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Icicle: Schaltungen mit RISC-V-basierten SoC-FPGAs entwickeln

| Redakteur: Michael Eckstein

Erstes Evaluierungsboard für brandneue, RISC-V-basierte „Polarfire SoC“-FPGAs: Mit dem gut ausgestatteten und durch das breite Mi-V-Ökosystem unterstützte Entwicklungskit für unter 500 US-$ will sich Microchip in der RISC-V-Welt etablieren.

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Eiskalt: Seit kurzem gibt es die neuen Polarfire-SoC-FPGAs mit fünf RISC-V-Kernen von Microchip – jetzt folgt das passende Entwicklungskit.
Eiskalt: Seit kurzem gibt es die neuen Polarfire-SoC-FPGAs mit fünf RISC-V-Kernen von Microchip – jetzt folgt das passende Entwicklungskit.
(Bild: Microchip)

Microchip hat das nach eigenen Aussagen erste Entwicklungskit für seine neuen, RISC-V-basierten FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) der „PolarFire SoC“-Baureihe herausgebracht. Die breite Unterstützung durch das Mi-V-Ökosystem soll schnelle Entwicklungserfolge ermöglichen.

Ende 2019 hatte der Chiphersteller aus Chandler/USA eine Baureihe programmierbarer Logikchips mit je fünf integrierten, fest verdrahteten RISC-V-Kernen angekündigt. Diese Bausteine sind jetzt als Muster erhältlich. In den „PolarFire SoC“ genannten Chips stecken je vier Linux-taugliche RISC-V-Kerne des Typs RV64GC. Der zusätzliche RV64IMAC-Kern ist für die Verarbeitung von Echtzeit-Software bestimmt. Jeder Prozessor hat zudem vier PCIe-2.0-Lanes integriert.

Solche SoC-FPGAs gibt es bereits mit ARM-Kernen – etwa „Zynq UltraScale+“ von Xilinx, „Stratix 10“ von Intel und „SmartFusion2“ von Microchip. Sie sind für Embedded-Systeme interessant, die sowohl herkömmliche Rechenkerne als auch spezifische Hardware-Einheiten benötigen. Xilinx beispielsweise ist mit seiner Zynq-Ultrascale+-Baureihe bei Fahrerassistenzsystemen mit integrierten KI-Funktionen im Automobilsektor erfolgreich.

RISC-V-Boom befeuert immer mehr Anwendungen

Keine Frage: Nicht zuletzt seit der angekündigten Übernahme von ARM durch Nvidia gewinnt die offene Befehlssatzarchitektur an Boden. Immer häufiger wird sie als mögliche Alternative zu der proprietären Chip-Plattform aus dem englischen Cambridge angepriesen. Bisher sind zwar noch verhältnismäßig wenige kommerzielle Halbleiter auf RISC-V-Basis in freier Wildbahn unterwegs, doch zeigt die zunehmende Unterstützung der RISC-V Foundation unter anderem durch echte Branchenschwergewichte wie Western Digital, Huawei, ZTE, Alibaba und auch Nvidia, dass mit dieser ISA in Zukunft durchaus zu rechnen sein wird.

Ein weiteres Indiz für den derzeitigen RISC-V-Boom liefert der derzeit wohl wichtigste RISC-V-IP-Lizenzanbieter SiFive: Er konnte den Ex-Qualcomm-Manager Patrick Little als CEO gewinnen – was so mancher Marktbeobachter als eine Kampfansage an ARM deutet. Little war er unter anderem CEO von eASIC, Senior Vice President von CSR Technology und Senior Vice President bei Xilinx. Die letzten neun Jahre arbeitete er als Senior Vice President für das globale Automobilgeschäfts von Qualcomm.

Microchip will sich im RISC-V-Universum etablieren

Von diesem Momentum will offenbar auch Microchip mit seiner neuen Icicle-Plattform profitieren. Laut Hersteller macht die „erschwingliche, standardisierte Entwicklungsplattform das vielfältige RISC-V-Ökosystem nutzbar“. Die Polarfire-Bausteine seien die derzeit „stromsparendsten und kostengünstigsten RISC-V-basierten SoC-FPGAs am Markt“, teilt Microcihp in einer Meldung mit.

Zudem bringe Microchips Icicle-Entwicklungskit mehrere Mi-V-Partner zusammen, um Kundendesigns und deren kommerzielle Einführung in verschiedenen Branchen zu beschleunigen. „Microchip ermöglicht einen Wandel beim Prozessordesign, da der Markt immer häufiger RISC-V-Software und -Halbleiter nachfragt“, sagt Bruce Weyer, Vice President der Field-Programmable Gate Array Business Unit bei Microchip.

Einstiegshürden in RISC-V-Entwicklung eliminieren

Mit der günstigen Evaluierungsplattform Icicle beseitige Microchip bisherige Eintrittshürden. Entwickler könnten damit sofort das breite RISC-V-Ökosystem mit Echtzeit-Betriebssystemen (RTOS), Debuggern, Compilern, SOMs (System On Modules) und Sicherheitslösungen nutzen. „Das Mi-V RISC-V-Partner-Ökosystem ist ein ständig wachsendes, umfassendes Paket von Tools und Entwicklungsressourcen, mit dem Microchip und Drittanbieter das RISC-V-Design umfassend unterstützen“, sagt Weyer.

Icicle biete Hard- und Software-Entwicklern von Embedded-Systemen die Möglichkeit, die „Vorteile der offenen RISC-V-ISA mit den entscheidenden Merkmalen der Polarfire-FPGAs vereinen“. Dazu zählt er den kleinen Formfaktor, die thermischen Eigenschaften und den niedrigen Stromverbrauch der Bausteine.

„Ein Segen für FPGA-Anwendungen im mittleren Leistungsbereich“

Auch David Patterson, Vize-Vorsitzender des RISC-V International Board of Directors und Gewinner des Turing Award 2017 freut sich, „ein stromsparendes RISC-V-Board für weniger als 500 US-$ zu sehen“. Das Icicle-Kit wird seiner Meinung nach Entwicklungen im RISC-V-Software-Ökosystem beschleunigen „und ein Segen für Anwendungen sein, die einen FPGA mit niedrigem Stromverbrauch im mittleren Leistungsbereich benötigen.“

Zu den nutzbaren Ressourcen zählen ein RISC-V-Prozessorkomplex von SiFive und Embedded-Trace-Makro von UltraSoC, Entwicklungstools von Adacore, Green Hills Software, Mentor Graphics und Wind River, kommerzielle RTOS-Lösungen wie Nucleus und VxWorks, die Microchips Linux- und Bare-Metal-Lösungen ergänzen, Middleware-Lösungen von DornerWorks, Hex Five, Veridify Security und wolfSSL sowie SOMs und Entwicklungsdienstleistungen von Antmicro, ARIES Embedded, Digital Core Technologies, Emdalo Technologies, Sundance DSP und Trenz Electronic. Die aktuelle Liste der Mi-V-Partner findet sich auf der Webseite des Mi-V-Partner-Ökosystems von Microchip.

Aufbau des Evaluierungsboards

Das Icicle-Kit basiert auf einem Polarfire-SoC mit 250.000 LE und enthält einen PCIe-Anschluss, eine mikroBUS-Buchse, einen doppelten RJ45-, einen Micro-USB-, einen CAN-Bus-Anschluss, einen Raspberry-Pi-Header, einen JTAG-Anschluss und eine SD-Card-Schnittstelle. Das Board wird durch Microchips validierte und getestete Power-Management- und Taktgeber-ICs, einen Ethernet-PHY (VSC8662XIC), einen USB-Controller (USB3340-EZK-TR) und Stromsensoren (PAC1934T-I/JQ) ergänzt.

Nach Angaben von Microchip sparen Polarfire-FPGAs gegenüber Bausteinen vergleichbarer Logikdichte bis zur Hälfte an Strom ein. Mit ihnen hätten Entwickler auch mehr Möglichkeiten bei der Anpassung und Differenzierung, da die Bausteine programmierbar sind und viele Funktionen auf einem einzigen Chip integrieren.

Polarfire-SoC-FPGAs sind in verschiedenen Gehäusen und Größen erhältlich. Das Icicle-Kit eignet sich laut Microchip zum Beispiel für Embedded-Anwendungen wie intelligente Bildverarbeitung, IoT, Automatisierungs-, Verteidigungs- und Kommunikationstechnik sowie Automotive. Das Icicle-Kit ist ab sofort für 489 US-$ erhältlich, ebenso erste Muster der Polarfire-SoC-FPGAs.

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