansı ve 2016 15. Uluslararası Gömülü Sistemler Konferansı (VLSID): 7–8. doi:10.1109 / VLSID.2016.130. ISBN  978-1-4673-8700-2. S2CID  14815714.
  3. ^ a b c d e "SHAKTI GELİŞTİRME KURULU KULLANIM KILAVUZU" (PDF). ŞAKTI. Alındı 10 Nisan 2010.
  4. ^ a b c "Shakti - Açık Kaynak Hint Mikroişlemcisi ve Mikroişlemcisi". Mühendis İltica. 2020-04-07. Alındı 2020-04-10.
  5. ^ a b "ARTY-A7-35t Kartta E-Sınıfı". GitLab. Alındı 2020-04-10.
  6. ^ a b "ARTY-A7-100t Kartta C-Serisi". GitLab. Alındı 2020-04-10.
  7. ^ a b c d "İşlemciler". ŞAKTI. Alındı 10 Nisan 2020.
  8. ^ Ranganathan, Nitya. "Shakti I Sınıfı: Giriş" (PDF). ŞAKTI. Alındı 10 Nisan 2020.
  9. ^ "Shakti-T | Güvenlik ve Gizlilik için Donanım ve Mimari Destek İşlemleri". dl.acm.org. doi:10.1145/3092627.3092629. S2CID  207646970. Alındı 2020-04-10.
  10. ^ Gupta, Sukrat; Gala, Neel; Madhusudan, G. S .; Kamakoti, V. (Kasım 2015). "SHAKTI-F: Hata Toleranslı Mikroişlemci Mimarisi". 2015 IEEE 24. Asya Test Sempozyumu (ATS): 163–168. doi:10.1109 / ATS.2015.35. ISBN  978-1-4673-9739-1. S2CID  7705965.
  11. ^ "Hindistan'ın IoT cihazları için tasarlanmış Atmanirbhar Mikroişlemci çipi 'Moushik' ile tanışın". WION. Alındı 2020-09-25.