オープンソースのLinux対応RISC-Vシステムオンチップ「Basilisk」の高性能化

Core Concepts

オープンソースのEDAツールを使用して、Basiliskと呼ばれるRISC-Vシステムオンチップの性能を大幅に向上させた。合成とレイアウトの最適化により、クロック周波数を2.3倍、コア利用率を55%まで高めた。

Abstract

本論文では、オープンソースのEDAツールを使用して、Basiliskと呼ばれるRISC-Vシステムオンチップの性能を最適化する取り組みについて述べている。
まず、合成ツールのYosysについて以下の改善を行った:

パート選択演算子(MUX)の最適化
ABC論理最適化スクリプトの改善
乗算-加算(MAC)演算の最適化
次に、レイアウトツールのOpenROADについて以下の改善を行った:

電源グリッドの再設計によるルーティング性の向上
密集したモジュールの配置最適化
これらの最適化により、Basiliskのクロック周波数は33MHzから77MHzに、論理面積は1.8MGEから1.1MGEに、コア利用率は50%から55%に向上した。また、DRCエラーも大幅に減少した。
論文では、オープンソースEDAツールの改善に向けて、ツール開発者や専門家との協力体制を築いたことも強調されている。Basiliskは2024年5月中旬にIHPの130nmプロセスでテープアウトされる予定である。

Stats

Iguana設計のクロック周波数: 33MHz
Basilisk設計のクロック周波数: 77MHz
Iguana設計の論理面積: 1.8MGE
Basilisk設計の論理面積: 1.1MGE
Iguana設計のコア利用率: 50%
Basilisk設計のコア利用率: 55%

Quotes

なし

Key Insights Distilled From

Basilisk: Achieving Competitive Performance with Open EDA Tools on an Open-Source Linux-Capable RISC-V SoC

by Phil... at arxiv.org 05-07-2024

https://arxiv.org/pdf/2405.03523.pdf

Deeper Inquiries

オープンソースEDAツールの今後の発展に向けて、どのような課題が残されているだろうか

オープンソースEDAツールの今後の発展にはいくつかの課題が残されています。まず、SystemVerilogなどの高度な言語サポートの向上が必要です。Yosysなどのツールは、SystemVerilogのサポートが限られており、より複雑な設計を扱う際にはVerilogに変換する必要があります。この変換プロセスを改善し、より効率的に処理できるようにすることが重要です。また、EDAツールの統合性や相互運用性の向上も重要です。異なるツール間でのデータや設定の共有がスムーズに行えるようにすることで、ユーザーはより効率的に設計フローを構築できるでしょう。さらに、EDAツールのパフォーマンスや精度の向上も課題の一つです。特に大規模で複雑な設計において、高速で正確な解析や合成が求められるため、これらの点を改善することが重要です。

Basiliskのような高性能なRISC-Vシステムオンチップを実現するためには、どのようなハードウェア設計の工夫が必要だと考えられるか

高性能なRISC-Vシステムオンチップを実現するためには、いくつかのハードウェア設計の工夫が必要です。まず、設計の最適化が重要です。Basiliskでは、合成ツールや物理設計の最適化によってクロック周波数を向上させ、ロジックエリアを削減しています。このような最適化を行うことで、性能を向上させることが可能です。また、電力効率の向上も重要です。省電力設計や電力グリッドの最適化など、電力消費を最小限に抑える工夫が必要です。さらに、信頼性やセキュリティの向上も考慮する必要があります。特に組み込みシステムでは、信頼性やセキュリティの確保が不可欠です。

Basiliskの性能向上の取り組みから、他の分野のハードウェア設計にどのような示唆が得られるだろうか

Basiliskの性能向上の取り組みから、他の分野のハードウェア設計にもいくつかの示唆が得られます。まず、オープンソースEDAツールの活用が重要であることが示唆されます。Basiliskでは、オープンソースのEDAツールを使用して高性能なASICを実現しています。他の分野のハードウェア設計でも、オープンソースツールを活用することで、効率的な設計フローを構築することが可能です。また、協力や情報共有の重要性も示唆されます。Basiliskでは、EDAツールの開発者やドメインエキスパートとの協力によって性能向上を実現しています。他の分野のハードウェア設計でも、異なる専門家や組織との協力を通じて、より優れた設計を実現することが重要であると言えます。