Eine neue Wendung: Maxim Integrated beseitigt das Risiko von RISC-V mit einem Dual-Core-Arm/RISC-V-Mikrocontroller

Obwohl sich Arm-Kerne als zuverlässig erwiesen haben und nun in den meisten mobilen Geräten und IoT-Endpunkten (IoT: Internet der Dinge) zu finden sind, ist es immer nützlich und beruhigend, eine Alternative zu haben, da eine Größe nicht immer für alle passt.

Hier kommt die 32-Bit-CPU RISC-V ins Spiel. RISC-V (ausgesprochen risk-five) ist eine Open-Source-Architektur ohne Lizenzgebühren, die seit langer Zeit die erste ernsthafte Konkurrenz zum etablierten Ökosystem der Arm-CPU-Kerne darstellt. Die Basisvariante RV32 hat 31 universelle 32-Bit-Register mit den Bezeichnungen x1 bis x31 (Register x0 ist fest auf 0 verdrahtet). Sie unterstützt Erweiterungen der Architektur, die Flexibilität für unterschiedliche Anwendungen ermöglichen. Wenn man zum Beispiel einen Mikrocontroller baut, unterstützt die „B“-RISC-V-Erweiterung die native Bitmanipulation, was nach meiner langjährigen Erfahrung mit Mikrocontrollern ein Hinweis darauf ist, dass die Architektur es mit dem „Deep Embedded“-Kram ernst meint.

Die Herausforderung besteht jedoch darin, die Ingenieure dazu zu bringen, eine neue Architektur zu akzeptieren. Es ist immer ein steiniger Weg zur Akzeptanz, wenn man sich gegen die bestehende Beschaffungskultur stellt.

Maxim Integrated hat dieses Adoptionsproblem gelöst, indem das Unternehmen die Nähe dieser Beschaffungskultur sucht. Der MAX78000EXG+ ist ein Dual-Core-Mikrocontroller mit einem 100 Megahertz (MHz) schnellen Arm-Cortex-M4-Kern mit einer Fließkommaeinheit (FPU) und einer Vielzahl von seriellen Kommunikationsschnittstellen. Allerdings teilt sich der Arm-Kern den Hauptbus mit einem zweiten Kern, dem 32-Bit-RISC-V-Kern (Abbildung 1). Der zweite Kern ist nicht der einzige Grund, warum der MAX78000EXG+ einen näheren Blick wert ist. Der Mikrocontroller verfügt über einen 442 Kilobyte (KByte) großen CNN-Beschleuniger (Convolutional Neural Network) für den Mustervergleich mit künstlicher Intelligenz (KI). Der RISC-V-Kern ist hauptsächlich dazu da, als programmierbarer intelligenter direkter Speicherzugriff (DMA) zu fungieren, um Daten zwischen dem CNN und dem On-Chip-Speicher zu bewegen. Der RISC-V-Kern kann aber auch unabhängig agieren, was den MAX78000EXG+ technisch zu einem Dual-Core-Prozessor macht.

Abbildung 1: Der Mikrocontroller MAX78000EXG+ von Maxim Integrated verfügt neben einem RISC-V-Kern über einen Arm-Cortex-M4-Kern mit einer FPU. Außerdem verfügt er über eine Vielzahl von seriellen Schnittstellen sowie über ein CNN zur KI-Verarbeitung. (Bildquelle: Maxim Integrated)

Ich könnte jetzt einen Vergleich der Varianten und Ökosysteme der RISC-V- und Arm-Architekturen anstellen, aber die nackte Wahrheit ist, dass jedes Mal, wenn ein Entwicklungsteam eine neue Mikrocontroller-Architektur entwickelt, die nicht von ihrem Arbeitgeber verwendet wird, sie eine Karriereentscheidung treffen. Ein Modulhersteller riskiert beispielsweise, dass sein Produkt von einem Integrator abgelehnt wird, weil der im Produkt verwendete Hauptkern nicht populär ist, oder, um einen nebulöseren Begriff zu verwenden, „von der Industrie nicht akzeptiert wird“. Ich habe das gesehen, als ich bei einer Halbleiterfirma arbeitete und einen Hersteller von Digitalkameramodulen besuchte.

Das Unternehmen hatte ein beeindruckendes digitales Kameramodul gebaut, das auf einem sehr nischenartigen digitalen Signalprozessor (DSP) basierte, und wenn ich „nischenartig“ schreibe, meine ich, dass er schätzungsweise weniger als 10 % des DSP-Marktes ausmachte. Ungeachtet dessen wies das Digitalkamera-Modul beeindruckende Statistiken auf, und trotz meiner geschickten PowerPoint- und hochentwickelten verbalen Kommunikationsfähigkeiten konnte ich den Modulhersteller nicht davon überzeugen, meinen DSP zu verwenden - zunächst.

Wie sich herausstellte, teilten die Digitalkamera-Integratoren, an die sich der Modulhersteller wandte, seine Begeisterung für den Nischen-DSP nicht. Trotz des klaren Leistungsvorteils war kein Kameraintegrator bereit, eine Partnerschaft mit dem Unternehmen einzugehen und sein Modul zu kaufen. Der Nischen-DSP-Kern mit seinen beeindruckenden Spezifikationen war eine zu große Unbekannte, und ohne ausreichende Marktakzeptanz bestand die Sorge, dass der DSP abgekündigt würde. Nach einer kurzen Rekalibrierung kam der Modulhersteller zu mir zurück, und wir portierten seinen Code auf unseren DSP.

Ein weiteres Problem bei der Beschaffung eines neuen Kerns ist, dass die Ingenieure nicht viel Erfahrung - wenn überhaupt - mit der Architektur haben. In dieser Situation können sie unterschätzen, wie der Kern in ihrer Anwendung arbeiten kann oder wie hoch der tatsächliche Speicherbedarf ist. Anders als bei der Beschaffung eines Spannungsreglers kann es viele Monate Entwicklungsarbeit erfordern, einschließlich der schleichenden Entwicklung von Funktionen, die oft ihren Weg in die Anwendung finden, bevor entdeckt wird, dass der gewählte Kern eine zu geringe Leistung erbringt.

Maxim Integrated hat mit dem MAX78000EXG+ offenbar die technischen und geschäftlichen Risiken gelöst, die mit der Beschaffung des RISC-V-Kerns verbunden sind. Wenn er nicht als intelligenter DMA verwendet wird, kann der RISC-V-Kern als zweiter in der Anwendung verwendet werden. Jegliche Bedenken bezüglich der Leistung werden durch die beruhigende Anwesenheit eines Cortex-M4 und seiner nahegelegenen FPU leicht zur Ruhe gebracht.

Fazit

Die Beschaffung eines neuen Kerns wie des RISC-V kann mit Unsicherheiten hinsichtlich seiner Leistung in einer Anwendung behaftet sein. Die Eignung für den Zweck und der Speicherbedarf sind noch nicht bekannt, und es kann Monate der Codierung dauern, bis man seine Fähigkeiten vollständig verstanden und geschätzt hat. Der MAX78000EXG+ von Maxim Integrated hat es jedoch möglich gemacht, in einer der großen Ironien der Technik, dass ein Arm-Kern die technischen und geschäftlichen Bedenken bei der Übernahme des RISC-V-Kerns in eine neue Anwendung reduziert.