31、RISC-V与FPGA加速器的技术探索

RISC-V与FPGA加速器的技术探索

1. RISC-V开源指令集与架构

RISC-V架构凭借其简单性、高效性和开源特性，吸引了行业和学术界的广泛关注。由于其开源性质，低功耗和高性能芯片的设计不再受高额许可费的限制。

1.1 行业应用方向

• 嵌入式芯片设计 ：涵盖微处理器、片上系统（SoC）和专用集成电路（ASIC）架构设计。
• 物联网AI芯片 ：主要面向低功耗、可穿戴终端测量等领域。
• 开发执行环境 ：包括处理器跟踪技术、模拟器、软件工具链和可信执行环境。

1.2 学术研究方向

学术研究更为广泛，涉及基于RISC-V的通用处理器核心的低功耗和高性能优化，以及针对特定场景或应用的扩展指令设计等。

1.3 以CNN加速为例的扩展指令设计

以当前流行的卷积神经网络（CNN）应用加速为例，通过分析基于RISC-V的加速器定制方案，设计了一种粗粒度指令集。该指令集旨在利用数据级并行性加速CNN中的卷积运算，加速单元与处理器松散耦合。在FPGA上进行原型设计后，与通用处理器相比，实现了良好的能效比。

以下是在Xilinx ZC702平台上的硬件资源利用率表格：
| 资源 | DSP | BRAM | LUT | FF | 功率 (W) |
| ---- | ---- | ---- | ---- | ---- | ---- |
| 总量 | 220 | 280 | 53